Географии и краеведения

Вид материалаДокументы

Содержание


Кадастр биоразнообразия ландшафтов заповедника
Накопления и систематизации научной информации
Получение комплексной пространственно привязанной информации по территории заповедника
Обеспечения рекламно-туристской деятельности
Анализ ресурсного потенциала лекарственных растений с использование ГИС-технологий
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9
Использование ландшафтного подхода в изучении современного состояние земельного фонда полупустынных ландшафтов Ставропольского края


Полупустынные ландшафты Ставропольского края расположены в восточной и северо-восточной частях края, в пределах Манычского прогиба и Терсо-Кумской низменности. В почвенной и растительной составляющей ландшафтов преобладают полынно-злаковые степи на каштановых и светло-каштановых почвах. Большие площади занимают солонцы и солончаки. Климатические условия отличаются континентальностью и засушливостью, малое количество осадков (300-350мм) определяет хрупкую связь между компонентами природы и в совокупности с возросшей антропогенной нагрузкой со второй половины XX обеспечивает высокую степень подверженности эрозионным процессам, что негативно сказывается на качестве земель.

Анализ современного состояния земельного фонда полупустынных ландшафтов, в частности видов и степени развития эрозионных процессов, проводился на примере АО «Чограйского» Чограйско-Прикаспийского полупустынного ландшафта и АОЗТ «Закумского», Нижнекумско-Прикаспийского полупустынного ландшафта. Для них характерны высокая степень развития водной и ветровой эрозии, большие площади засоленных земель (табл.1).

Таблица 1

Площадь деградированных почв в пашне репрезентативных хозяйств зонально-провинциальных полупустынных ландшафтов Ставропольского края, тыс.га (по данным СНИИСХ)

Хозяйства и ландшафты

края


Виды деградации

АО «Чограйское», Чограйско-Прикаспийский полупустынный ландшафт

АОЗТ «Закумское», Нижнекумско-Прикаспийский полупустынный ландшафт

Водная эрозия

6355

-

Ветровая эрозия

-

2908

Водная и ветровая эрозия

-

-

Засоление

8181

3406

Подтопление

-

105



Увеличение площадей земель подверженных водной эрозии в полупустынных ландшафтах связано с возрастанием количества осадков в последние десятилетия. Противоэрозионная устойчивость каштановых почв зависит от содержания гумуса, который способствует улучшению структуры и водно-физических свойств. Чем больше в верхнем слое гумуса, поглощенного кальция, пылеватой и мелкопесчаной фракций - тем устойчивее почвы к смыву. По степени снижения противоэрозионной устойчивости почвы располагаются в следующей последовательности: темно-каштановые, каштановые, светло-каштановые. Большая эрозионная опасность отмечается на склонах с близким залеганием засоленных пород. Водная эрозия так же является одной из основных причин увеличения карбонатности верхних горизонтов почв края.

Угроза ветровой эрозии чаще всего возникает при ветрах восточного направления. К основным условиям, вызывающим ветровую эрозию, относятся следующие: продолжительное действие сильных ветров, засушливые явления, отсутствие снежного покрова или незначительная его мощность, низкие температуры воздуха, вызывающие сдерживание роста почвозащитной растительности, чередование оттепелей с замерзанием почвы. Вероятность возникновения пыльных бурь существенно изменяется в течение года в различных условиях увлажнения.

Помимо эрозионных процессов на ухудшение плодородия почв влияют такие негативные процессы как засоление и подтопление. Основные ареалы засоленных почв относятся к территориям на которых были проложены крупные оросительные системы, водохранилища и пруды. Основные оросительные системы, построенные в советское время, не имеют надежной инфильтрационной защиты. Длительное орошение на карбонатных почвах привело к резкому увеличению рН, а также развитию вторичного сульфатно-хлоридного или хлоридно-сульфатного засоления. С 1982 по 1993г. в АО «Чограйское» в горизонте А каштановых почв рН изменился с 7,7 до 7,9. Изменение морфологии орошаемых почв состоит в некоторой растянутости гумусового горизонта, уплотнении с поверхности, огрубении структуры, выделении солей в средней и нижней частях профиля.

