Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ На правах рукописи
БЕСПАЛОВА Людмила Александровна
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ЛАНДШАФТНОЙ СТРУКТУРЫ АЗОВСКОГО МОРЯ
25.00.23-физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук
Санкт-Петербург - 2007
Работа выполнена на кафедре биогеографии и охраны природы факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета
Научный консультант: доктор географических наук, профессор Петров Кирилл Михайлович
Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Севастьянов Дмитрий Викторович, доктор географических наук, профессор Алхименко Александр Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор Рыбалко Александр Евменьевич,
Ведущая организация: Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ)
Защита состоится л 20 марта 2007 г. в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.232.20 в Санкт-Петербургском государственном университете, на факультете географии и геоэкологии по адресу: 199178, Санкт-Петербург, В.О., 10-ая линия, д. 33. Ауд. 74.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СПбГУ по адресу: Санкт-Петербург, Университетская набережная, д. 7/9.
Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент В.В. Ятманова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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 флуктуаций, 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 физикогеографического 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: гидролого-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 флуктуаций второй половины ХХ и начала ХХI 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.
2) Грант РФФИ 02-05-64927-а: Разработка ландшафтной концепции биогеографического районирования окраинных морей (2002-2004 гг.) - исполнитель.
3) Грант РФФИ 04-05-96800-р2004юг-а: Исследование современного развития абразионных и аккумулятивных берегов Азовского моря (2004-2005 гг.) - руководитель.
4) Грант Университеты России 015.08.01.018: Биогеохимический статус Азовского моря как результат антропогенной деятельности Приазовья (2000-2001 гг.) - исполнитель.
5) 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.
1. 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.
2. Ландшафтная структура Азовского моря характеризуется определенной устойчивостью по отношению к внешним воздействиям. Установлена ее способность сохранять ключевые элементы при изменении внешних условий.
3. 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.
4. Современная ландшафтная структура моря формируется на месте предшествующей в результате саморазвития под воздействием природно-антропогенных флуктуаций. 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 ГИСтехнологий, 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 ХХI 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 2страниц 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 ЮН - РАН акад. Г.Г. Матишов, зам. председателя ЮН - РАН, зав. кафедрой океанологии РГУ, член.-кор. Д.Г.
Матишов, декан геолого-географического факультета РГУ д.г-.м.н., профессор Н.И. Бойко, д.б.н, профессор С.П. 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 ЮН - РАН, к.ф-м.н., д.г.н. С.В. Бердникова за неоценимую помощь при обработке материалов на основе математических методов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Современные представления о теории и методах ландшафтных исследований. При исследовании Мирового океана долгое время преобладал аналитический подход и углубленное изучение отдельных компонентов, поэтому в теоретических концепциях физической географии появился существенный пробел в комплексном познании природы океана. Вместе с тем, Углубленное изучение отдельных объектов и явлений ведет к открытию многообразных связей между ними, и главным становится комплексный подход. В качестве высшего достижения географической мысли утверждается идея природного комплекса, или геосистемы (Петров, 1989).
Морское ландшафтоведение получило быстрое развитие в 60-х гг. ХХ в., когда появились работы, посвященные описанию конкретных географических комплексов. Среди работ, выполненных в этот период, наибольшую теоретическую и практическую значимость представляют исследования Е.Ф. Гурьяновой (1959). Разработке теории и методов подводного ландшафтоведения посвящены работы К.М. Петрова.
На 70 - 80-е гг. приходится расцвет океанологических исследований и становление географической концепции в океанологии. Создается 10-летняя программа исследований Мирового океана. В эти годы опубликован ряд крупных монографий и учебников, посвященных вопросам географии и ландшафтного районирования Мирового океана (Леонтьев, 1974, 1982;
ымарев, 1978; Гембель, 1979; Плахотник, 1981; Богданов, 1961, 1978, 1985; Гершанович, Федоров, 1985 и др.). Появляются новые теоретические исследования, отражающие современный уровень науки о ландшафтах Мирового океана (Петров, 1979, 1985, 1989; Преображенский, 1984, 1989; Гершанович, Федоров и др.1985; Безруков, Кудрянь, 1999; Литвин, 1999).
С 90-х гг. получает развитие ландшафтно-экологическое направление исследований Мирового океана. Б.В. Преображенским и др. (2000) исследуются основы управления морскими экосистемами на основе эколого-географической паспортизации и экспертизы. Н.Н. Митиной (2003, 2005, 2006) выполнен комплекс геоэкологических исследований ландшафтов морских мелководий, изучены механизмы переформирования подводных ландшафтов при антропогенном воздействии, разработаны методики оценки трансформации подводных ландшафтов при ожидаемом изменении гидрологического режима. На границе экологии и географии возникло новое научное направление - ландшафтная биономия (Петров, 1999, 2004). Автор при геоэкологических исследованиях ландшафтов морских мелководий применял математические методы и современные компьютерные технологии (Беспалова 1997; Хрусталев, Беспалова, 2000;
Беспалова, Бердников, 2005; Беспалова, 2006; Беспалова, Беспалов, 2006).
2. Характеристика основных ландшафтообразующих факторов Азовского моря как звеньев физико-географического процесса. Азовское море - своеобразный и уникальный во многих отношениях водоем. Оно является самым маленьким из всех морей России, но по своему значению в народном хозяйстве стоит не на последнем месте. Разнообразие природных условий определяет его сложную ландшафтную структуру. Влияние ландшафтообразующих факторов наглядно раскрывает структура действующего в нем физико-географического процесса. Вместе с тем, Азовское море и его биота, расположенные в пределах экономически развитых территориально-производственных комплексов юга России и Украины испытывают интенсивное антропогенное воздействие.
Главное содержание физико-географического процесса заключается в обмене веществом и энергией между отдельными компонентами природы и целыми природными системами (Григорьев, 1966). В морях он охватывает толщу вод, дно, пограничные части атмосферы и суши.
Действие физико-географического процесса в море вносит свой вклад в упорядочение предметов и явлений природы, в результате чего происходит обособление аквальных и субаквальных (донных) природных комплексов с характерными для них сообществами гидробионтов (Петров, 1999, 2004).
Геолого-структурное звено. Геологическое строение, палеогеография, новейшая тектоника, определяют форму и рельеф бассейна Азовского моря. Акватория Азовского моря расположена в Причерноморской впадине, сформировавшейся в конце мезозоя, начале кайнозоя на разнородном и разновозрастном платформенном основании в тектонически активной зоне сочленения докембрийской Восточно-Европейской платформы с эпигерцинской Скифской плитой. В акватории Азовского моря выделяются следующие крупные геоструктуры: северная зона Причерноморской впадины, зона причерноморских прогибов, зона причерноморских поднятий и Индоло-Кубанский прогиб (Маловицкий, 1965; Чекунов, 1972 и др.).
Дно Азовского моря разбито субширотными и субмеридиональными разломами на отдельные блоки, развитие которых определяет формирование определенных морфоструктур.
Направленность и интенсивность движение отдельных блоков обусловливают разную степень аккумуляции и абразии берегов и дна моря. Развитие морфоструктур является ведущим фактором формирования подводных ландшафтов. Несовпадение плана древних тектонических структур и современных морфоструктур указывает на то, что определяющим в развитии последних был неотектонический, в особенности голоценовый этап, определивший формирование впадины моря, наложенной на более древний структурный план (Мысливец, 2004).
Азовское море относится к малым эпиконтинентальным бассейнам, в развитии которых важную роль играли субаэральные этапы. В конце плейстоцена Азовское море представляло собой равнину, дренируемую Доном и его притоками. Долина праДона четко выражена в рельефе дна Таганрогского залива и центральной котловины моря. Ее положение позволило более четко провести границу между ландшафтами западной и восточной котловин. Среди отрицательных форм рельефа можно выделить озерные понижения и тальвеги ложбин. Положительные формы представлены аккумулятивными формами ракушечных банок и подводных продолжений кос (Мысливец, 2004; Матишов, 2006). На основе анализа современных экзогенных процессов в пределах дна моря выделяются следующие типы рельефа: прибрежные абразионноаккумулятивные равнины, аккумулятивно-абразионные равнины, аккумулятивные равнины центральной части моря. Азовское море - мелководный водоем: средняя глубина - около 8 м, глубины до 5 м занимают более половины его объема, наибольшая глубина не превышает 14 м.
итолого-фациальное звено определяет особенности вещественного состава донных осадков, литодинамики, образования форм аккумулятивного и абразионного рельефа. Это звено является ведущим экологическим фактором, определяющим распределение сообществ донных организмов.
Вещественный состав и отдельные вопросы генезиса различных осадочных образований неоднократно и детально рассматривались многими авторами (Шнюков и др., 1974; Хрусталев, Щербаков, 1974; Xpyсталев и др., 1989.). Сложность и многообразие процессов седиментогенеза в Азовском море нашли отражение в полигенном составе осадков, а также в особенностях дифференциации их на дне. Выделяется четыре основных литологических типа донных осадков Азовского моря. В зонах биогенной аккумуляции формируются песчано-ракушечные косы и банки. Алевритовые илы кольцом опоясывают акваторию Азовского моря. Глинистые илы имеют максимальное распространение. Они образуются в области интенсивного накопления терригенных тонкодисперсных осадков в центральной котловине с глубинами более 9 - 10 м. Распределение осадков четко контролируется гидродинамическими процессами.
Важным фактором, обусловливающим разнообразие ландшафтов и биоценозов Азовского моря, является гидроклимат (гидродинамика, температурный, солевой, газовый режимы, и др.), связанный с атмосферными процессами и береговым стоком. Гиродинамика контролирует процессы литодинамики - накопление и дифференциацию донных осадков, а также обеспечивает аэрацию водных масс. Соотношение элементов водного баланса водоема определяет изменчивость его солевого режима.
