Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
ГОЛЕУСОВ Павел Вячеславович
САМООРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХ ГЕОСИСТЕМ В РАЙОНАХ ИНТЕНСИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ
25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук
Белгород - 2012
Работа выполнена на кафедре природопользования и земельного кадастра Белгородского государственного национального исследовательского университета Научный доктор географических наук, профессор консультант Лисецкий Фдор Николаевич Официальные доктор географических наук, профессор оппоненты: Иванов Игорь Васильевич доктор географических наук, профессор Куролап Семн Александрович доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Уваров Геннадий Иванович Ведущая ГНУ Всероссийский научно-исследовательский организация: институт земледелия и защиты почв от эрозии (ГНУ ВНИИЗиЗПЭ)
Защита диссертации состоится 19 декабря 2012 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогическом университете по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд. 408.
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского государственного педагогического университета, с авторефератом - в сети Интернет на сайте ВАК Министерства образования и науки РФ по адресу:
http//www.vak.ed.gov.ru
Автореферат разослан л____ _____________ 2012 г.
Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 394043, Воронеж, ул. Ленина, 86, ВГПУ, естественногеографический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.036.02. Факс 8 (4732) 55-19-49. E-mail: shmykov@vspu.ac.ru.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент В.И. Шмыков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В ситуации, когда нарастающая антропогенная деградация угрожает 60 % экосистем Земли, а 20 % уже деградировало (Ежегодник ЮНЕП, 2010, 2011), есть основания говорить о переходе биосферы в новое состояние. Устойчивое сосуществование биосферы и человечества в условиях текущей геологической эпохи (голоценового аттрактора) возможно при сохранении достаточного количества (до 90 %) естественных и близких к ним экосистем, компенсирующих распространение и дисбаланс функционирования антропогенно нарушенных территорий (Горшков, Кондратьев, 1990; Горшков, 1995; Моисеев, 1990, 1997). Наряду с климатическими изменениями, устойчивому развитию цивилизации угрожает деградация агроландшафтов, которой подвержено до 40 % их площади, а потенциал сельскохозяйственного освоения новых земель близок к исчерпанию (Доклад о человеческом развитии, 2011).
В России деградация земельных ресурсов происходит преимущественно вследствие эрозионного разрушения почв, нарушения горнодобывающей промышленностью, протекания других антропогенно спровоцированных экзогенных процессов. Площадь нарушенных земель по данным на 2009 год (Государственный (национальный) докладЕ, 2010) превышает 995,0 тыс. га, 100 тыс. га заняты полигонами по утилизации отходов, свалками, 1,5 млн. га занимают овраги. Рекультивация осуществляется в основном после завершения отработки месторождений и ее ежегодные объемы не превышают 4 % от общей площади нарушенных земель (Доклад о состоянииЕ, 2007). Значительная часть постпромышленных бедлендов остается нерекультивированной и становится ареной самовосстановления природных сообществ. Сельскохозяйственные земли России подвержены эрозии на 26,2 %, причем по отдельным регионам доля эродированных земель достигает 70-80 % (Доклад о состоянииЕ, 2007). Экономические факторы в конце 1990-х - начале 2000-х годов привели к сокращению площади обрабатываемых угодий, в результате чего заброшенные эродированные и другие низкопродуктивные земли спонтанно перешли в состояние залежей, доля которых в структуре сельскохозяйственных угодий в 2006-2007 гг. достигла, по официальным данным, 5,1 млн. га (2,3 %) (Государственный (национальный) докладЕ, 2008). Постагрогенные геосистемы заброшенных сельскохозяйственных угодий так же, как и нерекультивированные посттехногенные геосистемы, сформированные или нарушенные горнодобывающими предприятиями, находятся в режиме природного воспроизводства почвенно-растительного покрова.
На региональном уровне территория Белгородской области может служить примером широкого распространения процессов деградации почвенных ресурсов в Центрально-Черноземном регионе. Общая площадь нарушенных земель почти втрое превосходит площадь земель особоохраняемых природных территорий. Площадь земель Белгородской области, разрушенных эрозией, составляет более 70 тыс. га (АтласЕ, 2005), 577,6 тыс. га (34,1 % территории области) имеют эродированность 40-70 % (Красная книга почвЕ, 2007). Таким образом, антропогенно деградированные земли (постпромышленные и эроди рованные) в Белгородской области составляют не менее 3 % ее территории, что превышает долю земель, например, занятых населенными пунктами.
В ситуации перманентной деградации хозяйственно ценных земель и земель экологического фонда особое значение имеет разработка подходов, направленных на возвращение нарушенных геосистем в режим естественного функционирования, которое будет сопровождаться снижением дисбаланса вещественноэнергетического обмена и отрицательного воздействия на прилегающие природные и природно-антропогенные геокомплексы. В мировой практике экологической реабилитации антропогенно нарушенных геосистем наметился новый подход, связанный с максимальным использованием регенерационных возможностей природных экосистем для воспроизводства ресурсных и других экологических функций (услуг) нарушенных ландшафтов - их экологическая реставрация, возращение в естественное состояние, ренатурирование (Bradshaw, 1996; Allen, 2003;
Zerbe, Wiegleb, 2009). Этот процесс может протекать без участия человека, но для управления им необходимо иметь фундаментальное представление о механизмах, факторах и траекториях процессов естественного ресурсовоспроизводства.
Самовосстановление антропогенно нарушенных геосистем можно рассматривать как их способность к самоорганизации, характерной для открытых неравновесных диссипативных систем (Николис, Пригожин, 1979; Хакен, 1980, и др.). Фундаментальная способность к самовоспроизводству (автопоэзису) живого вещества (Матурана, Варела, 2001) обеспечивает ревитализацию (оживление) самоорганизующихся природных систем (Князева, Курдюмов, 2011). Именно биотическая регуляция окружающей среды обеспечивает стабилизацию природных систем (Горшков и др., 1999). Воспроизводство биоценозов и биокосных тел (в первую очередь, почв) является ведущим процессом самовосстановления и самоорганизации антропогенно нарушенных геосистем. Процессы формирования структуры и межкомпонентных взаимодействий (самоорганизации) антропогенно нарушенных геосистем, реализующиеся в прогрессивном развитии (воспроизводстве) ресурсных характеристик почвенно-растительного покрова являются предметом исследования в настоящей работе.
Цель исследований предполагает развитие теоретических представлений о факторах, механизмах и потенциале воспроизводства почвенно-растительного покрова в процессе естественного формирования (восстановления) структуры и функционирования разрушенных или выведенных из состояния равновесия в результате антропогенной деятельности геосистем для обоснования системы мониторинга ресурсовоспроизводства и стратегий экологической реабилитации антропогенно нарушенных земель.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:
1. Теоретическое обоснование концепции экологической ренатурации антропогенно нарушенных геосистем, как варианта интерпретации их самоорганизации и естественной динамики после прекращения (снижения уровня) дестабилизирующего воздействия.
2. Исследование закономерностей (факторов, онтогенетических и пространственно-временных характеристик) самовосстановления почвеннорастительного покрова.
3. Моделирование развития ресурсных характеристик почв и фитоценозов во времени, с учетом зонально-климатических, субстратно-литологических и геоморфологических условий новообразованных или нарушенных геотопов.
4. Разработка методологических принципов организации мониторинга ренатурационного и почвенно-регенерационного потенциалов антропогенно нарушенных геосистем.
5. Разработка стратегий осуществления природосообразного управления процессами ресурсовоспроизводства в ходе экологической реабилитации антропогенно нарушенных земель.
Объектами исследования являются участки земной поверхности с нарушенным/уничтоженным почвенно-растительным покровом в условиях сохраненных или видоизмененных рельефа и субстратно-литологической основы, находящиеся на различных (датируемых) стадиях трендов саморазвития в отсутствие новых дестабилизирующих воздействий.
Защищаемые положения диссертации:
1. Концепция экологической ренатурации, понимаемой как совокупность процессов естественного воспроизводства компонентов и функционирования природной геосистемы, выведенной из состояния равновесия в результате антропогенного воздействия, а также как природная эволюция антропогенной геосистемы, в которой была прекращена хозяйственная деятельность. Спонтанный процесс экологической ренатурации может быть управляемым посредством мероприятий по ренатурированию антропогенно нарушенных геосистем.
2. Концепция ренатурационного потенциала, который является следствием и характеристикой способности геосистем к самоорганизации и определяется их способностью (возможностью) восстанавливать недостающие (нарушенные) функциональные блоки, межкомпонентные связи, снижать дисбаланс протекания вещественно-энергетических процессов, вызванный нарушением.
3. Онтогенетические закономерности формирования во времени ресурсных характеристик почвенно-растительного покрова (фитомассы, мощности гумусового горизонта почв, запасов гумуса), определяемые их нелинейным саморазвитием в рамках аттракторов - предельных (квазистабильных) состояний.
4. Принципы организации мониторинга ресурсовоспроизводства в антропогенно нарушенных геосистемах в районах интенсивного использования земель, осуществляемого с целью проведения развернутой в пространстве и во времени оценки эффективности воспроизводства возобновимых ресурсов (растительности, почв) и степени достижения геосистемами квазиустойчивого (в итоге - климаксного) состояния в рамках зональных аттракторов самоорганизации.