Для снижения деградационных процессов на территории земельного фонда полупустынных ландшафтов необходим переход на агроландшафтные системы земледелия, которые позволят решить ряд задач: упорядочить использование земли и других природных ресурсов; улучшить охрану окружающей среды посредством регулирования эрозии и дефляции почв, а также снижения техногенной нагрузки на природные объекты; дифференцировать технологии сельскохозяйственного производства; совершенствовать мелиоративные приемы и все подобные направления.

Составление почвенно-ландшафтных карт (рис.1.) является необходимым этапом для агроэкологической типизации земельного фонда сельскохозяйственного назначения полупустынных ландшафтов Ставропольского края и функционально-целевого зонирования землепользований, являющихся основой «адресного» использования земель в ландшафтно-экологическом земледелии.


Рис.1. Почвенно-ландшафтная карта АО «Чограйского»


I. Первичные низкие аккумулятивные четвертичные равнины, сложенные покровными лессовидными суглинками, с распаханными полынно-злаковыми степями на каштановых почвах.

II. Вторичные равнины с балочным расчленением, сложенные делювиальными лессовидными суглинками, с распаханными полынно-злаковыми степями на каштановых солонцеватых почвах.

III. Аллювиально-морские нижне-хвалынские террасы, сложенные хвалынскими морскими континентальными отложениями, со злаково-полынной растительностью на светло-каштановых почвах в комплексе с солонцами.

IV. Аллювиально-морские хазарские террасы, сложенные хазарскими и хвалынскими отложениями со злаково-полынной растительностью на светло-каштановых и лугово-каштановых почвах.

V. Аллювиально-озерные аккумулятивные послехвалынские равнины, сложенные аллювиальными отложениями, с солянково-пустынной растительностью на солонцах в комплексе со светло-каштановыми солонцеватыми почвами.

VI. Балки с пологими склонами, сложенные деллювиальными суглинками, со злаково полынными степями на смытых каштановых почвах.

VII. Соленые озера с солонцами луговыми на прибрежных участках.

VIII. Водохранилище Чограйское.

Согласно схеме использования земель на агроландшафтной основе необходимо подразделение по агроэкологическим группам, так на территории репрезентативных хозяйств полупустынных ландшафтов выделяют шесть агроэкологических групп (АЭГ) (табл.2), в основу выделения которых положен рельеф местности, качество земель, оцениваемое баллом бонитировки, степень деградации почв, требующая мелиоративных работ различной затратности.

Таблица 2

Распределение пашни по агроэкологическим группам земель в хозяйствах зонально-провинциальных ландшафтов Ставропольского края, %


Название хозяйства и ландшафта

Агроэкологические группы

I

II

III

IV

V

VI

АО «Чограйское», Чограйско-Прикаспийский полупустынный ландшафт

16

6

66

12

2

-

АОЗТ «Закумское», Нижнекумско-Прикаспийский полупустынный ландшафт

19

37

22

16

-

6


Согласно почвенно-ландшафтной карты АО «Чограйского» (рис.1.) к первой агроэкологической группе земель отнесены наиболее плодородные каштановые почвы (I) первичных низких аккумулятивных четвертичных равнин, сформировавшиеся на лессовидных суглинках. Эти земли могут быть использованы для возделывания всех районированных культур в системе полевых севооборотов, в том числе рационального их использования под зерно-паро-пропашные полевые севообороты.

Ко второй агроэкологической группе относятся земли с бальной оценкой ниже или близкой к среднерайонному уровню, с уклоном местности 2-30. Сюда отнесены каштановые и каштановые в сочетании с каштановыми солонцеватыми почвами вторичных равнин с балочным расчленением (II), каштановые в сочетании с каштановыми солонцеватыми почвами первичных низких аккумулятивных четвертичных равнин (I). Эта группа пригодна для возделывания менее требовательных сельскохозяйственных культур и включена в систему кормовых севооборотов. На территории хозяйства они занимают незначительную площадь, всего 6%.