Формирование течений в маловодном и мелком Азовском море обусловлено господствующими над его акваторией ветрами, которые вызывают дрейфовые и компенсационные потоки. Некоторое значение в формировании течений имеют стоки рек Дона и Кубани и адвекция черноморских вод через Керченский пролив. Для Азовского моря наиболее характерны течения со скоростью 2-10 (повторяемость 60 %) и 10-20 см/с (повторяемость 30 %). Максимальная скорость течений достигает 65 см/с. С прекращением ветра они быстро, в течение нескольких часов, затухают.
Основной особенностью волнового режима Азовского моря является ограниченность волн средних размеров при любой силе ветра. (Гидрометсправочник..., 1962; ГидрологическиеЕ,1986).
В связи с мелководностью моря даже при умеренных ветрах (7 м/с) возникает волнение, которое способно обеспечить перемешивание всей водной толщи, а также подъем со дна значительного количества песчаных и иловых частиц. Максимальная высота волн достигает 3м.
Особенностями термического режима являются: высокая однородность в пространстве и большая сезонная изменчивость. Обилие солнечного тепла обусловливает высокую среднегодовую температуру вод Азовского моря (11,5 С). Годовой ход температуры воды повторяет кривую температуры воздуха, изменяясь от отрицательных в декабре-январе (-0,7,0 2,9 С) до +30 С в июле-августе на прибрежных мелководьях. (Гидрометсправочник..., 1962;
Гидрологические Е., 1986).
Азовское море - солоноватый водоем. Его гидрохимический режим формируется под влиянием материкового стока, жизнедеятельности гидробионтов, температуры, атмосферной циркуляции, водообмена с Черным морем и Сивашом (Книпович, 1932). Основным поставщиком материкового стока в Азовское море являются реки Дон (68 %), Кубань (27 %) и малые степные реки северного и северо-восточного Приазовья. Нормой естественного стока речных вод в Азовское море принято считать 43 км /год (Бронфман, Хлебников, 1985). По режиму солености выделяются два больших периода: до ввода в строй Цимлянского гидроузла (1952 г.) и после него.
При зарегулированном стоке в многолетних колебаниях солености Азовского моря выделяются период осолонения (1952 - 1976 гг.) и период распреснения (1977г.- настоящее время), включающие в себя несколько характерных периодов меньшей продолжительности. В последние 10-11 лет (1993 - 2003 гг.) соленость Азовского моря изменялась от 10 (1998 г.) до 11%о (1995, 1996 гг.), при среднем ее значении 10,5 %о (Кукса, Гаргопа 2004).
До середины 50-х гг. прошлого века в условиях преобладания повышенной ветровой активности и преимущественно пониженных температур анаэробные ситуации в Азовском море наблюдались редко и локально. В дальнейшем расширению зон с дефицитом кислорода в придонных слоях Азовского моря способствовали: резко выраженная ветровая депрессия;
потепление вод и смена характера климатообразующих процессов, вызвавшая повышение стока рек; распреснение моря; снижение интенсивности турбулентного перемешивания его вод и водообмена с Черным морем через Керченский пролив (Александрова и др., 1999). В определенной степени это связано с биологическим загрязнением вод, вызванным ежегодным проникновением в Азовское море гребневика Mnemiopsis leidyi. (GEZAMPЕ, 1997).
Геохимическое звено. Процессы химического преобразования вещества, концентрация биогенных элементов и формы их миграции определяют высокую биологическую продуктивность Азовского моря. В период естественного режима рек высокий трофический статус моря обеспечивался стоком биогенных элементов в период паводка и интенсивной их оборачиваемостью в течение вегетационного сезона. Ежегодно в Азовское море, в среднем, поступало с донскими водами азота и фосфора 46,9 и 7,56 тыс. т, с водами Кубани - =16,5 и 11,тыс.т соответственно. Концентрация минерального фосфора - 9,5, общего - 47 мг/м3, минерального азота - 100, общего - 720 мг/м3. После зарегулирования Дона резко сократилось поступление соединений фосфора до 5,2 тыс. т/год, в то же время под влиянием антропогенного фактора, связанного с химизацией сельского хозяйства в тот период, поступление азота с речными водами не уменьшилось а, напротив, возросло (Федоров, Беляев, 2004). Значительное повышение скорости внутреннего кругооборота отравляющих веществ (ОВ) характерно для периода биологического загрязнения моря в результате вселения мнемиопсиса (Александрова и др., 1999).
Биотическое звено. Флора и фауна Азовского моря имеют сложный генезис и включают представителей различных биогеографических групп. Значительные колебания температур и солености способствуют обеднению видового разнообразия флоры и фауны моря и сохранению исключительно эвритермных и эвригалинных видов (Воловик, 1985, Воловик и др. 2005).
Фитопланктон является главным продуцентом экосистемы Азовского моря. В него входит более 450 видов, относящихся к 3 комплексам: пресноводному, солоноватоводному и морскому.
До зарегулирования стока Дона биомасса фитопланктона достигала максимальных значений. В период естественного режима стока в море преобладали диатомовые и пирофитовые водоросли, дававшие более 50% биомассы. Они относились к солоноватоводным видам азово-черноморских, азово-каспийских и азовских эндемиков. Виды морских водорослей были малочисленны и имели невысокие биомассы. В период осолонения число видов водорослей снизилось со 135 до 104.
Биомасса фитопланктона уменьшилась, более чем в два раза. Однако, пирофитовый и диатомовый комплексы сохранили свое господство. В современный период, когда соленость моря снижается, отмечено восстановление ареалов солоноватоводных и пресноводных видов.
Сообщества зоопланктона Азовского моря представлены 98 видами. Наиболее разнообразны инфузории, коловратки, веслоногие и ветвистоусые раки. Временными обитателями являются многочисленные личинки донных животных - многощетинковых червей, моллюсков, ракообразных (GEZAMPЕ, 1997). Преобразование речного стока отразилось на состоянии сообществ зоопланктона. Прежде всего, это проявилось во внедрении группы планктонеров из Черного моря, вплоть до Таганрогского залива, которые стали давать значительную часть продукции. В 80-е гг. в связи со стабилизацией солености солоноватоводный планктонный комплекс стал восстанавливаться. Однако, вселение в 1988г. гребневика из Черного моря, биомассы которого увеличились от 0,8 в 1988 г. до 32 млн. т. в 1989 г., способствовало уничтожению практически всей биомассы зоопланктона в Азовском море. В этой связи в 1989-гг. биомасса зоопланктона составила 1 мг/м3, т.е. в 100-600 раз была ниже средних многолетних значений (GEZAMPЕ, 1997; Мирзоян, 2002).
Зообентос выступает чутким индикатором своеобразия донных природных комплексов. До зарегулирования большую часть дна занимали семь ведущих биоценозов, образованных в основном двустворчатыми и брюхоногими моллюсками: церастодермой, аброй, гидробией, нептусом, лентидиумом и корбуломией. Биомасса зообентоса в естественных условиях достигала 107-220 г/м2, В 70-х гг. в бентосе стал доминировать только один биоценоз - церастодерма. Биомасса бентоса в этот период составляла 214-2г/м2. В современный период восстановились все биоценозы, характерные для периода естественного режима. При этом сохранились высокая биомасса и видовое разнообразие аборигенных биоценозов. Отмечено влияние гребневика Mnemiopis leidyi на формирование и структуру донных биоценозов через выедание молоди гидробионтов в период их планктонного существования (Фроленко, 2000, 2001).
Флора донных водорослей и цветковых растений образована 60 видами, относящимися к пресноводному и черноморско-средиземноморскому комплексам. Распределение и обилие донных растений в каждом конкретном районе обусловливаются характером и подвижностью грунта, уровнем и режимом солености воды, интенсивностью прибойных явлений, прозрачностью водных масс. В целом, фитобентос обилен в узкой прибрежной полосе, преимущественно в западной половине моря, в лиманах и в Сиваше, у кос вдоль северного побережья (Громов, 2000,2001).
Количество видов водной растительности уменьшается от Керчинского пролива к устью Дона: в Керченском проливе их отмечено 49, в Утлюкском лимане - 32, а у кос Арабатской и Обиточной - по 13-14 видов. Кубанское побережье фитобентосом бедно.
3. Антропогенное воздействие на формирование ландшафтной структуры Азовского моря. Морехозяйственный комплекс России включает в себя все виды экономической деятельности, прямо или косвенно направленный на освоение и использование морских пространств и ресурсов Мирового океана (Алхименко, 2005). На протяжении последних пятидесяти лет экосистема Азовского моря испытывает сильный антропогенный стресс, связанный с интенсивной хозяйственной деятельностью как в акватории, так и на водосборных территориях Нижнего Дона, Кубани и Приазовья (рис. 1).
За указанный период водоём прошёл несколько различных по интенсивности стадий антропогенеза. Первая, наиболее мощная (50-70 гг.) стадия сопровождалась ростом антропогенной нагрузки, связанной с водохозяйственной деятельностью в бассейне (зарегулирование твёрдого и жидкого стоков, изъятие воды на сельскохозяйственные и промышленные нужды) и снижением водности рек. Наиболее существенные преобразования экосистемы - осолонение, учащение заморов, вселение черноморских видов, изменение видовой структуры и снижение биологического потенциала солоноватоводного и пресноводного комплексов гидробионтов.