Научная новизна работы:
1. Впервые в рамках системно-синергетической парадигмы исследованы результаты естественного воспроизводства почвенно-растительного покрова и индивидуальных почвенных тел на антропогенно нарушенных поверхностях различных природных зон, как ведущего (системоорганизующего) процесса экологической ренатурации. Предложены подходы к оценке ренатурационного потенциала антропогенно нарушенных геосистем. Разработаны стратегии осуществления управляемой экологической реабилитации (ренатурирования) антропогенно нарушенных земель.
2. На основе эмпирических исследований в разных зональных условиях Восточно-Европейской равнины сформирован банк данных о развитии во времени (воспроизводстве после нарушения) растительности и почв, использованный при создании базы почвенно-хронологических данных и регионального кадастра эталонных, редких, уникальных и исчезающих почв (Красной книги почв Белгородской области).
3. Проведена оценка регенерационного потенциала почвообразования на территории ЦЧР с использованием комбинации энергетических (по В.Р. Волобуеву, 1959) и почвенно-онтогенетических критериев.
4. Определены параметры нелинейных математических моделей роста фитомассы лугово-степных сообществ, а также гумусового горизонта почв южнотаежной, лесостепной и степной зон с дифференциацией педохронологических массивов данных для различных экологических и почвенногеографических условий почвообразования.
5. Предложены принципы организации мониторинга процессов воспроизводства почвенно-растительного покрова и ренатурации геосистем в целом, базирующиеся на эмпирически обоснованных представлениях о развитии биотических и биокосных компонентов геосистем во времени. В качестве критерия для оценки эффективности воспроизводства почв с различной степенью разрушения профиля могут быть использованы предложенные региональные нормативы, основанные на оценках скорости формирования гумусового горизонта.
Практическое значение работы.
Накопленный объем информации (более 400 объектов) о естественном восстановлении растительности и почв в различных зональных условиях может быть использован в исследовании пространственно-временных закономерностей воспроизводства ресурсов почвенно-растительного покрова, моделировании процессов его онтогенеза, а также для разработки системы региональных нормативов для мониторинга процессов воспроизводства почв и в обосновании их устойчивости к деградации (свидетельства о регистрации баз данных № 2008620296 от 05.08.2008 г. и № 2010620434 от. 16.08.2010 г.). Использование разработанных математических моделей формирования ресурсных характеристик почвенно-растительного покрова позволяет получить адекватные оценки скорости этих процессов, что имеет значение для разработки норм допустимых (компенсируемых воспроизводством) уровней деградации экосистем (в частности, допустимых эрозионных потерь), выявить критические моменты их самоорганизации, наиболее приемлемые для осуществления управляющих воздействий.
Определение зависимости уровня развития ресурсной характеристики от времени позволяет проводить оценки онтогенетического статуса природного компонента, которые возможно использовать для датировки объектов в археологических и палеогеографических исследованиях (опыт использования - см. Лисецкий, Голеусов, 2004; Голеусов и др., 2006). Предложения по организации мониторин га ресурсовоспроизводства могут быть использованы при ведении мониторинга нарушенных земель. Полученные в исследованиях результаты могут найти применение в практике экологической реабилитации антропогенно нарушенных геосистем. Разработанные стратегии воспроизводства почв использованы в региональном природоохранном законодательстве (Проект постановления Правительства Белгородской области о ренатурации почв).
Апробация работы.
Материалы диссертации опубликованы в 18 статьях из списка ВАК, в том числе в 4 статьях из списка Web-of-science; в 8 статьях изданий, не входящих в список ВАК, в 32 публикациях в сборниках трудов международных и российских конференций. Основные положения диссертации отражены в 2 монографиях Воспроизводство почв в антропогенно нарушенных ландшафтах лесостепи (2 издания: Голеусов, Лисецкий, 2005, 2009), Красная книга почв Белгородской области (Соловиченко, Лукин, Лисецкий, Голеусов, 2007) и 1 атласа (Атлас Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области, 2005). Результаты диссертационного исследования были представлены на XIX пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Белгород, 2004), отчетных конференциях по выполнению исследований по грантам НИУ БеГУ (2005, 2007-2010), Международной конференции Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах (Белгород, 2004, 2006, 2008, 2010), Международном научном семинаре Проблемы древнего земледелия и эволюции почв в лесных и степных ландшафтах Европы (Белгород, 2006), II Национальной конференции с международным участием Проблемы истории, методологии и философии почвоведения (Пущино, 2007), Международной научной конференции Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты (СанктПетербург, 2007), на заседании научно-методического Совета по агроландшафтам и адаптивно-ландшафтному земледелию при Отделении земледелия Россельхозакадемии в Почвенном институте им. В.В. Докучаева (Москва, 2009), Всероссийской научной конференции Биосферные функции почвенного покрова (Пущино, 2010), на семинаре Дни европейской науки в Центральной России (Воронеж, 2010), Международной научной конференции Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России (Санкт-Петербург, 2011).
Работа была поддержана 7 грантами РФФИ, грантом Президента РФ для молодых кандидатов наук, грантом Министерства образования РФ, выполнялась в ходе реализации государственного контракта №14.740.11.0298 в рамках ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 500 наименований, в том числе 81 - на иностранных языках, и 3 приложений. Содержание работы изложено на 419 страницах машинописного текста, иллюстрировано таблицами и 88 рисунками.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе Самоорганизация антропогенно нарушенных геосистем рассмотрены процессы формирования и динамики антропогенно нарушенных геосистем с позиций синергетики (Николис, Пригожин, 1979; Хакен, 1980, 1985, 1991; Пригожин, Стенгерс, 1986, 2003; Пригожин, 2000, 2001; Князева, Курдюмов, 1994, 2011; Эбелинг, Енгель, Файстель, 2001) рассмотрена динамика нарушенных геосистем, как открытых самоорганизующихся систем, далеких от состояния равновесия. При этом были учтены теоретические подходы, разработанные географами и экологами для оценки устойчивости природных геосистем и их самоорганизации (Арманд, 1988, 1992, 1996, 2003, 2006, 2009; Анатомия кризисов, 1999; Гродзиньский, 1995; Экосистемы в критических состояниях, 1989;
Черванев, Боков, 2003; Багров и др., 2005, и др.). Экологическая ренатурация рассмотрена как процесс самоорганизации антропогенно нарушенных геосистем, обратный антропогенной трансформации, исследование которой является предметом физической географии (Сочава, 1978; Преображенский, 1978; Швебс, 1987; Мамай, 1992 и др.), антропогенного ландшафтоведения (Мильков, 1973, 1978, 1988; Федотов, 1985, 1988, 2006) экологической географии (Исаченко, 1965, 1991, 2003), геоэкологии (Кочуров, 1999; Егоренков, Кочуров, 2005). В разработке теоретических основ управления процессом ренатурации - ренатурирования необходимо учитывать обширный зарубежный опыт по экологической реставрации антропогенно нарушенных экосистем (Bradshaw, 1996; Young, 2000;
Allen, 2003; Zerbe, Wiegleb, 2009; Davis, Slobodkin, 2004; Foundations of restorationЕ, 2006; Clary, 2005; Choi, 2007, и др.), экспериментальные и теоретические наработки отечественных экологов (Дзыбов, 1983; Скрипчинский, 1983;
Тишков, 1993; Данилов, 1993; Дударь, 1993; Шамсутдинов З.Ш., Шамсутдинов Н.З., 1999; Малешин и др., 2000; Данилов, Бурова, 2006 и др.).
Во второй главе Методологические и методические подходы к исследованию ренатурационных геосистем охарактеризованы объекты исследования - геотопы с датированным нарушением почвенно-растительного покрова (посттехногенные отвалы, оборонительные сооружения Великой Отечественной войны, Белгородской черты, фортификационные сооружения и культурные слои древних поселений, курганы). С целью выявления общих онтогенетических закономерностей формирования ресурсных характеристик почвеннорастительного покрова в разных природных зонах исследования проведены на основных полигонах: южнотаежном (Ленинградская область), центральном лесостепном (Орловская, Белгородская, Воронежская области России, Харьковская, Черкасская области Украины), лесостепном молдавском, степном придунайском (Молдова, Одесская область Украины), степном боспорском (Краснодарский край, Россия, АР Крым, Украина) (рис. 1). Всего исследовано более 400 объектов с датированным воспроизводством почвенно-растительного покрова. Датировку проводили историческим (по имеющимся документам) и ар хеологическим методами (идентификация артефактов в ходе совместных исследований и консультаций с российскими и украинскими археологами).
Рис. 1. Полигоны исследования ренатурационных процессов: 1 - южнотаежный, 2 - центральный лесостепной; 3 - лесостепной молдавский, 4 - степной придунайский; 5 - степной боспорский. Сплошными линями показаны границы почвенно-климатических фаций, пунктирными - почвенных провинций.
В главе рассмотрены основные методологические подходы к анализу эмпирических данных: нелинейный, предполагающий принципиальное сходство онтогенеза биологических и биокосных систем - почв; эколого-генетический, ориентированный на оценку результатов процессов воспроизводства растительности и почв в пространственном разнообразии экологических факторов, в связи с изучением развития параметров фитоценозов и почвенных свойств во времени. Выявление корреляционных, факториальных, классификационных отношений исследуемых объектов и массивов данных проводилось путем использования методов многомерного статистического анализа данных (кластерного, факторного, дискриминантного, канонического корреляционного анализа).