На долю почв третьей агроэкологической группы приходится 66% площади хозяйства, сюда отнесены участки подверженные водной эрозии и засолению в средней степени. По условиям рельефа отличаются значительным разнообразием. Это каштановые солонцеватые почвы и каштановые солонцеватые в комплексе с солонцами вторичных равнин с балочным расчленением (II), почти все почвы аллювиально-морских нижне-хвалынских террас и аллювиально-морских хазарских террас (III, IV), а так же лугово-каштановые солонцевато-солончаковые в комплексе с солонцами луговыми на аллювиально-озерных аккумулятивных послехвалынских равнинах (V). Эти земли могут использоваться в системе почвенных севооборотов и оставаться в составе пахотных угодий.

Сокращение противоэрозионных агротехнических мероприятий привело к появлению участков пашни потерявших от 26 до 50% мощности почвенного профиля (А+В). Это солонцы луговые средние аллювиально-озерных аккумулятивных послехвалынских равнин (V). Такие участки были рекомендованы для выведения из состава пашни. Эти земли занимают 12% и могут оставаться в составе с/х угодий с изменением целевого назначения.

Пятая агроэкологическая группа включает земли подверженные в сильной степени деградационным процессам, потерявшим более 50% мощности почвенного профиля (А+В), непригодные для возделывания сельскохозяйственных культур. В хозяйстве на их долю приходится всего 2%. Для восстановления первоначальных свойств необходимо выполнить комплекс дорогостоящих мелиоративных мероприятий, включающих землевание, внесение повышенных доз органических минеральных удобрений и др. Необходим так же длительный период реабилитации - от 10 до 20 лет.

Использование агроэкологического зонирования территории в сельскохозяйственной практике является передовым направлением в системе «адресного» использования земельных ресурсов полупустынных ландшафтов Ставропольского края, направленного на снижения степени развития деградационных процессов характерных для восточных районов края и восстановления, а так же повышения плодородия земель.

Литература

Рябов Е.И. Методика определения фактических потерь почвы от ветровой и водной эрозии почвы в полевых условиях края. – Ставрополь: Ставропольское книжное изд-во, 1996.-13с.


С.Г. Лагун

Ставропольский государственный университет

Геоинформационная система «Ландшафты и биоразнообразие Тебердинского государственного природного биосферного заповедника», функциональные возможности, принципы функционирования


В рамках международной научно-исследовательская программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера» была разработана ГИС «Ландшафты и биоразнообразие Тебердинского государственного природного биосферного заповедника». Основой модели ГИС выбран ландшафтный подход как методологическая база изучения природных условий и биоразнообразия заповедника на уровне морфологических единиц ландшафтов.

Содержание ГИС представлено в виде двух взаимосвязанных частей из картографической основы и пространственной базы данных (Рис.1).




Рис. 1. Схема взаимодействия модулей ГИС


Картографическая основа включает в себя: топографическую основу, космо- и аэрофотоснимки, ландшафтную карту и картосхемы в ключевых участках ландшафтов. Пространственная база данных состоит из трёх блоков: «Биотика ландшафтов», «Ландшафты» и «Географические объекты».

База данных содержит информацию о растительности, животном населении, данные по ландшафтным морфологическим единицам и другим географическим объектам (водопады, реки, дороги).

Оператор, с одной стороны, добавляет данные в ГИС, обновляя, редактируя, удаляя, с другой - при помощи запросов анализирует данные и предоставляет их конечному пользователю (заказчику).

В основу программного обеспечения были положены следующие основные принципы функционирования:
  • «от общего к частному», когда электронная карта, входящая в ГИС, делится по слоям, каждый слой содержит определённые морфологические единицы ландшафтов. Благодаря этому существует возможность выключать не нужные слои и работать на разных уровнях ландшафтов, не перегружая карту лишней информацией;
  • «запрос-ответ», позволяющий, используя «мастер запросов», строить лёгкие и сложные запросы. Логика построения запросов проста и не требует дополнительного обучения, т.е. получить пользователю нужные данные по блокам базы;
  • «Единичное в пространственном размещении ландшафтов», когда программное обеспечение позволяет рассматривать вертикальные связи компонентов ландшафта, т.е. ГИС позволяет рассматривать, например, растительность, как на уровне ландшафтов, так и на уровне урочищ;