Вторая стадия (начало 80-х гг.) характеризуется увеличением водности рек, постепенным понижением солёности. Уровень антропогенной нагрузки в этот период достиг критического состояния, в особенности это относится к загрязнению экосистемы тяжёлыми металлами (ТМ), хлорорганическими пестицидами (ХОП), нефтяными углеводородами (НУ), техногенными микрочастицами, что привело к снижению ее биопродуктивности (Хрусталев, Беспалова, Ивлиева, 1998; Хрусталев, Ивлиева, Беспалова, 1999). Третий этап, начавшийся в 90-х гг., отличается потеплением климата и увеличением водности. В результате, солёность достигла нормальных значений, улучшилась аэрация придонных слоёв, сократились частота и площади заморных явлений. В связи с экономическим спадом в Украине и России прослеживается тенденция снижения уровня загрязнения среды и биоты тяжелыми металлами, пестицидами при сохранении достаточно высокого уровня загрязнения нефтепродуктами. Возникли предпосылки к восстановлению биологического потенциала водоёма. Однако эта стадия характеризуется мощным биологическим загрязнением: вселение гребневика Mnemiopsis leidyi стало по своим последствиям для экосистемы моря катастрофическим (Хрусталев, Бердников, Беспалова и др., 2001). В настоящее время в связи с наметившимся ростом промышленного и сельскохозяйственного производства, роль техногенного фактора вновь будет повышаться. Поэтому необходим комплексный мониторинг экосистемы моря. Одним из вариантов такого мониторинга может стать слежение за ландшафтообразующими факторами и ландшафтной структурой водоема, четко реагирующей на природно-антропогенные флуктуации.
4. Ландшафтное районирование Азовского моря на основе принципов ландшафтной регионализации. Геоструктурное и геоморфологическое строение бассейна Азовского моря обусловливает его разделение на три области - Северо-Азовскую, Центрально-Азовскую и Керченско-Таманскую. Округа в пределах областей выделены на основе морфоструктуры, а также с учетом интенсивности новейших и современных тектонических движений. На основе этих Техногенные процессы в акватории Хозяйственная деятельность на водосборе Техногенные процессы в береговой зоне Добыча Изменение объема Изменение Поступление отходов Нарушение Судоходство полезных и вещественного химического хозяйственной литодинамических ископаемых состава твёрдого состава жидкого и деятельности процессов стока твёрдого стоков Дампинг Изменение вещественного и Изменение качества воды и химического состава взвеси и гидрохимических условий при донных отложений седиментогенезе Атмосферные Изменение ландшафтной структуры выпадения Изменение видового состава и Изменение ассимиляционной биопродуктивности экосистемы ёмкости экосистемы Рис. 1. Концептуальная схема влияния антропогенной деятельности в Приазовье на формирование ландшафтной структуры Азовского моря критериев в Северо-Азовской области выделяются округа - Таганрогский и Северо-приазовский; в Центрально-Азовской области - Арабатско-Утлюкский, Восточно-Приазовский и ЦентральноАзовский (халистазы); в Керченско-Таманской области - Керченский и Таманский (Хрусталев, Беспалова, и др., 2000; Беспалова, 2006, Беспалова, Беспалов 2006). Исходной единицей физикогеографического районирования морских мелководий является район (ландшафт), который по своему объему совпадает с конкретным подводным ландшафтом, который выделяется на основе общности геологического строения, морфоструктурных особенностей, литологических и геоморфологических условий акваторий, направленности современных литодинамических процессов, гидроклимата (температура, соленость), своеобразия состава гидробионтов, в особенности донных биоценозов. В пределах округов выделено 17 ландшафтов. Таким образом, было проведено ландшафтное районирования Азовского моря сверху то есть от более крупных таксонов - областей к более мелким - ландшафтам (рис. 2). Для оценки экологической ситуации ландшафтов по методике Б.И. Кочурова были разработаны индексы основных антропогенных воздействий и главных экологических проблем (рис. 3, табл.1). На основании проведенных исследований ландшафты Азовского моря могут быть отнесены к 4 уровням от удовлетворительного до критического. В тоже время на локальных участках в пределах портовых акваторий возможно развитие кризисной ситуации (Мариуполь, Таганрог, Бердянск, Ейск).
Условные обозначения:
Северо-Азовская область:
андшафты Таганрогского округа: 1 - Авандельты Дона, 2 - абразионных склонов северного побережья залива, 3 - Центрально-Таганрогской равнины, 4 - абразионных склонов южного побережья залива;
андшафты Северо-Азовского округа: 5 - Белосарайский, 6 - Бердянский, 7 - Обиточный, 8 - Утлюкский;
Центрально-Азовская область:
андшафты Арабатско-Утлюкского округа: 9 - Арабатский;
андшафты центрального округа: 10 - Западной котловины, 11 - Восточной котловины;
андшафты Восточно-Азовского округа: 12 - Авандельта Кубани, 13 - Восточно-Азовский;
Керченско-Таманская область:
андшафты Керченского округа: 14 - Арабатский залив, 15 - Казантипский;
андшафты Таманского округа: 16 - Притаманский;
17 - Ландшафты ракушечных банок.
Донные осадки:1 - песок, 2 - крупный алеврит, 3 - мелкий алеврит, 4 - ил, 5 - ракуша.
Биоценозы бентоса:6 - Hydrobia, 7 - Cardium, 8 - Ostracoda, 9 - Mytilaster, 10 - Nereis, 11 - Balanus, 12 - Dreissena, 13 - Syndesmia.
Рис. 2. Ландшафтное районирование Азовского моря (Беспалова, Беспалов 2006) Рис. 3. Оценка экологической ситуации ландшафтов Таблица Оценка экологических ситуаций ландшафтов Азовского моря Индексы Индексы № основных Экологическая Название ландшафта экологических АПК антропогенных ситуация проблем воздействий 1 Авандельта Дона 1, 2, 6, 7 Зн, Зтм, Зтч, Э, Нл, И Напряженная Абразионные склоны Зн, Зтм, Зтч, Нл, Ар, 2 северного побережья 1, 2, 5, 7,8 Критическая Уб Таганрогского залива Абразионные склоны южного 3 побережья Таганрогского 3, 8 Нл, Зтч, Ар Критическая залива Транзитно- аккумулятивная 4 1 Зн, Зтм, Зтч, Напряженная равнина (Таганрогский залив) 5 Белосарайский 1, 5, 8 Зтч, Нл, Конфликтная Бердянский Зн, Зтм, Зтч, Е, Нл, 6 1, 2, 5, 6, 7, 8 Критическая И, Ар,Уб, Вч 7 Обиточный 3, 4, 8 Зтч, Нл, Вч Конфликтная Утлюкский Зн, Зтм, Зтч, Нл, И, 8 1, 2, 3, 5, 6, 8 Напряженная Ар, Уб, 9 Арабатский (стрелка) 3 Нл, Вч Конфликтная 10 Арабатский залив 3 Вч, Уб Конфликтная 11 Казантипский, 3 Вч, Уб Конфликтная 12 Восточно-Азовский 3, 5 Зн, Конфликтная Авандельта Кубани Зн, Зтм, Зтч, Зп, У, 13 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 Напряженная Нл, И, Уб, К Центральная аккумулятивная 14 равнина (восточная 1, 3 Зн Конфликтная котловина) Центральная аккумулятивная Удовлетвори15 1 Вч, равнина (западная котловина) тельная 16 Ракушечные банки 1 Вч, Уб Конфликтная 17 Притаманский 3, 5, 8 Зн, Е, Вч Конфликтная Примечание к табл.1. Основные антропогенные воздействия: 1 - воздействие судоходства; 2 - дампинг; 3 - поиск и добыча полезных ископаемых; 4 - марикультра; 5 - гидротехническое строительство; 6 - изменение твердого и жидкого стоков; 7 - интенсивное поступление отходов хозяйственной деятельности, 8 - рекреация.
Главные экологические проблемы: Зн - загрязнение нефтепродуктами; Зтм- загрязнение тяжелыми металлами; Зтч - загрязнение техногенными микрочастицами; Э - эвтрофирование; Нл - нарушение литодинаимческих процессов, З Цзаиление; Ар - деградация рельефа; Вч - вселение чужеродных организмов - интродукция; П - потеря рекреационных ресурсов; Уб - уменьшение биоразнообразия и биомасс бентоса. К - нарушение режима особо охраняемых природных территорий.
5. Изучение ландшафтной структуры Азовского моря на основе методов многомерной классификации. В период 1984-1990 гг. в заливах Северного Приазовья и Керченского полуострова автором были выполнены многопараметрические съемки акваторий. Подобные детальные исследования моря в последствии не проводились, поэтому эти материалы были положены в основу изучения ландшафтной структуры береговой зоны с применением методов многомерной классификации.
Изучались следующие характеристики: температура, соленость, насыщение водных масс кислородом, взвесью; микроэлементный состав донных осадков, воды, взвеси, биомассы и ведущие биоценозы фито- зоопланктона, бентоса. Всего машинной обработке подверглось более 80 абиотических и биотических параметров. Как показали результаты районирования, каждый из заливов по совокупности гидроклиматических, морфологических, литологических, биотических признаков представляет собой самостоятельный физико-географический комплекс - ландшафт (Хрусталев, Беспалова 2000). Это подтвердили результаты примененной автоматической классификации. Каждый из заливов выделился в отдельный ландшафт, характеризующийся определенным набором среднестатистических параметров среды и биоты. В каждом из заливов выделились по совокупности признаков аквальные природные комплексы, характеризующиеся среднестатистическими показателями и стандартными отклонениями факторов среды и биоты. В Белосарайском, Бердянском, Казантипском, Арабатском заливах выделено три комплекса; в Обиточном - пять (рис. 4).