Представлены также методические подходы к исследованию ренатурационных процессов в условиях неоднородного рельефа (в частности, создания цифровых моделей почвенного покрова (Голеусов, 2009)).
В третьей главе Воспроизводство почвенно-растительного покрова в ходе самоорганизации антропогенно нарушенных геосистем приведены результаты собственных исследований воспроизводства растительности и почв на объектах с датированным нарушением почвенно-растительного покрова. Выявленные особенности ресурсовоспроизводства интерпретированы в сопоставлении с результатами других исследователей восстановления растительности в посттехногенных геосистемах (Етеревская, Угарова, 1979; Масюк, 1981; Засорина, Пигорев, 1982;
Почвообразование в техногенныхЕ, 1985; Экологические основы рекультивацииЕ, 1985; Гумусообразование в техногенныхЕ, 1986; Чибрик, Елькин, 1991;
Титлянова и др., 1988, 1993; Pietsch, 1996; Wiegleb, Felinks, 2001; Martnez-Ruiz, Fernndez-Santos, 2005; Hendrychov, 2008; Подурец, 2011 и др.), а также с исследованиями воспроизводства почв в техногенных геосистемах (Горячкин, 1981;
Бурыкин, 1982; Ужегова, Махонина, 1984; ПочвообразованиеЕ, 1985; Экологические основы рекультивацииЕ, 1985; ГумусообразованиеЕ, 1986; Early StagesЕ, 1988; Стифеев, 1993; Johnson, Skousen, 1995; Андроханов и др., 2004; Махонина, 2004; Абакумов, Гагарина, 2006; Schulz, Nistor, 2008; Андроханов, Курачев, 2010 и др.). Отмечена необходимость рассмотрения процессов самоорганизации фитоценозов (Логофет, 1999; Kay, 2000; Wrtz, Annila, 2010; Прилуцкий, 2007) и почв (Смагин, 1989, 2007; Rasmussen et al., 2005; Targulian, Krasilnikov, 2007; Kleber, Sollins, Sutton, 2007; Jonge et al., 2009; Addiscott, 2010; Lin, 2010) в рамках единого сингенетического процесса, который является важнейшим механизмом ренатурации. В главе представлены результаты моделирования развития во времени фитомассы травянистых лугово-степных сообществ, гумусового горизонта различных зональных почв, процесса накопления запасов гумуса в новообразованных почвах.
Приведены различия в особенностях развития и свойствах новообразованных почв, формирующихся в разных вариантах воспроизводства при механическом нарушении земной поверхности. Кроме того, представлены результаты исследования формирования почв и почвенно-растительного покрова в условиях неоднородного рельефа.
В четвертой главе Диагностика, мониторинг и управление ренатурационными процессами в антропогенно нарушенных геосистемах представлена авторская концепция системы мониторинга ренатурационных процессов, внедрение которой необходимо для реализации стратегий ренатурирования нарушенных геосистем. Предложен вариант использования разновозрастных эталонов почв при организации эколого-геохимического мониторинга земель. В гла ве представлен также авторский подход к оценке почвенного регенерационного потенциала и результат его оценки для территории ЦЧР.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Концепция экологической ренатурации.
Под ренатурацией мы понимаем (Голеусов, 2002; Голеусов, Лисецкий, 2009) совокупность процессов естественного воспроизводства компонентов и функционирования (самоорганизации, автопоэзиса) природной геосистемы, нарушенной (разрушенной) в результате антропогенного воздействия, а также природную эволюцию антропогенной (природно-технической) геосистемы, в которой была прекращена хозяйственная деятельность. Процесс ренатурации в вещественно-энергетическом отношении объединяет первичные и восстановительные сукцессии биоты, первичное, рецентное и вторичное почвообразование, стабилизацию рельефа, саморазрушение инженерных сооружений, самоочищение природных сред от поллютантов, а в информационном отношении - процессы образования/восстановления межкомпонентных взаимосвязей. Ренатурацию можно рассматривать на любом - вплоть до глобального - уровне организации геоэкосферы. Ренатурационные процессы (самоорганизация) геосистем начинают протекать с момента первичной стабилизации среды, находящейся в антропогенновозмущенном (нарушенном, дезинтегрированном) состоянии. До некоторых пор эти процессы могут подавляться повторяющимся антропогенным воздействием, но после его прекращения они сразу же возобновляются.
Определяющими факторами запуска процессов ренатурации следует считать интенсивность и/или продолжительность антропогенного (нарушающего) воздействия, достигающего определенного уровня - порога устойчивости природных геосистем, когда поддержание текущего состояния и структуры за счет процессов гомеостаза (саморегуляции), действия отрицательных обратных связей, уже невозможно. Новая структура - антропогенно нарушенная геосистема - может быть рассмотрена как начальная фаза процесса самоорганизации ренатурационной геосистемы (рис. 2).
Под ренатурированием мы понимаем управляемое человеком возвращение природного режима функционирования антропогенно нарушенным геосистемам посредством преимущественного использования естественных механизмов воспроизводства их ресурсного потенциала в пределах экономически приемлемого горизонта планирования. Геосистемы, находящиеся в режиме управляемой ренатурации, снова могут быть вовлечены в специально регламентированное хозяйственное использование. Ренатурирование - это экологическая реабилитация антропогенно нарушенных природных комплексов путем управления природными регенерационными процессами, благодаря чему гарантируется восстановление их здоровья (в соответствии с концепцией здоровья экосистем (Rapport, 1989; Costanza et al., 1992; Rapport, Costanza, McMichael, 1998).
ПГ - природная геосистема;
РЕНАТУРАЦИЯ АНГ1 антропогенно- РГАНГ2 нарушенная АНГ3 геосистема;
РГРГПТГ - природно-техническая геосистема = геотехническая система РГренатурационная РГПГ ПТГ геосистема РГАНГАНГАНГантропогенные переходы АНТРОПОГЕНИЗАЦИЯ ренатурационные Допороговые переходы воздействия Сверхпороговые воздействия саморегуляция Рис. 2. Структурные переходы геосистем при антропогенизации и ренатурации (количество граней многоугольников обозначает сложность структуры) ЭПГ ЭПГmax ПГ АНГ - антропогенно нарушенРГ РГ ная геосистема;
РГ - ренатурационная геосистема;
ПГ - природная геосистема Переходы:
ренатурация ренатурирование ЭПГmin АНГ АНГ антропогенизация t1 t2 t ХВ ренатурации ХВ - характерное время ХВ антропопроцесса генизации Рис. 3. Восстановление экологического потенциала геосистемы (ЭПГ) во времени (t) при ренатурации и ренатурировании (в сопоставлении с антропогенизацией) Порог устойчивости геосистемы Экологическая амплитуда Ренатурирование предполагает осуществление мероприятий, катализирующих, стимулирующих воспроизводство естественных компонентов. Это обеспечивает более интенсивное и быстрое восстановление экологического потенциала геосистемы (по А.Г. Исаченко, 2003) (рис. 3, t1). При этом эти дотационные меры не должны выходить за рамки естественных процессов, быть их аналогами и не мешать их протеканию. Примером может быть внесение сеносеменной смеси при реализации технологии лагростепей (Дзыбов, 2001).
Если нарушенные геосистемы не востребованы в хозяйственном использовании и период ложидания (заброшенности) сопоставим с характерным временем (Арманд, Таргульян, 1974) выхода ренатурационных геосистем в квазиклимаксное состояние (см. рис. 3, t2), то управление этим процессом можно считать излишним. Основания синергетики определяют возможность управления самоорганизующимися системами путем малых, правильно распределенных в пространстве и во времени резонансных воздействий (Князева, Курдюмов, 1994). Эти воздействия будут наиболее эффективны в моменты бифуркаций - переходов в новые режимы развития геосистем.
Антропогенные и ренатурационные переходы нетождественны по траекториям, их совокупность имеет характер экологического гистерезиса (Catastrophic shiftsЕ, 2001; Никаноров, Сухоруков, 2008), петля которого незамкнута в связи с необратимостью развития геосистем (см. рис. 3). Превышение антропогенным воздействием порогового уровня приводит к довольно быстрому (зачастую скачкообразному) снижению экологического потенциала геосистемы, который восстанавливается сравнительно медленнее. Сохранение высокого уровня внешних воздействий приводит к возникновению триггерного эффекта (Арманд, 1992, 2006) в ренатурационной динамике геосистем: баланс процессов антропогенизации и ренатурации может обуславливать различное положение геосистем в ландшафтно-экологической амплитуде и длительное существование их вторичнопроизводных квазиустойчивых состояний.
2. Концепция ренатурационного потенциала геосистемы.
Ренатурационный потенциал геосистем (РПГ) определяется их способностью (возможностью) восстанавливать недостающие (нарушенные) функциональные блоки, межкомпонентные связи, снижать дисбаланс протекания вещественноэнергетических процессов, вызванный нарушением. Он является следствием и характеристикой способности геосистем к самоорганизации.
РПГ включает три составляющие (рис. 4): энергетическую, формируемую климатом, рельефом, биотой, субстратом; вещественную, формируемую субстратом (материнской, подстилающими породами, которые могут быть экспонированы в ходе вскрышных и т.п. работ), биотой, осадками и седиментами; информационную, определяемую пространственной структурой, организацией во времени (онтогенетическим статусом), ландшафтными и экологическими нишами, интегральными характеристиками, межкомпонентными (вертикальными) и горизонтальными связями.