«пополняемость базы данных», что позволяет поддерживать добавление, редактирование и удаление информации. Блок базы данных «Биотика ландшафтов» содержит информацию о 1141 видов растений и 800 животных, входящих в заповедник, составленных на основе данных предоставленных заповедником и материалам по практикам кафедры физичекой географии СГУ. Так же в подблоки «Эндемики», «Антропофиты», «Лекарственные растения», «Виды, занесённые в красную книгу» занесено несколько видов, для примера. Эта информация будет заноситься уже в процессе работы в заповеднике. Добавлять новые виды растительности, или животного населения базу данных можно по следующей схеме. На основе разработанных принципов и структуры модели ГИС, а также собранной и систематизированной информации о ландшафтах и биотике заповедника, сформированы основные функциональные возможности программного обеспечения:

Кадастр биоразнообразия ландшафтов заповедника, когда база ГИС содержит данные по всем ландшафтам, их морфологическим единицам, основным видам растительности и животного населения заповедника. Имеющуюся информацию в базе данных можно дополнять и редактировать. База данных связана с ландшафтной картой. Таким образом можно проследить ареалы распространения определённых видов растений или животных, а также растительных сообществ и определённых групп животного населения.

Накопления и систематизации научной информации, что связано с систематизацией имеющихся научных фондовых материалов по изучению природных условий заповедника. С помощью ГИС эта задача была частично решена, программное обеспечение позволяет добавлять новую информацию.

Получение комплексной пространственно привязанной информации по территории заповедника, так как имеется возможность получения информации о любом объекте, ибо каждый объект на карте привязан к базе данных и за каждым объектом закреплена определённая информация, которую можно просмотреть (Рис. 2.).



Рис. 2. Алгоритм просмотра информации по урочищу


Обеспечения рекламно-туристской деятельности. База ГИС содержит информацию по всем озёрам, водопадам, ледникам и другим географическим объектам заповедника, имеются их вербальное описание, фотографии. Так как на ландшафтной карте имеется топографический слой с географической привязкой можно устанавливать нужный масштаб и рассчитать расстояние между объектами или расстояние пути. Существует возможность добавления в ГИС новых слоёв карты. Например, туристических маршрутов.


Литература

ДеМерс, Майкл Н. Географические информационные системы Майкл Н. ДеМерс. – М.: Дата +, 1999.

Каторгин И.Ю., Найденко В.Н., Петин О.В.    Геоинформационная система MapInfo: Учебно-метод. пособие по курсу Геоинформационное картографирование. – Ставрополь: Изд-во СГУ, 2003.

Карпова Т. С.  Базы данных: Модели, разработка, реализация: Учебное пособие. – Минск, 2002.

Тикунов В.С. Картография и геоинформатика: общность корней и путей развития Геоинформационное картографирование. – М.: Изд-во МЦ РГО, 1993.


Е.А. Скрипчинская

Ставропольский государственный университет

Анализ ресурсного потенциала лекарственных растений с использование ГИС-технологий

(на примере лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности)


Современные тенденции развития науки предполагают использование ГИС-технологий, дающих возможность повысить уровень исследований. Геоинформационные технологии позволяют провести пространственный анализ на более качественном уровне, нежели традиционные способы. Современные проблемы развития общества предполагают переход на модель устойчивого развития, предусматривающую рациональное использование природных ресурсов, одним из аспектов которой является сохранение биологического разнообразия.

Лесостепные ландшафты Ставропольской возвышенности представляют собой территорию с высоким биологическим разнообразием за счет гетерогенности экологических условий (Современные..., 2002) и характеризуются перспективной сырьевой базой лекарственных растений. Ресурсоведческие исследования данной категории видов в последнее время носят весьма фрагментарный характер и зачастую анализируются в рамках административно-территориальных единиц. Такой подход не учитывает экологическую составляющую ресурсного потенциала территории. Нами предлагается методика геоинформационного анализа ресурсов лекарственных растений на основе ландшафтной дифференциации территории.