Рис. 4. Результат калассификации заливов Северного Приазовья и Керченского полуострова:
а) Белосарайский, б) Бердянский, в) Обиточный, г) Арабатский, д) Казантипский Выделенные АПК отнесены к рангу урочищ. Это участки, характеризующиеся однородным мезорельефом, одинаковым происхождением и составом слагающих пород, близкими условиями микрогидроклимата, определенными комплексами донных организмов, образующих специфичные биоценозы. Формирование урочищ происходит под решающим влиянием седиментационных процессов (Петров, 1989).
Анализ характерных признаков выделенных урочищ позволил провести их типизацию и на этой основе составить схему ландшафтного районирования береговой зоны (рис. 5).
Рис. 5. Схематическая карта ландшафтов береговой зоны Северного Приазовья и Керченского полуострова 6. Изучение геохимических особенностей ландшафтов морских мелководий на примере заливов Северного Приазовья и Керченского полуострова с применением математических методов. Установлено, что концентрация определенных химических элементов в изученных средах превышает допустимые нормы. Во всех ландшафтах в водной толще постоянно превышены рыбохозяйственные ПДК у таких элементов как медь, марганец, никель, а у свинца - фоновые значения. За период исследований (1984 Ц1993 гг.) отмечалась тенденция роста концентраций в воде почти по всем исследуемым металлам. Взвеси в значительной степени обогащены марганцем, медью, ванадием, свинцом, молибденом, концентрация которых значительно (до 10 раз) превышает средние содержания этих элементов во взвесях рек мира. В донных осадках не соответствовали кларковым концентрации меди, ванадия, титана, хрома, свинца. (Хрусталев, Беспалова, 1999; Беспалова 2006) На основе метода автоматической классификации оценен уровень накопления тяжелых металлов в различных урочищах каждого ландшафта. Проведенными исследованиями определены урочища, среда которых не благоприятна для обитания различных видов гидробионтов. К ним отнесены урочища закосовых аккумулятивных равнин в Белосарайском ландшафте, урочища абразионно-аккумулятивных равнин центральных акваторий Бердянского и Обиточного ландшафтов и урочища абразионно-аккумулятивных склонов бухт Арабатского и Казантипского ландшафтов.
Качество среды не могло не отразиться на гидробионтах, населяющих эти аквальные комплексы. Так, в бычках Белосарайского и Бердянского ландшафтов пищевые нормы превышены в 1,5 раза по хрому; в судаке - по цинку, меди, никелю, хрому. В моллюсках содержание свинца превышало пищевую норму в 3 раза, хрома - в 2.5, никеля и меди - в 1,5 раза.
По результатам исследований период (конец 80-х - начало 90-х гг. ХХ в) относится к наиболее неблагоприятным с точки зрения химичекого загрязнения среды и биоты моря.
7. Ландшафтное районирование, типизация и оценка динамики ландшафтной структуры Азовского моря с применением элементов ГИС-технологий и методов многомерной классификации. Под ландшафтной структурой понимается пространственновременная организация (упорядоченность или взаимное расположение) отдельных структурных частей ландшафтов. Упорядоченность в структуре может проявляться не только в пространстве, но и во времени. Временные изменения ландшафтообразующих факторов, в том числе и антропогенное воздействие, могут приводить к перестройке ландшафтного каркаса моря и нарушению его устойчивости.
В последние 50 лет можно выделить три основных характерных периода развития геосистемы Азовского моря: - естественный режим до зарегулирования стока Дона (начало 50-х гг. ХХ в), - период наиболее интенсивного осолонения моря (конец 70-х гг. ХХ в), - современный период восстановления гидроклиматических характеристик на уровне первого периода (начало XXI в). Для этих периодов была создана база данных цифровых карт ландшафтообразующих факторов, выполнено районирование, типизация и изучена ландшафтная структуры моря на основе применением ММК и ГИС-технологий ( Беспалова и др., 2000; Беспалова, 2006; Беспалова, Беспалов, 2006).
Основной целью выполненных исследований являлось создание базы данных ГИС основных ландшафтообразующих факторов для различных этапов развития экосистемы Азовского моря. Для решения задач ландшафтного районирования, выявления типовых образований, изучения устойчивости ландшафтной структуры Азовского моря в условиях значительных флуктуаций природных параметров и антропогенного воздействия разработана и впервые использована методика, основанная на применении элементов ГИС-технологий и методов многомерной классификации, позволяющей проводить разбиение акваторий и территорий на отдельные комплексы по ряду классификационных признаков и визуализировать полученные результаты.
Методика применения элементов ГИС-технологий включала следующие этапы:
1) Создание банка данных оцифрованных карт основных природных компонентов ландшафта: рельефа, литологических типов донных отложений, солености, распределения кислорода, биомасс фито - и зоопланктона, бентоса.
2) Подготовка карт. Были подготовлены растровые картосхемы ландшафтообразующих факторов: рельефа дна, типа донных осадков, солености, среднегодовой концентрации растворенного кислорода в водной толще, средних значений биомассы фитопланктона, зоопланктона, бентоса. Подготовка растровых изображений проводилась с применением стандартного графического редактора.
3) Оцифровка карт. Оцифровка выполнялась с помощью программы MapDestruktor, разработанной участником основного гранта № 00-05-65379 и гранта 01-05-06256. Методика оцифровки следующая. На карту-схему накладывается сетка, в нашем случае имеющая размер на 100 мм, в результате область разбивается на 5000 элементарных прямоугольников (ячеек). В пределах акватории моря получилось 2200 ячеек. Каждая ячейка имеет площадь 17,18 км2. На основе палитры, задающей соответствие между определенным цветом и цифровым значением, для каждого элементарного прямоугольника программа выбирает оттенок, представленный наибольшим количеством пикселей одного цвета, и результат записывается в текстовый файл. Для примера нами показана карта биоценозов бентоса современного периода, характеризующаяся наиболее сложной цвето-цифровой гаммой.
4) Следующий этап - классификация элементарных ячеек с применением метода многомерной классификации по специально разработанной программе.
Морская среда и биота отличаются значительной пространственно-временной изменчивостью. В то же время существуют некие инварианты, позволяющие объединять ландшафты - аквальные природные комплексы в типологические группы. При классификации АПК для целей ландшафтного картографирования применялись программы кластерного анализа, разработанные в НИИМиПМ РГУ (отдел ММвЭЭ). Результатом исследований на основе вышеизложенной методики являются ландшафтные карты Азовского моря периода до зарегулирования стока Дона, современного периода и периода максимального осолонения, состоящие из 15, 11 и 10 классов (типов АПК) соответственно. То есть помимо районирования была проведена типизация выделенных ландшафтов (рис. 6).
В соответствии с природными особенностями каждый АПК получил соответствующее название. Названия типов соответствуют карте современного периода. Так как произошли преобразования в ландшафтной структуре моря, для разных периодов номера классов, в результате применения ММК, изменились автоматически. Поэтому выделы АПК, типичные для всех исследуемых временных отрезков, были окрашены в одну и ту же цветовую гамму.
Соответственно новые выделы окрашены в дополнительные цвета. Для каждой ландшафтной карты получены среднестатистические характеристики среды и биоты образующих ее АПК, отраженные в атрибутивных таблицах.
а б в Рис. 6. Ландшафтное районирование Азовского моря на основе ГИС-технологий и ММК а) период до зарегулирования Дона, б) период осолонения, в) современный период Представленные в таблице 2 типы аквальных природных комплексов относятся к ключевым образованиям, составляющим ландшафтный каркас моря. Сравнение полученных карт для различных сценариев развития позволяет выявить особенности их структуры и динамики.
Таблица Соответствие классов АПК различных периодов АПК до АПК АПК периода Название типа, место зарегулирования современного осолонения расположения Дона период АПК 3 АПК 1+АПК 9 АПК 8 Авандельта (Дона) Транзитно- аккумулятивная АПК 1+АПК 2 АПК 3 АПК равнина (Таганрогский залив) АПК 13, Центральная аккумулятивная АПК 6+АПК 8 АПК АПК 10, равнина (восточная котловина) АПК 12, Центральная аккумулятивная АПК 10 АПК АПК 14, равнина (западная котловина) АПК 9 АПК 7 АПК 3 Ракушечные банки АПК 15 АПК 11 АПК10 Авандельта (Кубани) Абразионно-аккумулятивная АПК 8 АПК 4 АПК 1 равнина (береговая зона Северного Приазовья) Подводные основания кос АПК 6 АПК 2 АПК (Северное Приазовье) Абразионные равнины (восточное АПК 4 АПК 5 АПК 5 Приазовье, прибрежная зона Арабатской стрелки) Глубоководные прибрежные АПК АПК 5 АПК 7 заливы (Казантипский, (частично) Арабатский, Утлюкский) При естественном режиме моря в начале 50 - х гг. прошлого столетия ландшафтный каркас состоял из 15 типовых образований, т.е. имел более сложную структуру по сравнению с последующими периодами. Число классов в период осолонения (конец 70-х гг.) уменьшилось до 11 АПК, а в настоящее время в результате классификации выделилось 10 АПК. Таким образом, ландшафтная структура моря претерпела за последние 50 лет существенные изменения, что проявляется в ее упрощении, изменении площадей аквальных комплексов и конфигураций их границ (рис. 6). В пределах Таганрогского залива в естественных условиях и в период осолонения число классов составляло 5. Площадь АПК (авандельты Дона) достигала 960 - 807 км2. Его внешняя граница проходила примерно по изобате 3 метра. Соленость вод в естественном режиме 0 изменялась от 1 до 3,3 /00. В период осолонения она была, в среднем, на уровне 3,9 /00, максимальная - достигала 6 /00. Резко снизилась роль пресноводного комплекса фито - и зооценозов. Средняя биомасса фитопланктона не превышала 800, зоопланктона - 200 мг/м3, тогда как в естественном режиме эти показатели существенно отличались в сторону увеличения. В современный период площадь ландшафта авандельты Дона увеличилась почти в 2 раза, до 15км2. Средняя соленость снизилась до 2,26 /00. Значительно возросла биомасса фитопланктона.