Рис. 4. Составляющие ренатурационного потенциала геосистемы (РПГ) Ренатурационный потенциал геосистемы тем выше, чем сильнее она выведена из состояния равновесия, т.е. нарушена. В этом заключается фундаментальное отличие РПГ от экологического потенциала геосистемы (ЭПГ), который максимален для ненарушенных природных геосистем и уменьшается по мере их антропогенной деградации (Исаченко, 2003).
РПГ имеет иерархическую структуру соответственно иерархической организации геосистем (рис. 5): ренатурационный потенциал (РП) фактора (процесса) РП компонента РП геотопа (геомера, если достигнута определенная целостность природного комплекса) - РП геосистемы более высокого иерархического уровня, вплоть до глобального (биосферного). В зависимости от масштаба антропогенных нарушений в геосистеме реализуется ее собственный РП и (пропорционально степени нарушенности) потенциал ее ландшафтноэкологического окружения.
Рис. 5. Структура ренатурационного потенциала (РП) геосистемы Оценка РПГ представляет собой сложную теоретическую проблему, которая может быть решена путем мобилизации всех имеющихся знаний о факторах и механизмах природных процессов самоорганизации антропогенно нарушенных геосистем. При этом базовым уровнем этой оценки следует считать диагностику РП отдельного ренатурационного процесса. Но даже на этом уровне оценки необходимо учитывать интегральный характер действия внешних факторов, определяющих данный процесс и онтогенетический статус того компонента, в котором данный процесс реализуется.
В качестве примера оценки РП ниже представлен вариант оценки почвенного регенерационного потенциала.
Оценка регенерационного потенциала почвообразования подразумевает компонента (рис. 7):
1. Диагностику почвообразовательного потенциала природных факторов (Jenny, 1961; Таргульян, 1982; Геннадиев, 1990; Шоба и др., 1999).
2. Оценку степени нарушенности почвы (оценку стартовых условий воспроизводства почв, определение онтогенетического статуса).
Рис. 6. Оценка почвенно-регенерационного потенциала геосистемы Энергетический потенциал почвообразования обобщенно оценивается по состоянию климатического фактора (Волобуев, 1959, 1974). Для оценки субстантивной составляющей почвообразовательного потенциала может быть использована матрица оценки почвообразовательного потенциала комбинации субстратнофитоценотических условий (Голеусов, 2003; Голеусов, Лисецкий, 2009). В зависимости от условий рельефа, перераспределяющего потоки вещества и энергии, оценивается интегральный топологический потенциал почвообразования.
Принцип оценки регенерационного потенциала почвообразования исходит из положения, что нарушающее антропогенное воздействие, сопровождающееся абразией верхнего горизонта почвы или перемешиванием почвенных горизонтов, приводит к изменению онтогенетического (соответственно, регенерационного) статуса почвы. В результате нарушения почвенная система по шкале внутреннего времени лотбрасывается к предыдущим стадиям развития, происходит ее омоложение, возрастают скорости процессов почвообразования, приводящие к расширенному воспроизводству почв. Достройка профиля деградированных почв может протекать с различной интенсивностью в зависимости от степени нарушения и состояния остаточных горизонтов.
Картографирование почвенно-регенерационного потенциала (ПРП) для территории Центрально-Черноземного региона проводилось с использованием геоинформационных технологий ArcGIS. Последовательность действий по созданию итоговой карты можно представить следующим образом:
На первом этапе на основе данных о тепло- и влагообеспеченности для метеостанций и постов на территории Центрального Черноземья и смежных областей России и Украины проводилась оценка величины затрат радиационной энергии на почвообразование (Волобуев, 1974). В качестве инструментария построения тематических растров применялся модуль ArcGIS Geostatistical Analyst. После построения растров абсолютные значения энергетических затрат на почвообразование (Q) переводились из МДж/(м2год) в баллы. При этом за 100 баллов принималось максимальное значение Q на территории ЦЧР.
На втором этапе на основе карты эродированности почв ЦЧР (Соловиченко, 2011) определяли степень их эрозионной деградации. Почвенным выделам со слабой, средней, сильной и очень сильной эродированностью присваивались граничные значения баллов сохранности гумусового горизонта в процентах (75, 50, 20, 0 соответственно), отождествляемые с онтогенетическим статусом почв. Далее полигоны почвенной карты и карты эрозии комплексировались, и в соответствующих контурах на основе представлений о скорости почвообразования разновозрастных почв лесостепной зоны (Голеусов, Лисецкий, 2009) проводилась оценка генетического регенерационного потенциала (ГРП), обусловленного типом почвы и степенью сохранности ее профиля.
На заключительном этапе при помощи калькулятора растров ArcGIS производился оверлей созданных растров энергетической оценки потенциала почвообразования (ЭПП) и оценки потенциала почвообразования с учетом типа почв и эродированности (ГРП) в баллах по формуле:
ПРП=(ЭПП*ГРП)0,5.
В результате была построена картограмма почвенного регенерационного потенциала для территории ЦЧР (рис. 7).
Рис. 7. Расчетные значения почвенного регенерационного потенциала (ПРП) для территории ЦЧР. Размер расчетных ячеек 22 км. Незаполненные ячейки соответствуют контурам почвенных типов, не использованных в анализе (развеваемые почвы и др.) Анализ распределения величины ПРП на территории ЦЧР свидетельствует о проявлении в нем зональных особенностей, обусловленных величиной энергозатрат на почвообразование. Вместе с тем ПРП определяется (условно - равнозначно) степенью эрозионной деградации почвенного покрова. В результате, наиболее высокие значения ПРП характерны для южных областей ЦЧР - Белгородской и Воронежской. На территории этих областей возможно эффективное осуществление мероприятий в рамках стратегии ренатурационного земледелия при условии радикального снижения эрозионных потерь.
3. Онтогенетические закономерности формирования во времени ресурсных характеристик почвенно-растительного покрова (фитомассы, мощности гумусового горизонта почв, запасов гумуса), определяемые их нелинейным саморазвитием в рамках аттракторов - предельных (квазистабильных) состояний.
Объединяя существующие представления о динамике растительности (Раменский, 1971; Миркин, Розенберг, 1978; Разумовский, 1981; Работнов, 1983; Миркин, 1985; Исаков, Казанская, Тишков, 1986; Миркин и др., 2001 и др.) и почв (Jenny, 1941, Роде, 1947; Герасимов, Глазовская, 1960; Дюшофур, 1970; Таргульян, 1982; Геннадиев, 1990; Карпачевский, 1997; Весенев, 2008 и др.), можно определить ее эквивалентные формы по принципам обратимостинеобратимости и автогенности-аллогенности, детализируемые в трех основных типах: флуктуации (восстановление), автогенное развитие (саморазвитие, онтогенез) и аллогенное развитие (эволюция, филогенез) (рис. 8). При этом очевидно наличие смешанных, переходных форм динамики, которые на типологическом уровне анализа выделять нецелесообразно, а на индивидуальном - вполне возможно.
Динамика растительности Флуктуации Развитие (ценогенез) Сукцессии Эволюция (филоценогенез) Первичные Квазипервичные Вторичные (демутационные) Первичное Рецентное Вторичное Саморазвитие Эволюция (аутоэволюция, (филопедогенез, статопедогенез) мутапедогенез) Флуктуации Развитие (функционирование) (педогенез) Динамика почв Рис. 8. Соотношение форм динамики растительности и почв В этой схеме отмечено положение предложенной нами особой формы воспроизводства почв (Голеусов, Лисецкий, 2009) - рецентного (от лат. recens - новый, в контексте - новейший, последний) почвообразования - на вновь экспонированной материнской породе или переотложенном материале генетических горизонтов фоновых почв.
Возможность рассмотрения регенерационных процессов в единой схеме онтогенеза (в его полном или сжатом проявлении) компонентов и геосистемы в целом в рамках экологической ренатурации позволяет предложить следующую схему восстановления-воспроизводства растительности и почв (рис. 9). Для ренатурационных процессов использование термина воспроизводство, обозначающего процесс образования новых структур в ходе онтогенеза мы считаем более предпочтительным по сравнению с восстановлением, которое предпо лагает возвращение в исходное состояние и является следствием саморегуляции, а не самоорганизации системы.
Восстановление Воспроизводство (саморегуляция) (самоорганизация, в случае антропогенного нарушения - ренатурация) Вторичный Квазипервичный Первичный сингенез сингенез сингенез Вторичные Квазипервичные Первичные (демутацион- сукцессии сукцессии ные) сукцессии Вторичное Рецентное Первичное почвообразова- почвообразование почвообразование ние Частичное Сильное нарушение Полное нарушение Интенсивность нарушающего воздействия нарушение (разрушение) (уничтожение) Рис. 9. Формы сингенеза растительности и почв, в зависимости от степени нарушающего воздействия Направленность и форма динамики геосистемы после нарушения определяется ее состоянием в начальный момент: степенью сохранности предшествующих нарушению структур. Так, в случае частичного нарушения могут сохраняться подземные органы вегетативного размножения, семена растений, почвенная биота. Частичное механическое нарушение почв (переуплотнение, перемешивание, абразия, поступление большого количества включений и др.) затрагивает не весь профиль, а только его верхнюю часть, с сохранением системы горизонтов. В таком случае восстановительные процессы осуществляются в нарушенной толще почвы, в системе существующих генетических горизонтов.