Лекарственную флору ландшафтов Ставропольской возвышенности можно разделить на 2 группы:

- Дикорастущие лекарственные растения, произрастающие повсеместно, запасы сырья которых значительно превосходят потребности в них (Valeriana grossheimii, Ranunculus repens, Geranium robertianum и др.).

- Дикорастущие лекарственные растения, для которых необходимо как можно чаще отслеживать состояние зарослей ввиду увеличивающейся антропогенной нагрузки на окружающую среду и хозяйственного освоения территорий (Salvia glutinosa, Ajuga reptans, Prunella laciniata, Orchis purpurea, Helleborus caucasicus и др.). Виды, входящие в данную категорию (более 50%), имеют встречаемость - рассеянную, редкую и очень редкую.

Из видов, произрастающих в пределах провинции лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности, нами были выбраны шесть наиболее перспективных и важных видов лекарственных растений. Выделенные виды высокоэффективных лекарственных растений являются наиболее типичными для провинции лесостепных ландшафтов. Данная группа растений характеризуется широким географическим и экологическим ареалом, имеет промышленное значение, детально изучена и, как следствие, широко применяема в научной медицине. К этим видам относятся душица, зверобой, девясил, подорожник, тысячелистник и чабрец, запасы, которых превышают местный спрос.

Выявление общих запасов сырья на местности проводилось методом ключевых участков, которые закладывались в наиболее типичных местообитаниях со средней степенью обилия данного вида. Для установления внутриландшафтной дифференциации лекарственных растений нами в различных морфологических единицах ландшафтов выделялись участки пригодные для промышленных заготовок. Подобное распределение участков способствовало выявлению дифференциации ресурсных характеристик. На основании полученных данных по урожайности и площадям заготовок были рассчитаны биологический запас и объем ежегодных заготовок.

Всего выявлено 170 участков для избранных шести видов, где возможна промышленная заготовка. Проведено более 1000 укосов фитомассы исследуемых видов и изучена подземная фитомасса более чем на 400 учетных площадках (Скрипчинская, 2006).

Полученные данные послужили основой для проводимого геоинформационного анализа, позволившего создать электронные карты запасов сырья лекарственных растений. Рассмотрим технологическую процедуру:

1. Формирование топографической основы масштаба 1:200000 на территорию лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности.

2. Создание атрибутивной базы данных путем формирования точечного слоя местонахождения лекарственных видов растений.

3. Построение интерполированной поверхности методом кригинга в 3D Field и экспорт цифровых моделей в растровый формат.

4. Регистрация растрового изображения, векторизация и построение карт, отражающих плотность исследуемых параметров в MapInfo.

5. Использование технологии оверлея между слоями «сложные урочища лесостепных ландшафтов» и слоем с отвекторизованными интерполированными показателями, а также применение SQL-запросов по формуле:

Sum (показатель*area («obj,sq km»)

где показатель – атрибут, по которому находят суммарное значение; area(«obj,sq km») – автоматически вычисляемая площадь полигонов с одинаковыми показателями.

Все это позволило рассчитать суммарные значения, которые были добавлены в атрибутивную базу данных и поделены на площадь пастбищ и сенокосов каждой морфологической единице ландшафтов. Так были вычислены средневзвешенные значения величин биологического, эксплутационного запасов и объемы ежегодных заготовок, а в дальнейшем методом «диапазонов значений» построены тематические карты.

Таким образом, на основании оценочного картографирования были получены данные, характеризующие урожайность и площади заготовок лекарственных растений в лесостепных ландшафтах Ставропольской возвышенности. На основании пространственного распределения пастбищ и сенокосов была создана серия картосхем, отражающая особенности состояния ресурсного потенциала лекарственных растений (биологический запаса и объемы ежегодных заготовок).

Использование геоинформационных технологий позволило выявить наиболее ценные районы (рис. 1) в отношении изученных видов лекарственного растительного сырья. Установлено, что в Верхнееголыкском ландшафте рациональнее вести заготовку корней и корневищ девясила, травы душицы, зверобоя, тысячелистника и травы чабреца. Сырье душицы и подорожника (траву) рациональнее заготавливать в Прикалаусско-Саблинском ландшафте. В Ташлянского ландшафте уместнее заготовка травы подорожника.