Биомассы бентоса были ниже, чем для периода осолонения, так как увеличилась доля червей и ракообразных, в результате чего возросла кормовая ценность донных сообществ. В период до зарегулирования транзитно-акумулятивная Таганрогская равнина АПК 1 и в период осолонения АПК 3 достигала площади 1443 - 1907 км2. Для периода современного распреснения площадь данного комплекса значительно увеличилась, в основном в западном направлении, до 3436 км.
Неизменным осталось положение АПК в зоне влияния Кальмиуса близ Мариуполя, но его размеры, по сравнению с периодом более высокой солености, несколько уменьшились. В целом, можно отметить, что для Таганрогского залива в современный период характерно упрощение ландшафтной структуры. Она состоит в основном из двух типов ландшафтов - авандельтового и транзитно-акумулятивной Таганрогской равнины.
В акватории собственно моря произошла наиболее заметная перестройка ландшафтной структуры. В естественном режиме в пределах центральной котловины в результате классификации выделилось несколько АПК. Самую большую площадь в центре занимал АПК 13, по его периметру расположены в виде прерывистого кольца АПК 10, АПК 12, АПК 7. Как показал анализ компонентов, участвующих в классификации, это связано с большим разнообразием биомасс и биоценозов бентоса в условиях естественного режима. Ландшафты как бы повторяют кольцевую структуру расположения биоценозов, отображенную на картах В.П. Воробьева (1949).
В период осолонения центральная часть моря делилась на 3 аквальных комплекса, АПК 6 и АПК 8 занимали восточную котловину и АПК 10 - западную. Суммарная площадь восточной котловины составляла 7937,2 км2. Соленость воды в восточной котловине в среднем была на уровне 13,6-13,9 /00, максимально - достигала 140/00. В западной (АПК 10) - средняя минерализация была выше, с максимумом 150/00. Основными факторами дифференциации АПК центральной котловины являются видовой состав и биомассы биоценозов бентических сообществ.
В современный период, когда соленость значительно снизилась, произошло объединение АПК восточной котловины в один комплекс - АПК 9, площадью 9586 км2, с колебаниями солености в интервале от 8 до 10 0/00. По сравнению с периодом осолонения заметно увеличилось насыщение водных масс кислородом до 100-110 %. Если биомассы фито- и зоопланктона изменились не существенно, то биомасса донной фауны возросла, более чем в 2 раза, и достигла в среднем 111, максимально - 500 г/м2.
Западная котловина моря в современный период (АПК 6) имеет площадь 5051 км2, т.е.
сократилась, примерно в 2 раза по сравнению с периодом повышенной минерализации. Для западной котловины характерны те же тенденции изменения абиотических и биотических параметров, что и для восточной котловины: увеличение содержания кислорода до 100%, биомасс бентоса - до 1000 г/м2.
андшафты ракушечных банок до зарегулирования Дона (АПК 9) имели более значительные площади (более 4000км2) по сравнению с последующими периодами. Биомасса бентоса достигала здесь 1750 г/м2. В период осолонения ареалы АПК 7 и АПК 3 значительно сократились, до 1700 и 1752,8 км/2 соответственно. Они занимали территории банок Еленинской, Морских и Железинской. Основные изменения статистических параметров проявились уменьшением крупности раковинного материала в период опреснения, уменьшением солености с 14 до 9,6 0/00, увеличением содержание кислорода в среднем от 66,4 до 95,7 %. Однако наиболее существенно изменились биомассы бентоса - они увеличились по сравнению с периодом осолонения в среднем от 46,7 до 248 г/м2, при максимальных концентрациях 100 и 500 г/мсоответственно.
Авандельта Кубани обособляется в самостоятельный тип ландшафта во все исследуемые периоды. Площадь этого АПК существенно изменяется. В период до зарегулирования стока реки (АПК 15) и в период высокой солености вод площадь этого аквального комплекса (АПК 11) составляла, примерно 1000 км2. Зона влияния Кубани в это время прослеживалась узкой полосой вдоль берега к востоку от устья реки. Средняя соленость вод достигала 13,80/00. Насыщение вод кислородом было на чрезвычайно низком уровне - 50-60%. Биомассы гидробионтов, за исключением фитопланктона, также были невелики.
В современный период площадь авандельты Кубани (АПК 10) составляет 2181 км2, т.е.
увеличилась почти в 2 раза (рис. 4). Очевидно, это объясняется возрастанием стока Кубани в последние годы. Средняя соленость снизилась до 10,1%. Значительно улучшились кислородные условия (90 -110% насыщения). Для данного периода характерно снижение биомассы фитопланктона со 100 до 500 мг/м2, увеличение концентрации зоопланктона со 150 до 200мг/м3.
Биомассы зообентоса современного периода характеризуются чрезвычайно неравномерным распределением биомасс (от 10 до 500 г/м2) и мозаичностью распределения ведущих биоценозов червей и моллюсков.
Значительные изменения ландшафтной структуры характерны для прибрежных акваторий.
Так, в заливах Северного Приазовья выделилось два типа АПК - абразионно-аккумулятивных равнин АПК 4 (период осолонения) и АПК 1 (современный период) и аквальные комплексы, относящиеся к типу подводных продолжений кос АПК 2 (период осолонения) и АПК 4 (период опреснения). В пределах распространения этих типов отмечается наибольший динамизм в изменении их ареалов, границ и площадей распространения, но тип ландшафта сохраняется. Из заливов Северного Приазовья только Утлюкский в период распреснения перешел в другой класс и объединился с типом глубоководных заливов прибрежной зоны (АПК 7). К данному типу в современный период (АПК 7), согласно проведенной классификации, относятся Казантипский и Арабатский заливы. В период осолонения заливы Керченского полуострова относились к АПК (тип абразионных прибрежных равнин). Такое объединение стало возможным, очевидно, в связи с развитием и массовым распространение в период осолонения биоценоза церастодермы.
Стабильно существование типа ландшафтов абразионных прибрежных равнин во все исследуемые периоды. Они развиты в пределах Восточного Приазовья, к этому же типу, по результатам кластеризации, отнесен подводный склон Арабатской стрелки. При машинной обработке объединение этих комплексов в один тип, как показал анализ оцифрованных карт, произошло по ряду причин. Прежде всего, для них характерны: один и тот же порядок глубин, литологический тип донных осадков, а так же состав ведущих биоценозов и биомасс бентоса.
Причем объединение в один класс (АПК 5) имело место как в период осолонения, так и в современном периоде. Вероятно, разделение этих аквальных комплексов на различные типы возможно при большем наборе признаков.
Проведенные исследования ландшафтной структуры моря на основе элементов ГИСтехнологий и метода автоматической классификации доказали возможность и целесообразность данного подхода к районированию и типизации морских акваторий. Особенно ценной является возможность получения количественных характеристик компонентов ландшафта. Сопоставление полученных данных за различные временные отрезки позволяет проводить мониторинг моря в условиях значительной флуктуации природных параметров. Несмотря на значительную изменчивость ландшафтообразующих абиотических и биотических факторов, ландшафтный каркас моря устойчиво стабилен, т.е. сохраняются все основные типы ландшафтов, что обусловлено очевидно консервативным поведением абиотических компонентов ландшафта - рельефа и типов донных осадков. В то же время ландшафтная структура четко реагирует на природные и антропогенные воздействия, что проявляется в переходе отдельных АПК в другие типы, изменении площадей и конфигураций ареалов распространения аквальных комплексов.
Общее уменьшение числа типовых образований происходит, прежде всего, из-за наиболее неустойчивого компонента ландшафта - его биоты. Несмотря на то, что в настоящее время гидроклимат Азовского моря находится на уровне естественного режима, и произошло восстановление биоценозов первичного трофического уровня, биоценозы более высоких уровней (бентос, ихтиофауна) не восстановились. В этой связи ландшафтная структура моря не вернулась в свое прежнее состояние. Поэтому мы можем говорить о том, что современная ландшафтная структура моря формируется на месте предшествующей в результате саморазвития под воздействием природно-антропогенных флуктуаций, направленность которых определяет тенденцию ее эволюции. Возврат к прежнему состоянию, очевидно, не возможен, т.к. некоторые природные компоненты - рыба, биопродуктивность, вселенцы, рост антропогенной нагрузки (прежде всего судоходства) обусловливают тенденцию формирования геосистемы моря нового качества.
8. Экодиагностика качества среды в аквальных комплексах Азовского моря с применение математических методов. Основной целью проводимых исследований явилась разработка методики оценки качества среды (экодиагностика) природных комплексов моря на основе применение элементов ГИС-технологий и методов многомерной классификации (Беспалова, Кордуманова, 2006). В основу работы положены данные геохимической съемки воды и донных осадков Азовского моря, выполненной в 2001 г. на 80 станциях, обработанные с помощью спектрального и количественного анализа.
Методика проведения экодиагностики включала следующие этапы: ландшафтная дифференциация территории, оценка качества морских вод, оценка качества донных осадков, интегральная оценка экологической ситуации в аквальных природных комплексах Азовского моря.
Первый этап методики заключался в создании базы данных оцифрованных карт распределения загрязняющих веществ, содержащихся в воде и донных осадках (ТМ, НУ и ХОП).
В едином масштабе были сформированы растровые картосхемы распределения следующих химических элементов: меди, молибдена, свинца, кадмия, ванадия, алюминия, железа, марганца, титана, никеля, а также нефтепродуктов и ХОП. Подготовка растровых изображений проводилась с применением стандартных графических редакторов.