Значительное нарушение (разрушение) приводит к дезинтеграции почвенного профиля (полное перемешивание, инвертирование, формирование насыпей почво-грунтов и т.п.), хотя органы возобновления растений, почвенная микрофлора, микро- и мезофауна частично сохраняются, что дает возможность более быстрого (по сравнению с первичным сингенезом) воспроизводства почвенно-растительного покрова. Формируется новый (рецентный) профиль почвы, состоящий из регенерационных горизонтов, последовательность появления которых соответствует схеме почвенного онтогенеза.
Полное уничтожение почвенно-растительного покрова вызывает первичный сингенез. При этом различия (например, субстратные) исходных ситуаций Порог устойчивости сингенеза растительности почв наиболее существенны для первичных сукцессий и первичного почвообразования. Так, в случае экспонирования плотных горных пород реализуется классический, полный, петрогенный вариант первичного сингенеза растительных сообществ (включая микрофлору, низшие растения - представителей литосерий, по Ф. Клементсу) и почв, значительная длительность которого определяется скоростью выветривания субстрата и накопления мелкозема. Последовательность онтогенетических стадий и соответствующих им растительных группировок и почв при петрогенном первичном почвообразовании имеет вид: инициальная стадия (инициальные группировки низших растений, инициальные почвы-пленки) ранняя стадия (простые сложные открытые группировки, эмбриоземы) стабилизационная стадия (сложные закрытые группировки, слаборазвитые (но - полнопрофильные) почвы) терминальная стадия (субклимаксные и климаксные группировки, конечно-зрелые почвы). При экспонировании рыхлых горных пород первичный сингенез почвенно-растительного покрова происходит существенно быстрее - сокращенный, терригенный вариант, в котором отсутствует (совмещена с последующей) инициальная стадия, что дало основание В.А. Андроханову выделять (Андроханов и др., 2004) инициальный тип эмбриоземов.
Отличительные особенности вторичного и рецентного почвообразования выявлены нами путем анализа массивов данных о воспроизводстве почв в посттехногенных и постагрогенных геосистемах. Вариант рецентного воспроизводства почв характерен для локальных нарушений как природного, так и антропогенного происхождения, при его реализации активное участие в формировании новой почвы принимают лэкосистемы-доноры и фоновые ненарушенные/слабонарушенные экосистемы. Вариант со вновь экспонированной материнской породой принципиально не отличается от первичного терригенного почвообразования, но все же характеризуется более быстрым протеканием квазипервичных сукцессий (по сравнению с первичными) и несколько более высокой скоростью почвообразования. Например, формирование гумусового горизонта на исследованных нами постпромышленных отвалах с рыхлыми вскрышными породами происходит медленнее, чем при рецентном почвообразовании в беллигеративных ландшафтах (на отвалах окопов Курской битвы). При формировании общего с рецентным почвообразованием массива почвеннохронологических данных заметно распределение значений мощности гумусового горизонта новообразованных почв техногенных ландшафтов преимущественно по нижней огибающей (рис. 10).
Нами исследованы различные варианты рецентного почвообразования, связанные с воспроизводством почв на малогумусном почво-грунте и на гумусовом транспланте. Наличие гумусированного материала в экспонированном почвогрунте способствует быстрой организации почвенной системы, что проявляется в более мощном новообразованном профиле почв, по сравнению с синхронными почвами на суглинистом субстрате, а также в более прогрессивном (преимущественно унаследованном) гумусном состоянии.
21Доверительный интервал индивидуальных значений 1(Р = 95 %) 1110 10 20 30 40 50 60 t, годы Рис. 10. График зависимости мощности гумусового горизонта от возраста почв (маркером помечены объекты постпромышленных ландшафтов) Вторичное воспроизводство почв происходит на нарушенной почвепредшественнике и, как правило, имеет наложенный (аппликативный) характер. Если нарушающим воздействием на почву является абразия (удаление верхней части почвенного профиля), то меняется функциональное соотношение почвенных горизонтов. Вследствие регенерации формируется типично аппликативный почвенный профиль, наложенный на матрицу остаточных горизонтов абрадированной почвы. Признаки экспонированного горизонта постепенно замещаются признаками регенерирующего гумусово-аккумулятивного горизонта, а нижележащие слои видоизменяются в соответствии с формированием новой системы связей в почвенной системе (нисходящими и восходящими потоками вещества и энергии). При этом аппликативная регенерация затрагивает ту часть почвенного профиля, которая соответствует онтогенетическому уровню функционирования почвенной системы. Направленность регенерационного процесса в этом случае будет соответствовать зональным трендам почвообразования, а скорость регенерации будет превышать темпы формирования новообразованных первичных и рецентных почв (рис. 11), так как аппликативный почвенный профиль развивается в системе существующих каналов организованной почвенной матрицы и наследует степень преобразования материнской породы почвой-предшественником.
Н, мм 21Доверительный интервал 1индивидуальных значений (Р = 95 %) 1110 10 20 30 40 50 60 70 t, годы Рис. 11. Положение постагрогенных почв на графике роста мощности гумусового горизонта (Н) во времени (t): 1 - почвы залежей в Красногвардейском р-не Белгородской обл., 2 - почвы залежей Новосильской ЗАГЛОС (Орловская обл.) Различия онтогенетических стадий процессов воспроизводства ресурсных характеристик почвенно-растительного покрова (запаса фитомассы, мощности гумусового горизонта, запасов гумуса) могут быть выявлены путем анализа математических моделей роста этих признаков (рис. 12) X Xlim (1) (2) (3) - предельное значение признака, a и b - коэффициенты t Рис. 12. Основные типы функций ограниченного роста признака X во времени (t): 1 - логистическая (Ферхюльста); 2 - Гомперца;
3 - экспоненциальная (Берталанфи). Кривые построены для одного и того же массива почвенно-хронологических данных.
Н, мм Принципиальным свойством S-образных функций роста следует считать хорошее соотношение их траекторий с онтогенетическими особенностями биологических и биокосных систем, которые в своем индивидуальном развитии (онтогенезе) проходят стадии молодости, зрелости и старости. Первая и вторая производные (соответственно, мгновенные скорость и ускорение роста) этих функций отражают смену фаз ростовых процессов, продолжительность которых может быть оценена путем расчета положений во времени критических точек (Шмидт, 1984), по разные стороны которых динамика процессов разнонаправлена (рис.13). Экспоненциальная функция критических точек не имеет, поэтому для определения фаз роста не может быть использована.
T3 t T1 Tt TБ А Рис. 13. Первая (А) и вторая (Б) производные ростовых функций:
1 - логистической (Ферхюльста); 2 - Гомперца; 3 - экспоненциальной (Берталанфи). Указано положение критических точек S-образных функций: T1 - максимальное ускорение роста; T2 - максимальная скорость роста, нулевое ускорение; T3 - минимальное ускорение роста С помощью ростовых функций нами была описана общая направленность процесса роста запасов фитомассы сообщества. Предельные уровни этих параметров для лугово-степных сообществ могут быть определены на основе исследований продуктивности зональных климаксных экосистем (Титлянова, 1977;
Утехин, 1977; Базилевич и др., 1986; Биологическая продуктивностьЕ, 1988).
Проведенный учет надземной и подземной (0-20 см) фитомассы разновозрастных травянистых (лугово-степных) сообществ показал быстрое накопление ее запасов в первые десятилетия и довольно слабый рост в дальнейшем. Кроме того, прослеживается тенденция роста доли подземной части фитомассы в ее общем запасе. Аппроксимация трендов экспоненциальной функцией (Голеусов, 2012) позволила выявить эту общую тенденцию замедления роста запасов фитомассы.
Однако характер данной функции не позволяет определить критические моменты ростовых процессов, поэтому более перспективным представляется использование S-образных функций (логистической и Гомперца). При этом использование функции Гомперца дает несколько более адекватные результаты нелинейно го оценивания, по сравнению с логистической функцией, о чем свидетельствует более высокий уровень корреляционного отношения и более низкий уровень стандартной ошибки оценки параметров. На рис. 14 представлены график и уравнение функций Гомперца, описывающие начальный этап роста надземной и подземной биомассы лугово-степной растительности.
Рис. 14. Формирование биомассы травянистой (лугово-степной) растительности на этапе быстрого роста (аппроксимация функцией Гомперца). Незакрашенные пунсоны соответствуют литературным эмпирическим данным (Бурыкин, 1982;
ГумусообразованиеЕ, 1986; Титлянова и др., 1988; СукцессииЕ, 1993; Подурец, 2011) Расчеты по моделям трендовых составляющих процесса формирования фитомассы во времени показывают, что скорость данного процесса достигает 0,6-1,0 т/гагод в первые десятилетия формирования фитоценоза и снижается до уровня 0,6-1,4 ц/гагод и менее при достижении квазиклимаксного состояния сообщества. Скорость роста подземной фитомассы более чем в 7 раз превышает скорость роста надземной фитомассы на начальном этапе регенерационной сукцессии и в 3 раза - на субклимаксном этапе (n102-n103 лет). Стабилизация процессов (по результатам расчета критических точек) происходит в возрасте сообществ более 50 лет.