Рис. 1. Сырьевая ценность лекарственных растений лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности, кг

Примечание: ВЕ – Верхнеегорлыкский, ПС – Прикалаусско-Саблинский, ГК - Грачевско-Калаусский, Т – Ташлянский, ПБ – Прикалаусско-Буйволинский ландшафты

Анализ полученных данных проводился с применением коэффициента сходства Жаккара. Рассмотрено сходство лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности по площадям заготовок лекарственных растений, присущим данным территориям (рис. 2). Схожие проценты (около 70) характерны для двух пар ландшафтов. Прикалаусско-Саблинский и Ташлянский ландшафты имеют коэффициент сходства 72 %, что характерно и для Грачевско-Калаусского и Прикалаусско-Буйволинского ландшафтов (71 %). Сходство между данными парами ландшафтов составляет около 60 %. В значительной степени из всех ландшафтов лесостепной провинции выделяется Верхнеегорлыкский ландшафт, значение коэффициента сходства с выше описанными ландшафтами равен немногим более 40 %.

Данные тенденции сопоставимости ландшафтов обусловлены комплексной совокупностью факторов. Пространственное изменение объемов ежегодных заготовок происходит под влиянием антропогенной деятельности и изменяющимися климатическими показателями. Объемы заготовок снижаются в северо-восточном направлении в пределах провинции.

Сырьевая ценность ландшафтов снижается из-за активизации антропогенного освоения территории, незначительной доли площадей с естественной растительностью. Лимитирующим фактором, сказывающимся на показателях площадей, также будут изменяющиеся климатические условия, в частности изменение коэффициента увлажнения в северо-восточном направлении (ПБ). Изменение ценности обусловлено и различиями в растительном покрове ландшафтов. Так покров меняется от богатых дерновиннозлаковых или лугово-степных (ВЕ, ПС) до обедненных ранотравно-дерновиннозлаковых степей (Т). Изменение типа растительного покрова происходит в северном и западном направлениях (обеднение), что подтверждает тенденции выявленная дендрограммой. На пространственных показателях сказывается и наличие лесных массивов и, как следствие, сокращение площадей естественных угодий. Это характерно для Прикалаусско-Саблинского ландшафта.



Рис. 2. Сходство ландшафтов по Жаккару (площади заготовок)

Верхнеегорлыкский ландшафт по коэффициенту сходства выказывает наименьшие значения, что обусловлено высокими площадями пастбищ и сенокосов и большими площадями естественных фитоценозов, земель нетронутых антропогенной деятельностью, благодаря своеобразию рельефа (особенностей орографии - сильным расчленением рельефа). Выделение этого ландшафта свидетельствует о своеобразии положения в пределах провинции, что отражается на показателе увлажнения в нем (наибольший). В некоторой степени по отдельным видам лекарственных растений сказывается экологическая приуроченность их к определенным местообитаниям: к выходам известника-песчанника и каменистым склонам (чабреца, ВЕ ландшафт), опушечный и мезофитно-степной экотоп (девясил, ВЕ ландшафт).

Таким образом, использование ГИС - технологий в лекарственном ресурсоведении позволяет не только составлять рекомендации по рациональному планированию и использованию запасов сырья дикорастущих лекарственных растений на современном уровне, но и дает большие возможности для мониторинга популяций редких или исчезающих лекарственных растений. Методика анализа ресурсного потенциала лекарственных растений с использование ГИС-технологий, разработанная на примере ряда растений Ставропольской возвышенности, может быть использована в любом регионе для различных практически значимых растений, в том числе подлежащих охране.


Литература

Скрипчинская Е.А. Природно-ресурсный потенциал лекарственных растений лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности. Автореферат диссертации. - Ставрополь: СГУ, 2006. - 21 с.

Современнее ландшафты Ставропольского края. - Ставрополь: СГУ, 2002. - 228с.


Лиховид А.А., Амелина Т.В., Одинцов С.В.

Ставропольский государственный университет

Министерство природных ресурсов и охраны окружающей сред

Ставропольского края