Для описания качества вод и сравнения по этому параметру различных акваторий использовались расчетные значения индекса загрязненности вод (ИЗВ), позволяющие отнести воды исследуемого района к определенному классу чистоты (КачествоЕ, 2005; Александрова и др., 2000; Дмитриев, Уфимцева, Огурцов, 1999; Дмитриев, Фрумин, 2004).
Для морских вод ИЗВ рассчитывается по формуле где Сi - концентрация наиболее значительных загрязнителей и растворенного в воде кислорода, для которого значение в формуле рассчитывается делением норматива на реальное содержание;
С/ПДК Ч относительная (нормированная) среднегодовая концентрация; 4 Ч строго лимитируемое количество показателей (ингредиентов).
В результате экспертных оценок установлено, что в водах Азовского моря ПДК превышены у таких элементов, как ванадий, кадмий, свинец, медь и молибден. Для этих элементов был рассчитан индекс загрязненности вод (ИЗВ) в каждой сеточной ячейке акватории, т.е. для 4434 точек, каждая из которых соответствует площади 8,59 км2.
На основе ММК и ГИС-технологий выделены типы АПК по показателю индекса загрязнения морских вод. Это позволило выявить наиболее загрязненные акватории и потенциальные источники загрязнения моря. Карта районирования по ИЗВ представлена на рис. 4.
Для каждого класса (района) составлена атрибутивная таблица значений ИЗВ.
В пределах акватории моря воды I класса (очень чистые) не выявлены. Водные массы II класса (чистые) представлены в виде локальных пятен в центре акватории. Большая же часть водных масс относится к IV и V классам качества. Самые грязные воды (VI кл.) фиксируются в районе Керченского пролива и авандельты Дона (рис. 7).
Рис. 7. Типизация АПК акватории Азовского моря по индексу загрязнения вод на основе ГИС-технологий и ММК Класс качества вод: I - очень чистые; II - чистые; III - умеренно загрязненные; IV - загрязненные; V - грязные; VI - очень грязные; VII - чрезвычайно грязные Очевидно, что основные потоки поллютантов поступают в Азовское моря со стоком Дона и из Черного моря.
Спектр загрязнения вод в этих аквальных комплексах изменяется от умеренно загрязненных (III кл.) до очень грязных (VI кл.). Наиболее благоприятная ситуация характерна для АПК 1 заливов Северного Приазовья (Обиточного, Бердянского и Белосарайского). Здесь качество вод соответствует в основном II классу (чистые), в пределах остальных АПК - IV классу (загрязненные).
Так как любая акватория принадлежит определенному ландшафту, то можно провести оценку качества его вод (рис. 8). Самый низкий класс качества вод наблюдается в АПК 8 и АПК 2, находящихся в зоне влияния стоков Дона и промышленных предприятий Таганрога и Мариуполя, а также в АПК 10 - район Керченского пролива.
Рис. 8. Оценка качества морских вод в АПК Азовского моря Класс качества вод: I - очень чистые; II - чистые; III - умеренно загрязненные; IV - загрязненные; V - грязные; VI - очень грязные; VII - чрезвычайно грязные Содержание ЗВ в донных отложениях российскими нормативными документами не регламентируется. Оценка степени загрязнения донных отложений в контролируемом районе выполнялась нами в соответствии с рекомендациями СП 11-102-97 на основе соответствия уровней содержания загрязняющих веществ критериям экологической оценки загрязненности грунтов по: Neue Niederlandische Liste, Altlasten Spektrum 3/95 (лголландские листы). Значения допустимых концентраций (ДК), приведенные в указанном источнике, близки к значениям средних концентраций, разработанным для Азовского моря на основе обработки результатов многолетних исследований отделом Природоохранных исследований Азовского научноисследовательского института рыбного хозяйства (Корпакова и др., 2005).
К приоритетным загрязнителям донных осадков аквальных комплексов Азовского моря, превышающим ДК, относятся медь, никель, хром, и нефтепродукты. Для этих элементов были рассчитаны коэффициенты концентрации (Сает и др., 1990). Коэффициент концентрации определялся как отношение реального содержания химического элемента в донных осадках (С) к его допустимой концентрации (ДК):
Кс=С/ДК (2).
Поскольку грунты загрязнены сразу несколькими элементами, то для оценки их качества нами разработан индекс загрязнения донных осадков (грунтов) (ИЗГ), отражающий эффект воздействия группы элементов и рассчитываемый по следующей формуле:
где n - число учитываемых элементов, превышающих ДК.
Норматив устанавливает качество донных отложений, соответствующее одному из 4-х уровней загрязненности: целевой уровень, предельный, проверочный и уровень, требующий вмешательства (Дмитриев, ФруминЕ, 2004). На основе экспертных оценок данных геохимической съемки установлено, что допустимые концентрации в донных осадках (целевой уровень) превышены у нефтепродуктов и у ряда ТМ (никеля, хрома, меди).
По методике, описанной выше, с использование ГИС-технологий и ММК был рассчитан индекс загрязнения для каждой сеточной ячейки, а районирование Азовского моря по классам качества грунтов, выполнено по той же методике, что и районирование водных масс по ИЗВ. В пределах акватории выделилось 4 класса уровня загрязнения грунтов (рис. 9). На основе анализа и экспертной оценки атрибутивной таблицы была разработана оценочная шкала (табл. 3).
Рис. 9. Типизация донных природных комплексов на основе индекса загрязнения донных осадков (ИЗГ) с применением ГИС-технологий и ММК:
I - чистые, ИЗГ=0-1; II - слабо загрязненные, ИЗГ=1-2; III - умеренно загрязненные, ИЗГ=2-3; IV - сильно загрязненные, ИЗГ=3-Таблица Атрибутивная таблица результатов классификации на основе индекса загрязненности вод (ИЗВ) и индекса загрязнения донных осадков (ИЗГ) Номер Характеристика ИЗВ ИЗГ Района 1 N 1019 101 Макс. 1,70 1,1 Сред. 1,29 0,1 Мин. 0,7 0,2 N 709 72 Макс. 2,50 1,2 Сред. 2,07 1,2 Мин. 1,60 1,3 N 1415 143 Макс. 2,6 1,3 Сред. 1,97 1,3 Мин. 1,60 0,4 N 395 34 Макс. 4,20 2,4 Сред. 3,07 1,4 Мин. 2,60 0,5 N 275 25 Макс. 2,90 2,5 Сред. 2,03 2,5 Мин. 1,30 2,6 N 621 66 Макс. 1,60 2,6 Сред. 1,22 1,6 Мин. 0,70 1,При разработке шкалы ИЗГ мы ориентировались на нормативы, используемые при оценке качества донных отложений почв (Правила охраныЕ, 1993). Норматив устанавливает качество донных отложений, соответствующее одному из четырех уровней загрязненности: целевой уровень, предельный уровень, проверочный уровень и уровень вмешательства. Целевой уровень соответствует уровню допустимых концентраций.
К районам с максимальным уровнем загрязнения грунтов (III и IV) относятся акватории, занятые тонкими алевритовыми и пелитовыми осадками. Это наиболее глубоководные районы Таганрогского залива, восточная и западная котловины центральной части моря.
На основе разработанной методики также выполнена оценка качества грунтов для каждого из 10 аквальных комплексов моря. Результатом вычислений являются атрибутивная таблица и карта оценки качества донных осадков. Полученные данные свидетельствуют о невысоком уровне загрязнения донных осадков в АПК 1, АПК 4, АПК 3. В пределах почти всей площади дна этих ландшафтов он соответствует слабому превышению уровня допустимых концентраций. Наиболее неблагоприятная ситуация выявлена в АПК 8, АПК 9, АПК 7, где уровень загрязнения донных грунтов варьируется от умеренно загрязненных до сильно загрязненных (рис.10).
Рис. 10. Оценка качества грунтов в АПК Азовского моря по показателю ИЗГ:
I - чистые, II - от слабо до умеренно загрязненных, III - умеренно загрязненные, IV - от умеренно до сильно загрязненных По данным значений ИЗВ и ИЗГ построен график связи этих характеристик и установлена линейная зависимость с высоким коэффициентом корреляции - 0,92 (рис. 11). С учетом того, что водные массы - не устойчивые образования, оценку качества среды в ландшафтах можно выполнять по состоянию донных осадков. Это утверждение очевидно справедливо для Азовского моря вследствие его мелководности. Для глубоких водоемов необходимо проводить интегральную оценку качества среды с учетом обоих показателей.
Рис. 11. График зависимости ИЗВ и ИЗГ Следующий этап интегральной оценки заключался в проведении районирования моря на основе показателей ИЗВ и ИЗГ с применением ММК и ГИС-технологий. В результате кластерного анализа с участием характеристик ИЗВ и ИЗГ в пределах акватории моря выделилось 6 районов, каждый из которых соответствует определенному уровню загрязнения среды (рис. 12, 13, табл. 4).
Рис. 12. Диаграмма изменений ИЗВ и ИЗГ в пределах классов качества среды Рис. 13. Районирование Азовского моря на основе ИЗВ и ИЗГ c применением ГИС-технологий и ММК Таблица Градация районов на основе интегральной оценки преобразованных ИЗВ и ИЗГ Преобразованное Преобразованное Интегральный Номер района Характеристика ИЗВ ИЗГ показатель (Q) 1 Мин. 0,29 0,26 0,1 Сред. 0,17 0,18 0,1 Макс. 0,0 0,0 0,2 Мин. 0,51 0,51 0,2 сред. 0,39 0,38 0,2 Макс. 0,26 0,19 0,3 Мин. 0,54 0,51 0,3 Сред. 0,36 0,25 0,3 Макс. 0,13 0,05 0,4 Мин. 1,0 0,62 0,4 Сред. 0,68 0,34 0,4 Макс. 0,54 0,17 0,5 Мин. 0,63 1,0 0,5 Сред. 0,38 0,63 0,5 Макс. 0,17 0,62 0,6 Мин. 0,26 0,63 0,6 Сред. 0,15 0,33 0,6 Макс. 0,0 0,25 0,Построение интегрального показателя качества среды осуществлялось по следующей методике. С помощью преобразований избавимся от размерности исходных характеристик так, чтобы наилучшим условиям по каждому критерию соответствовало значение, равное 0, а наихудшим, - равное 1 (Дмитриев, Фрумин, 2004).