Важным показателем стабилизации продукционной структуры сукцессионных фитоценозов является отношение корневой (R) к надземной фитомассе (G) (Подземные органыЕ, 1996; Подурец, 2011), отражающее перераспределение продуктов фотосинтеза в соответствующих ярусах фитоценозов. Этот показатель может быть фактором, определяющим развитие эмбриоземов в ходе первичной сукцессии. Так, по данным (Подурец, 2011), переход развития почв к стадии дерновых эмбриоземов характеризуется расширением отношения R/G более 4. Расчеты по моделям трендовых компонент процессов нарастания запасов фитомассы свидетельствуют о стабилизации этого отношения к 50-летнему возрасту (рис. 15) R/G 0 30 60 90 120 1Возраст, годы Рис. 15. Изменение соотношения запасов подземной и надземной фитомассы (R/G) в зависимости от возраста травянистого лугово-степного сообщества При нелинейном оценивании трендовой составляющей процесса формирования гумусового горизонта зональных почв во времени установлены различия длительности фаз роста и различия в скорости данного процесса, отражающие зональные особенности почвообразования. На рис. 16 представлены массивы данных и модели формирования гумусовых горизонтов дерново-подзолистых почв, лесостепных (типичных, выщелоченных) и степных (южных) черноземов.
Стабилизация процесса формирования гумусового горизонта дерновоподзолистых почв происходит уже в первом столетии почвообразования. Лесостепные и степные черноземы дольше формируют свой ресурсный потенциал.
Кроме того, развитие гумусового горизонта дерново-подзолистых почв может быть описано одним уравнением, в то время как динамические характеристики роста гумусового горизонта черноземов изменяются столь существенно во времени (на два порядка), что это приводит к выводу о наличии двух фаз роста - быстрой и медленной (рис. 16).
Существенным моментом в подборе эмпирических коэффициентов для уравнения, описывающего начальный этап рецентного почвообразования, является обоснование значения предельной мощности гумусового горизонта, формируемой к моменту перехода к его медленному росту в хроноинтервале n100 - n1000 лет. Эмпирически эту мощность можно определить в 200-250 мм.
Фактически она соответствует зоне наибольшего насыщения профиля почвы корневой биомассой. В связи с этим в травянистых экосистемах существуют предпосылки для достаточно быстрого воспроизводства морфологического строения и свойств гумусового профиля почв в пределах зоны активного гумусонакопления с последующим (довольно резким в масштабе общего времени педогенеза) замедлением регенерационных процессов.
H = 210exp(-exp(1,05 - 0,0228 t)) t 211А 0 100 200 300 400 500 600 7t, годы Нt = 1200 exp(-exp(0,742 -0,00029 t)) 1098765Б 43210 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40t, годы Ht = 800(1 - 0,927exp(-0,00025t)) 6543В 210 500 1000 1500 2000 2500 30t, годы Таманский п-ов Керченский п-ов Примечание: пунктиром отмечены границы доверительных интервалов индивидуальных значений (Р = 95 %) Рис. 15. Изменение мощности гумусового горизонта (Н) в зависимости от возраста (t): А - дерново-подзолистых почв (Ленинградская обл.); Б - черноземов лесостепи (центральный лесостепной полигон); В - степных черноземов (степной боспорский полигон) H, мм H, мм H, мм Hs-limУравнение Hs-limУравнение n10 n102 - n1Время почвообразования, годы Рис. 16. Стадии процесса роста гумусового горизонта почв суббореальной зоны в ходе рецентного почвообразования В итоге процесс формирования гумусового горизонта и роста запасов гумуса лесостепных черноземов в ходе рецентного почвообразования можно описать следующими системами уравнений:
Ht 200 exp( exp(0,769 0,028 t)),(t 70) Zt 50 exp( exp(0,737 0,029 t)),(t 100) Ht 1200 exp( exp(0,742 0,00029 t)),(t 70) Zt 500 exp( exp(0,876 0,00035 t)),(t 100) Начальные стадии педогенеза отличаются существенно более высокими темпами воспроизводства плодородной части почвенной толщи по сравнению с актуальным этапом развития полнопрофильных почв. Наиболее быстрое воспроизводство почв происходит при формировании (восстановлении) лэкологически достаточной мощности гумусового горизонта, обусловленной возможностью почвы устойчиво выполнять экосистемные функции. Расчеты по моделям показывают, что эта мощность составляет для черноземов 20 % их предельной мощности; для серых лесных почв - 30 %; для дерново-подзолистых - 80-90 % (рис. 17). Таким образом, для лесостепных и степных почв экологически критической является утрата 70-80 % мощности гумусового горизонта, в то время как для дерново-подзолистых - 10-20 %. Вместе с тем, почвы лесной зоны могут проявить свои регенерационные возможности уже при незначительном нарушении их габитуса, в то время как лесостепные и степные почвы способны длительно использовать экологический запас устойчивости при скорости воспроизводства гумусового горизонта, не превышающей 0,2 мм/год.
Расчеты по моделям трендовых составляющих процесса гумусонакопления (роста запасов и относительного содержания гумуса) при воспроизводстве почв в условиях лесостепи позволяют определить его максимальную скорость ориентировочно в 0,50 т/гагод (до 1,02 т/гагод - в наиболее благоприятных условиях), которая характерна для почв с возрастом около 25 лет. В пересчете на углерод скорость депонирования данного элемента в первые десятилетия лесостепного почвообразования составляют от 6,70 до 71,30 г С/м2год, что сопостаМощность гумусового горизонта, мм вимо со значениями потери углерода пахотными почвами (Моисеев, Алябина, 2007; Романовская, 2008) и соответствует экспериментальным оценкам ассимиляции углерода в посттехногенных геосистемах (Post, Kwon, 2000; Carbon sequestrationЕ, 2001).
2,2,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1Степень зрелости гумусового горизонта, % Рис. 17. Зависимость скорости почвообразования от степени зрелости гумусового горизонта различных типов (подтипов) почв:
1 - дерново-подзолистые почвы; 2 - серые лесные почвы;
3 - черноземы лесостепи; 4 - черноземы южные Таким образом, несмотря на длительность характерного времени формирования гумусовых горизонтов почв (от 80-100 лет в бореальной до 7000-80лет в суббореальной зоне), высокие темпы роста его мощности и гумусонакопления в первые десятилетия могут служить основанием для использования природного воспроизводства почв в антропогенно нарушенных геосистемах в пределах экономически целесообразного горизонта планирования.
4. Принципы организации мониторинга ресурсовоспроизводства в антропогенно нарушенных геосистемах в районах интенсивного использования земель.
Биосферное значение и распространенность участков спонтанной ренатурации антропогенно нарушенных геосистем столь велики, что становится очевидной необходимость организации системы мониторинга ренатурационного ресурсовоспроизводства как составной части экологического управления антропогенно нарушенными землями. Следует подчеркнуть, что речь идет о комплексном мониторинге процессов самоорганизации или ренатурирования антропогенно нарушенных геосистем. Можно согласиться с мнением, что оценка и экологический мониторинг почв, как основы устойчивости наземных экосистем, играет ведущую роль Скорость почвообразования, мм/год в комплексном экологическом мониторинге, в том числе - нарушенных земель (Мотузова, Безуглова, 2007; Махонина, Валдайских, 2008).
Целью мониторинга ренатурационных геосистем (и процессов) следует считать развернутую в пространстве и во времени оценку эффективности воспроизводства возобновимых ресурсов и степени достижения геосистемами квазиустойчивого (в итоге - климаксного) состояния в рамках зональных аттракторов самоорганизации.
Составляющие мониторинга ренатурационного воспроизводства возобновимых (биологических и почвенных) ресурсов:
1. Диагностика стартовых условий ренатурации (параметры рельефа, эдафотопа, близость экосистем-доноров, благоприятность биотопов для вселения фауны и др.).
2. Определение аттракторов развития (климаксных значений интегральных показателей ресурсовоспроизводства: предельной мощности гумусового горизонта, зонального уровня запаса фитомассы и др.).
3. Определение онтогенетического статуса компонента геосистемы (положение индивидуального показателя относительно трендовых значений).
4. Оценка парагенетических и парадинамических взаимосвязей нарушенной геосистемы (по интенсивности вещественно-энергетических потоков, возникших вследствие нарушения и перераспределяемых рельефом, анализ экотонных эффектов).
Для геосистем, продолжающих испытывать антропогенные возмущения, актуальна также оценка риска повторного нарушения и возвращения к предшествующим стадиям развития.
Представленная (рис. 18) концептуальная схема мониторинга может быть реализована в отношении любого компонента геосистемы, формирующего определенный вид ресурса (почвенный покров, фитоценоз, охотничьи животные и др.). При комплексном мониторинге ренатурационных геосистем в качестве интегральных индикаторов целесообразно использовать показатели биологического круговорота (прежде всего - интенсивность ассимиляции углерода) и энергетические характеристики (запас свободной энергии - эксергии в системе (Jrgensen et al., 2004, 2007)), рассеяние тепла (по данным дистанционных - аэрокосмических наблюдений (Сандлерский, Пузаченко, 2008)).
Организацию системы мониторинга ренатурационных процессов (МРП) в антропогенно нарушенных геосистемах целесообразно осуществлять, исходя из следующих теоретических положений:
1. Процессы ресурсовоспроизводства характеризуются значительной протяженностью во времени, в сравнении с традиционными временными интервалами планирования в сфере экономики и ресурсопользования. Поэтому система мониторинга ресурсовоспроизводства во времени должна быть долгосрочной, сопоставимой с характерными временами главных фаз онтогенеза природных компонентов.