Диапазон изменения q находится в пределах от 1 до 0. Таким образом, исходные параметры в разных шкалах измерения (ИЗВ и ИЗГ) приведем к единой безразмерной шкале.
Затем произведем математические действия с целью получения интегрального показателя состояния качества среды Зададим минимальные и максимальные значения параметров. Для этого используем минимальное {min) и максимальное (max) значения из каждой шкалы исходных характеристик ИЗВ и ИЗГ. Далее выбираем вид интегрального (комплексного) показателя ЦQ(q,p).
Комплексный показатель зависит не только от показателя qi но и от его значимости, определяемой весовыми коэффициентами рi,, сумма которых должна равняться 1 (0 где n Ч число критериев оценивания (Дмитриев, Фрумин, 2004). Следующий этап заключается во вводе оценки весовых коэффициентов рi. В нашем случае вес каждого параметра (ИЗВ и ИЗГ) принимается равным и определяется простой формулой pi = 1/n, т,е, рi = или 0,5 (табл. 5). Определяем границы классов качества. Самая чистая среда в районе (1 класс качества), следующие районы по степени ухудшения экологической ситуации: район (2 класс), 3 район (3 класс), 2 район (4 класс), 5 район (5 класс), 4 район (6 класс) (табл. 6). На основе разработанной шкалы интегральных показателей определяем качество среды в аквальных комплексах моря, используем условия максимальных и минимальных значений ИЗВ и ИЗГ для всего моря. Для ИЗВ наихудший индекс равен 4,2, наилучший - 0,7, для ИЗГ - 2,88 и 0,соответственно. По результатам интегральной оценки наиболее высококачественные среды в АПК 1. Среда в АПК 7 считается слабо загрязненной (2 класс). Третий уровень качества среды в АПК и АПК 10. Наибольшее число АПК (3, 4, 5 и 6) имеют уровень качества среды - 4 (грязная). Самое низкое качество среды отмечается в АПК 2 - очень грязная и АПК 8 - опасно загрязненная (рис. 14). Таблица Интегральная оценка качества среды в АПК Азовского моря в современный период Преобразованное Преобразованное Интегральный Уровень АПК ИЗВ ИЗГ ИЗВ ИЗГ показатель качества загрязнения среды 1 1,04 0,84 0,10 0,11 0,10 1 Чистая Очень 2 2,28 1,66 0,45 0,47 0,46 грязная 3 1,76 1,51 0,30 0,40 0,35 4 Грязная 4 1,62 1,44 0,26 0,37 0,32 4 Грязная 5 1,44 1,29 0,31 0,31 0,31 4 Грязная 6 1,59 1,44 0,25 0,37 0,31 4 Грязная Слабо 7 1,48 1,19 0,22 0,27 0,26 загрязн. Опасно 8 2,42 1,82 0,49 0,54 0,51 загрязн. 9 1,66 1,46 0,27 0,29 0,28 3 Загрязн. 10 1,7 1,26 0,30 0,30 0,30 3 Загрязн. Таблица Построение интегрального показателя качества среды № класса Интегральные № Уровень качества Площадь качества показателя района среды (%) среды качества 1 1 <0,20 Чистая 22,2 6 0,20-0,25 Слабо загрязнен. 14,3 3 0,25-0,30 Загрязнен. 31,4 2 0,30-0,40 Грязная 8,5 5 0,40-0,50 Очень грязная 6,6 4 >0,5 Опасно грязная 15,Рис. 14. Интегральная оценка качества среды в АПК Азовского моря: 1 чистая; 2- слабо загрязненная; 3-загрязненная; 4- грязная; 5-очень грязная; 6- опасно грязная Тенденции изменения качества среды можно проанализировать, сопоставив данные съемок 2001 и 1989 гг. ландшафтов Северного Приазовья и Керченского полуострова. С этой целью выполнен расчет показателей ИЗВ и ИЗГ по вышеописанной методике для геохимической съемки 1989 г. В конце 80-х гг. прошлого века воды в Белосарайском, Бердянском и Обиточном заливах характеризовались как очень грязные (VI). В Казантипском и Арабатском заливах экологическая ситуация была не менее напряженная. Водные массы относились к V классу качества - грязным. В современный период уровень загрязнения вод в этих заливах значительно снизился, и по показателю ИЗВ в Северном Приазовье воды относятся ко II классу, Керченского полуострова - к III- IV классам. Аналогичная тенденция прослеживается и для донных осадков. По показателю ИЗГ качество донных осадков в Белосарайском, Бердянском и Обиточном заливах улучшилось от II уровня (слабо загрязненные) до I (чистые). В глубоководных Арабатском и Казантипском заливах, где осадки представлены в основном мелкоалевритовыми и глинистыми илами, имеющими высокую ассимиляционную емкость, качество грунтов практически не изменилось. Следовательно, уровень химического загрязнения, в целом, в последнее десятилетие остается все еще достаточно высоким, но уже обозначилась гибкая тенденция его снижения. Выявленные закономерности характерны и для всего Азовского моря, что подтверждается рядом опубликованных материалов (Корпакова и др., 2005а; Конев и др., 2005; Корпакова и др., 2005б). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты работы и выводы: 1. Обзор современных представлении о теории и методах ландшафтных исследований показал, что современное состояние учения о подводных ландшафтах Мирового океана характеризуется чертами становления и бурного развития различных идей и методов. В диссертации впервые для исследования морских мелководий применен ландшафтный подход, основанный на методах многомерной классификации и ГИС-технологиях. 2. На основе единиц зональной, вертикальной и азональной дифференциации по методике, разработанной К.М. Петровым, определено положение Азовского моря в системе морских бассейнов Мирового океана. Азовское море относится к умеренному поясу теплобореальной зоны и располагается целиком в пределах неритового яруса верхнего пояса сублиторальной зоны, на ее верхнем, до глубины 5 м, и нижнем, до глубины 15 м, этажах. В системе единиц азональной дифференциации Азовское море представляет собой морской бассейн в группе понтокаспийских морей, связанный с геологическим развитием древней геосинклинали Тетиса. 3. Естественными факторами формирования ландшафтной структуры Азовского моря являются звенья физико-географического процесса. Деятельность каждого звена, как показали проведенные исследования, отличается высоким динамизмом. Анализ ландшафтообразующих факторов позволил выделить три характерных периода в современной истории развития исследуемого водоема и установить наличие хорошо налаженных прямых и обратных связей между отдельными компонентами ландшафта, что подчеркивает целостность геосистемы моря. 4. В XX-XXI вв. аквальные комплесы Азовского моря начали испытывать всевозрастающий техногенез, роль которого в формировании ландшафтной структуры оценена на основе разработанной в диссертации концептуальной схемы антропогенного воздействия. Хозяйственная деятельность в акватории, на водосборных площадях и в береговой зоне сопровождается мощными техногенными процессами: развитием судоходства, дноуглубительными работами, разведкой и добычей полезных ископаемых, развитием портовой инфраструктуры, химическим и биологическим загрязнением. Масштаб их воздействия таков, что антропогенный фактор необходимо учитывать при ландшафтной регионализации, ландшафтноэкологической оценке и прогнозе изменений ландшафтной структуры Азовского моря. 5. На основе анализа ландшафтообразующих факторов было проведено ландшафтное районирование Азовского моря по общепринятой в морском ландшафтоведении методике, разработанной К.М Петровым. Бассейн Азовского моря в связи с его геоструктурой четко делится на три области - Северо-Азовскую, Центрально-Азовскую и Керченско-Таманскую, состоящие из 7 округов и ландшафтов. Таким образом, было проведено ландшафтное районирование Азовского моря сверху, то есть от более крупных таксонов - областей к более мелким - ландшафтам, и составлена ландшафтная карта Азовского моря современного периода. 6. Выполнена оценка экологической ситуации ландшафтов с учетом разработанных индексов основных антропогенных воздействий и главных экологических проблем. Ландшафты Азовского моря могут быть отнесены к 4 уровням (от удовлетворительного до критического). В то же время на локальных участках в пределах портовых акваторий возможно развитие кризисной ситуации (Мариуполь, Таганрог, Бердянск, Ейск). Результатом исследований является карта экологических ситуаций ландшафтов Азовского моря. 7. При исследовании морфологической структуры Белосарайского, Бердянского, Арабатского, Обиточного и Казантипского ландшафтов использованы данные детальных многопараметрических съемок, обработанные на основе ММК. В результате классификации в пределах этих ландшафтов выделены аквальные природные комплексы, таксономический ранг которых соответствует подводным урочищам. На основе полученных среднестатистических параметров среды и биоты описаны морфологические особенности аквальных природных комплексов, раскрыто своеобразие морфологической структуры пяти ландшафтов (Белосарайского, Бердянского, Обиточного, Арабатского, Казантипского) и образующих их урочищ. Анализ морфологической структуры выделенных урочищ позволил провести их типизацию и на этой основе составить схему ландшафтного районирования береговой зоны Северного Приазовья и Керченского полуострова. Составлена схематическая карта ландшафтов береговой зоны Азовского моря в пределах Северного Приазовья и Керченского полуострова, которая может стать основой для мониторинга параметров ее экосистемы и проведения прикладных мероприятий различного народнохозяйственного назначения. 