Выбор компонента / Исследования Комплексный анализ ренатурационных процессов Выбор интеЯ М Е гральных Р Определение В тренда характеристик n Оценка онтогенетического статуса Я Диагностика База данных Оценка внешних М Е стартовых условий взаимосвязей о ресурсо- Р В воспроиз- Определение водстве аттракторов Оценка онтогенетического статуса Я М Моделирование Оценка внешних Е взаимосвязей В Р Оценка эффективности ресурсовоспроизводства Нормативы ресурсоПрогнозирование Оценка риска новых воспроиз- ренатурации нарушений водства Корректировка ренатурационных процессов Рис. 21. Схема организации и ведения мониторинга ренатурации геосистем 2. Характерные времена (ХВ) саморазвития отдельных компонентов геосистем различаются, поэтому организация МРП во времени должна иметь дифференцированный характер. Так, например, практически полное восстановления продукционного блока экосистем происходит за 30-50 лет, в то время как ХВ развития почв превышает вековой хроноинтервал, и в первое столетие они формируют лишь лэкологически достаточный генетический профиль. Для ренатурационных процессов характерно нелинейное замедление, поэтому временные интервалы между этапами мониторинга неравномерны и неравнозначны. Для обоснования локализации ключевых хроносрезов МРП целесообразно использовать представление о критических моментах в развитии природных компонентов. Так, мониторинг формирования надземной фитомассы травянистых лугово-степных фитоценозов следует проводить через 5-7, 20-25 и 45-лет с начала зарастания поверхности. Мониторинг формирования гумусового горизонта лесостепных черноземовидных почв - через 5-7, 25-30 и 60-70 лет с ноль-момента почвообразования. Корректирующие мероприятия наиболее эффективны в первые два десятилетия ренатурации, когда происходит интенсивный рост ресурсных показателей. Для лесостепных экосистем полувековой этап ренатурации можно считать временем перехода к фазе медленного роста ресурсных показателей, когда дальнейшее ведение мониторинга нецелесообразно - это область прогнозирования ренатурации как самоуправляемого процесса.
3. Процессы ренатурации всегда хорологичны, приурочены к определенному геотопу и программируются его уникальным сочетанием значимых эколо ПРОСТРАНСТВО ПРОСТРАНСТВО ПРОСТРАНСТВО гических факторов (по отношению к почвам - факторов почвообразования).
Поэтому априорная диагностика ренатурационных процессов невозможна, а использование дистанционных методов для локально нарушенных участков ограничено разрешающей способностью дистанционного зондирования. Таким образом, детальный и локальный уровни МРП являются базовыми, а выход на региональный уровень осуществляется путем моделирования на основе данных мониторинга реперных объектов. Глобальный уровень МРП является объектом чистого моделирования.
4. Пространственная локализация реперных объектов МРП должна охватывать ядра ренатурации - экотопы с наиболее благоприятным сочетанием экологических факторов (в условиях недостаточного увлажнения - понижения рельефа), а также участки с длительно сохраняющимися обнажениями (после проведения их ренатурирования ведение МРП становится факультативным).
5. Учитывая эргодичность ренатурационных процессов, после составления карт онтогенетического состояния регенерационных экосистем, возможно сокращение числа реперных объектов для однотипных разновозрастных геотопов, учитывая лишь те из них, которые достигли наиболее близкого к критическим моментам развития онтогенетического статуса.
Накопление информации в системе МРП имеет большое значение для планирования землепользования на антропогенно нарушенных землях. Участки, которые по данным МРП достигли квазистабильного состояния, могут быть выведены из режима консервации и допущены к специально регламентированному использованию биологических ресурсов, рекреации и другим видам природопользования, приемлемым для территорий экологической компенсации.
Выводы:
1. Онтогенетическое развитие фитоценозов и почв представляет собой нелинейный процесс, который характеризуется сложной последовательностью неравновесных динамических переходов к равновесному (квазиклимаксному) состоянию. Общий характер онтогенеза растительности и почв описывается моделями роста (сигмоидными, экспоненциальными), присущими биологическим и экологическим системам. S-образные функции (в частности, функция Гомперца) более полно аппроксимируют онтогенетические траектории ресурсоформирующих процессов восстановления почвенно-растительного покрова, экспоненциальные - упрощенно. Для биокосных систем - почв характерно медленное затухание роста гумусового горизонта, а начальная стадия с относительно медленным ростом, характерным для первичного почвообразования на плотных породах, может отсутствовать в связи с предысторией педогенеза (наличием материала, организованного предшествующим нарушению почвообразованием), интенсивным зарастанием локальных нарушений и благоприятными условиями современного почвообразования (по сравнению с раннеголоценовым).
2. Самоорганизация (ренатурация) почвенно-растительного покрова представляет собой сингенез фитоценотического и почвенного блоков, опреде ляемый соотношением положительных и отрицательных обратных связей, которое меняется для разных этапов становления экосистемы. На начальном этапе (n101-n102 лет) преобладают положительные обратные связи, а с приближением к климаксному состоянию большее значение играют отрицательные обратные связи, выявленные статистическими методами. Воспроизводство почв следует рассматривать в общей схеме онтогенеза регенерационной экосистемы как изначально ведомый, но уже через 5-7 лет как самостоятельный системоорганизующий процесс, опосредующий взаимодействия биоты и субстрата.
3. Моделирование развития во времени главного ресурсного признака почв - мощности гумусового горизонта позволяет определить онтогенетические стадии процесса, характерные времена которых не совпадают для почв разных климатических зон. В почвах бореальной зоны развитие гумусового горизонта в целом завершается на вековом этапе педогенеза, в то время как в почвах суббореальной зоны на вековом этапе наблюдается изменение соотношения механизмов: переход от доминирования линситного формирования (в фазе быстрого роста) к определяющему влиянию процессов перераспределения по профилю продуктов гумусообразования в фазе медленного развития. Времення протяженность периода такой псевдобифуркации в развитии гумусового горизонта черноземов составляет около 100 лет, после чего траектории развития данного морфологического признака в большей мере начинают соответствовать модели медленного роста.
4. Начальные стадии педогенеза (n10-1-n101 лет) отличаются значительно (на два порядка) более высокими скоростями воспроизводства гумусового горизонта по сравнению с актуальным этапом развития полнопрофильных почв.
Наиболее быстрое воспроизводство почв происходит при формировании (восстановлении) экологически достаточной мощности гумусового горизонта, обусловленной возможностью почвы устойчиво выполнять экосистемные функции. Почвы бореальной зоны могут проявить свои регенерационные возможности уже при незначительном нарушении их габитуса (утрата до 10-20 % мощности), в то время как лесостепные и степные почвы способны длительно использовать экологический запас устойчивости. Темпы регенерации почв суббореальной зоны существенно возрастают при нарушении, которое приводит к утрате до 70-80 % мощности гумусового горизонта.
5. Механическое нарушение почвенно-растительного покрова можно дифференцировать по особенностям вызываемых им почвеннорегенерационных процессов. При полном обширном уничтожении почвы вплоть до пород, при создании отвалов из техногенных субстратов реализуется сценарий первичного почвообразования, в его петрогенном (на плотных субстратах) или более быстром терригенном варианте (на рыхлых породах). При частичном нарушении, когда экспонируется переработанный почвообразованием материал, но почвенный габитус полностью дезинтегрирован, реализуется сценарий квазипервичного - рецентного (нового) почвообразования. При абразии почвенного профиля, но с сохранением матрицы остаточных экспонированных горизонтов происходит аппликативное (наложенное) почвообразование.
Если почва испытала механические повреждения структуры или имеет функциональные нарушения, происходит демутационное почвообразование. По следние два варианта относятся ко вторичному воспроизводству почв. В соответствии с этими вариантами воспроизводства почв предложена их классификация, которая может найти применение в исследовании почвенных регенерационных процессов.
6. Эмпирическое и математическое обоснование оценок скорости воспроизводства почв способствует более корректному представлению о них с ресурсной точки зрения. Учитывая длительные характерные времена формирования ресурсно значимых свойств почвы, ее в хозяйственно-экономическом отношении следует считать трудновозобновимым ресурсом. Вместе с тем, сравнительно быстрое достижение почвенной системой квазиустойчивого состояния на полувековом этапе почвообразования, характеризующееся высокой интенсивностью фиксации углерода (в лесостепной зоне - от 6,70 до 71,30 г С/м2год) обуславливает возможность широкого использования почвеннорегенерационного потенциала для экологической реабилитации антропогенно нарушенных земель. Компенсация эрозионных потерь почвообразовательным процессом усиливается с повышением степени нарушения (например, эрозионной сработки) почвенного профиля. Однако в расчете допустимых эрозионных потерь должны учитываться не столько скорости природного воспроизводства почв, сколько их способность компенсировать эти потери без существенного нарушения функционирования.