8. Ландшафтно-экологические исследования положены в основу изучения пространственно-временной динамики и оценки уровня накопления тяжелых металлов в воде, донных осадках и биоте ландшафтов береговой зоны Северного Приазовья и Керченского полуострова и их аквальных комплексов. Выделены АПК, в пределах которых уровень концентрации тяжелых металлов и микроэлементов может негативно влиять на жизнедеятельность населяющих их гидробионтов. 9. На основе специально разработанной методики с применением многомерной классификации и ГИС-технологий проведено ландшафтное районирование, типизация АПК и изучена динамика ландшафтной структуры моря. Сформирована база цифровых карт компонентов ландшафта для трех сценариев развития геосистемы моря. Результатом исследований являются карты подводных ландшафтов Азовского моря периода до зарегулирования стока Дона, периода максимального осолонения и современного периода, состоящие каждая из 15, 11 и 10 классов типов АПК соответственно. 10. Проведенные исследования динамики ландшафтной структуры моря показали, что, несмотря на значительную изменчивость ландшафтообразующих абиотических и биотических факторов, ландшафтный каркас устойчиво стабилен, т.к. для всех сценариев развития экосистемы моря сохраняются ключевые типы ландшафтов. Устойчивость каркаса обусловлена слабой изменчивостью консервативных абиотических компонентов ландшафта - рельефа, литологических типов донных осадков. В то же время ландшафтная структура четко реагирует на природные и антропогенные воздействия, что проявляется в переходе отдельных АПК в другие типы, изменении площадей и конфигураций ареалов аквальных комплексов. 11. Отмеченный тренд уменьшения числа типовых образований обусловлен, прежде всего, неустойчивостью биотических компонентов ландшафта. Несмотря на то, что в настоящее время гидроклимат Азовского моря находится на уровне естественного режима и произошло восстановление биоценозов фито- и зоопланктона, биоценозы бентоса и ихтиофауна не восстановились. Возврат экосистемы Азовского моря в прежнее состояние, несмотря на восстановление его абиогенной компоненты, скорее всего не возможен. Это, прежде всего, обусловлено снижением видового разнообразия и биомасс биоты высоких трофических уровней (зообентоса, ихтиофауны), наличием организмов вселенцев, ростом антропогенной нагрузки и отсутствием эффективных природоохранных мероприятий в акватории моря и его бассейне. 12. Проведенные экодиагностические исследования качества среды Азовского моря на основе разработанной методики интегральной оценки с использование ГИС-технологий и ММК позволяют формировать базу данных в виде электронных таблиц и цифровых карт и на их основе осуществлять пространственно-временной мониторинг качества среды. Выполнено районирование водной массы Азовского моря по показателю ИЗВ и донных осадков по показателю ИЗГ. Применяемая интегральная оценка качества среды позволила выявить акватории с острой экологической ситуацией. На примере заливов Северного Приазовья и Керченского полуострова выявлен тренд улучшения качества среды Азовского моря, что очевидно обусловлено спадом промышленного производства в России и Украине. Основные публикации по теме диссертации Статьи в ведущих научных изданиях 1. Оценка применения традиционных методов берегозащиты в Азовском море // Изв. СКН - ВШ, сер. Естественные науки, № 3, 1983. С.11-19. 2. Оценка пригодности заливов Азовского моря для размещения мидийных хозяйств//Рыбное хозяйство, № 9, 1988. С. 11-19. (Соавторы Артюхин Ю.В., Ландышевская А.Е) 3. Проблема создания марихозяйств в южных морях СССР. //География и природные ресурсы, №3, 1988. С. 23-31. (Соавторы Черноусов С.Я., Слепцов Ю.Г.). 4. Техногенное загрязнение Таганрогского залива. Доклады АН, 1998, №6. С.5. (Соавторы Хрусталев Ю.П., Ивлиева О.В.). 5. Роль техногенного материала в седиментогенезе Азовского моря // Литология и полезные ископаемые. Т. 34, №1, 1999. С.1-8. (Соавторы Хрусталёв Ю. П., Ивлиева О. В). 6. Техногенное загрязнение донных отложений Таганрогского залива // Океанология, 1999, т.39, № 3. С. 411-417. (Соавторы Хрусталёв Ю. П., Ивлиева О. В). 7. Ландшафтная структура заливов Северного Приазовья и Керченского полуострова Азовского моря // Известия академии наук. Серия географическая, 2000, №2. С. 79-83.(Соавтор Хрусталев Ю.П.). 8. Подводные ландшафты Азовского моря и их экодиагностика. Экологический вестник научных центров ЧЕС, №3, 2006. С. 2-14. (Соавтор Беспалов А.А.). Монографии 9. Экологическая диагностика и оценка устойчивости ландшафтной структуры Азовского моря. - Ростов н/Д. Изд.-во Ростовского ун-та, 2006. - 262 с. 10. Современные экологические проблемы Таганрогского залива // Современное развитие эстуарных экосистем на примере Азовского моря. Изд-во РАН, Кольский научный центр, Апатиты, 1999. С. 239-243. (Соавторы Ивлиева О.В., Дуюн И.А.). 11. Современные гидрологические и гидрохимические особенности устьевых областей рек Восточного Приазовья // Закономерности океанографических и биологических процессов в Азовском море. Изд-во РАН, Кольский научный центр, Апатиты, 2000.С 82-86. (Соавторы Ивлиева О.В., Ружинская М.Д., Данелия М.Н.). 12. Ландшафты Азовского моря. // Среда, биота и моделирование экологических процессов в Азовском море. Изд-во РАН, Кольский научный центр, Апатиты, 2001. С. 79-88. (Соавтор Хрусталев Ю.П.). 13. Литолого-геоморфологические процессы в прибрежной зоне Азовского моря и Керченского пролива (коса Тузла). Экосистемные исследования среды и биоты Азовского моря и Керченского пролива. Изд-во РАН, Кольский научный центр, Апатиты, 2005. С.70-80. (Соавторы Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Ивлиева О.В.) Брошюры 14. Геохимия ландшафтов заливов Северного Приазовья и Керченского полуострова. М.: Изд-во ЗАО Геоинформмарк, №3, 1999. 55 с. (Соавтор Хрусталёв Ю. П.). Депонированные издания 15. Природные и техногенные условия побережья Таганрогского залива и его оценка с точки зрения возможного портостроительства. Деп. ВНИТИ, 1997. 287 с.(Соавторы Хрусталев Ю.П., Ищенко А.А.., Ивлиева О.В.). Прочие публикации 16. Природные и антропогенные ландшафты Таганрогского залива // Геологические исследования и охрана недр. Вып.4. ЗАО Геоинформарк, 1998. С. 47-56. (Соавторы Ивлиева О.В., Ищенко А.А. ). 17.. Ландшафтная структура береговой зоны Северного Приазовья и Керченского Полуострова. Автореф. дисс. на соискание уч. ст. канд. геогр. наук. Ростов н/Д, 1997. 22 с. 18. Изменение биогеохимического статуса Азовского моря под воздействием антропогенных факторов // Геоэкологические исследования и охрана недр: Научно-технический информационный сборник /ЗАО Геоинформмарк. М., 2001. Вып. 4. С.9-22. (Соавторы Хрусталев Ю.П., Бердников С.В., Селютин В.В., Ивлиева О.В.). 19. Ландшафты Азовского моря и их преобразование под влиянием хозяйственной деятельности //Экологические проблемы природопользования. ФГУ Азовморвод, Таганрог, 2001. С. 110-1113. (Соавторы Хрусталев Ю.П., Ивлиева О.В., Беспалов А.А., Пирумова Е.И.). 20. Ландшафтное районирование Азовского моря. Эколого-географический вестник Юга России, №1, 2000. С. 11Ц21. (Соавторы Хрусталев Ю.П., Ищенко А.А., Беспалов А.А., Пирумова Е.И. 21. Современное состояние устьевых областей рек Восточного Приазовья. Изд-во ЗАО Геоинформмарк, №3, 2000. С. 13-21. (Соавторы Ивлиева О.В., Данелия М.Н, Ружинская М.Д.22. Исследование закономерностей изменения биогеохимического статуса Азовского моря под влиянием хозяйственной деятельности в Приазовье. Изд-во ЗАО Геоинформмарк, №3, 2001. С. 20-32. (Соавторы Хрусталев Ю.П., Бердников С.В., Беспалов А.А. и др.) 23. Современные скорости абразии, состояние берегоукрепительных сооружений российского побережья Азовского моря. Труды ЮН - РАН. Т.1. Геология. Ростов-н/Д., 2006. С. 139-151. (Соавторы Матишов Д.Г., Ивлиева О.В., Сорокина В.В). 24. Оценка устойчивости ландшафтной структуры Азовского моря на основе элементов ГИС-технологий // Экология. Экономика. Информатика // Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования. Изд-во СКН - ВШ, Ростов н/Д, 2005. С. 19-21. (Соавторы Бердников С.В., Беспалов А.А.). 25. Загрязнение прибрежных вод Средиземноморского бассейна техногенными микрочастицами // Современные климатические и экосистемные процессы в уязвимых природных зонах (арктических, аридных, горных). Материалы межд. научн. конференц. Ростов-н/Д., 2006. С. 27-29. 26. Разработка методики интегральной оценки качества среды морских водоемов (на примере Азовского моря) // Экология. Экономика. Информатика // Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования. Изд-во СКН - ВШ, Ростов- н/Д., 2006. С. 22-23.