7. Ренатурационный потенциал геосистем определяется их способностью (возможностью) восстанавливать недостающие (нарушенные) функциональные блоки, межкомпонентные связи, снижать дисбаланс протекания вещественноэнергетических процессов, вызванный нарушением. Его важнейшей составляющей следует считать почвенный регенерационный потенциал (ПРП), который на локальном уровне может быть диагностирован по результатам воспроизводства почв в конкретных условиях почвообразования, среди которых главными являются субстратно-фитоценотические. Значительный вклад в дифференциацию ПРП делает рельеф. На региональном уровне уровень ПРП целесообразно диагностировать по соотношению энергозатрат на почвообразование, распространения деградированных почв и их генетических типов.
8. Учитывая разнообразие экологических, онтогенетических и эргодических особенностей воспроизводства ресурсных характеристик антропогенно нарушенных геосистем, целесообразно ведение мониторинга ренатурационных процессов (МРП), содержательной частью которого следует считать развернутую в пространстве и во времени оценку эффективности воспроизводства возобновимых ресурсов и степени достижения геосистемами квазиустойчивого (в итоге - климаксного) состояния в рамках зональных аттракторов самоорганизации. Система МРП должна стать важной составной частью мониторинга антропогенно нарушенных земель.
9. В рамках концепции ренатурации предложены стратегии экологической реабилитации почв в техногенно и агрогенно нарушенных геосистемах на основе мобилизации их ренатурационного потенциала: ренатурирование и реабилитационное земледелие, наиболее востребованным в биосферном отношении компонентом которых следует считать расширенное воспроизводство почв.
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:
1. Голеусов П.В. Формирование почв в различных комбинациях субстратно-фитоценотических условий лесостепной зоны // Почвоведение. - 2003.
Ц №9. - С. 1050-1060.
2. Лисецкий Ф.Н., Чендев Ю.Г., Голеусов П.В., Чепелев О.А. Загрязнение почвы тяжелыми металлами в зоне Курской магнитной аномалии // Региональные гигиенические проблемы и стратегия охраны здоровья населения. Научные труды Федерального научного центра гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана. - Вып. 10. - М., 2004. - С. 286-291.
3. Голеусов П.В. Лисецкий Ф.Н., Чепелев О.А. Экологическая реставрация постпромышленных отвалов железорудной промышленности КМА // Проблемы региональной экологии. - 2005. - № 6. - С. 130-137.
4. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Геоэкологические исследования современного состояния природных сред в зоне влияния Курской магнитной аномалии // Вестник Воронежского университета. Сер. Геология. - 2006. - №1. - С. 222-225.
5. Петин А.Н., Голеусов П.В., Овчинников А.В. Техногенные воздействия при разработке месторождений мела на окружающую среду // Горный информационно-аналитический бюллетень. - №5 (2008). - С. 212-215.
6. Лисецкий Ф.Н., Свиридова А.В., Кухарук Н.С., Голеусов П.В., Чепелев О.А. Аккумуляция тяжелых металлов в растениеводческой продукции зоны техногенеза // Вестник ОГУ / Оренбургский государственный университет. - Оренбург.Ц № 10(92), 2008. - С. 142-149.
7. Goleusov P., Lisetskii F. Soil development in anthropogenically disturbed forest-steppe landscapes // Eurasian Soil Science. - Vol. 41. - No. 13. (1 December 2008). - pp. 1480-1486.
8. Голеусов П.В. Пространственная неоднородность новообразованного почвенного покрова в условиях техногенного рельефа // Проблемы региональной экологии. - 2009. - №1. - С. 37-41.
9. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н., Чепелев О.А. Использование разновозрастных эталонов почв при организации эколого-геохимического мониторинга земель в зоне влияния горнорудной промышленности // Экологические системы и приборы. - 2010. - №9. - С. 7-10.
10. Lisetsky F.N., Goleusov P.V. Resoiling on anthropogenically disturbed surfaces in the southern taiga subzone // Geography and Natural Resources. - 2011. - V. 32, - №1, - Р. 28-33.
11. Голеусов П.В., Тохтарь В.К., Афанасьев Е.Г. Анализ структуры почвенного покрова антропогенно нарушенных территорий в разработке проектов по их экологической реставрации (на примере ботанического сада БеГУ) // Проблемы региональной экологии. - 2011. - №2. - С. 67-71.
12. Голеусов П.В., Тохтарь В.К., Афанасьев Е.Г., Юрьева М.Н., Толкачева А.А. Особенности формирования эдафических условий на участке с техногенно измененным рельефом (на примере ботанического сада БеГУ) // Научные Ведомости БеГУ. - Серия Естественные науки. - 2011. - №9 (104). - Выпуск 15/1. - С. 210-216.
13. Гонеев И.А., Чепелев О.А., Голеусов П.В. Общие закономерности распространения тяжелых металлов в почвах зоны влияния горнорудных предприятий КМА // Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. - 2011. - № 3 (19). - Т. 1. - Режим доступа:
14. Голеусов П.В. Особенности воспроизводства ресурсных характеристик травянистых фитоценозов в антропогенно нарушенных экосистемах лесостепной зоны // Научные Ведомости БеГУ. - Серия Естественные науки. - 2012. - №3 (112). - Выпуск 18. - С. 124-130.
15. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Воспроизводство сельскохозяйственных земель, подверженных эрозионной деградации // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2012. - № 3. - С. 33-37.
16. Голеусов П.В. Регенерация фауны сапрофагов в антропогенно нарушенных биотопах беллигеративных ландшафтов лесостепной зоны // Проблемы региональной экологии. - 2012. - №2. - С. 104-108.
17. Голеусов П.В. Особенности воспроизводства фитоценозов и почв лесных экосистем, нарушенных в период Курской битвы // Научные Ведомости БеГУ. - Серия Естественные науки. - 2012. (в печати).
18. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В., Чепелев О.А. Формирование почв Днестровско-Прутского междуречья в голоцене // Почвоведение. - 2013 (в печати).
Монографии:
19. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Воспроизводство почв в антропогенных ландшафтах лесостепи. - Белгород: Изд-во Белгор. гос. ун-та, 2005. - 232 с.
20. Красная книга почв Белгородской области / Соловиченко В.Д., Лукин С.В., Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. - Белгород: Изд-во БеГУ, 2007. - 139 с.
21. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Воспроизводство почв в антропогенно нарушенных ландшафтах лесостепи. - М.: ГЕОС, 2009. - 210 с.
Статьи в других журналах:
22. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н., Чепелев О.А. Траектории восстановления почв в экосистемах лесостепной зоны // Экология ЦЧО РФ. - 2001. - №2 (7). - С. 131-134.
23. Голеусов П.В. Ренатурация техногенно нарушенных земель // Экология ЧЦО РФ. - №2 (9). - 2002. - С. 121-124.
24. Гарбузов Г.П., Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Древняя система землеустройства у пос. Гаркуша (Таманский п-ов) // Древности Боспора. - Том 7. - М., 2004. - С. 100-116.
25. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В., Чепелев О.А. Результаты почвообразования на антропогенных насыпях (по результатам изучения территории Бельского городища) // Науковий всник Чернвецького унверситету. - Вип.
251. - Бологя. - Чернвц: Рута, 2005. - С. 168-174.
26. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Кухарук Н.С., Чепелев О.А. Экологические и онтогенетические аспекты воспроизводства почвенно-растительного покрова в нарушенных горнодобывающей промышленностью ландшафтах // Электронный журнал Исследовано в России. - 2005. - 217. - С. 2233-2250. - Режим доступа: 27. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Почвенно-хронологические исследования археологических памятников Таманского полуострова // Донская археология. - 2002. - № 3-4. - С. 102-112.
28. Голеусов П.В. Рецентное почвообразование в регенерационной динамике антропогенно нарушенных экосистем // Географические исследования почв и ландшафтов для обеспечения рационального природопользования / Под.
ред. Ф.Н. Лисецкого. - Белгород, 2008. - С. 34-52.
29. Голеусов П.В., Тохтарь В.К. Взаимосвязь формирования почвенного и растительного покровов на участках с антропогенно нарушенной поверхностью // Промышленная ботаника. - 2011. - Вып. 11. - С. 14-18.
Материалы конференций (наиболее значимые):
30. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Эколого-почвенные исследования для целей ренатурации нарушенных земель // Генеза, географiя та екологiя грунтiв: Збiрник наукових праць Мiжнародно конференцi. - Львiв, 1999. - С.
180-182.
31. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Воспроизводство почв в процессе формирования молодых геосистем // Проблемы геоэкологии, полезных ископаемых и экологии юга России и Кавказа: Материалы II Международной научной конференции. - Новочеркасск, 1999. - С. 143-145.
32. Goleusov P.V. Biodiversity of the young ecosystems and soil reproduction // Man and Soil at the Third Millennium. III International ESSC Congress. Book of Abstracts. - Valencia, 2000. - P. 139.
33. Goleusov P.V. Soil minerals-humus-biocomponents interactions in young ecosystems // Soil Mineral-Organic matter-Microorganism Interactions and Ecosystems Health. III International Symposium of the Working Group MO УISMOMФ. Abstract book. - Naples-Capri, 2000. - P. 218.
34. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В., Чепелев О.А. Стратегии воспроизводства почвенных ресурсов для различных моделей ландшафтноэкологического земледелия // Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы сельской местности: Материалы Международной научно-практической конференции. - Москва; Смоленск, 2001. - Ч. 1. - С. 38-42.
35. Lisetskiy F.N., Chendev Y.G., Goleusov P.V., Chepelev O.A. Soil Memory on the Dated Surfaces of Earth Embankments (Central Forest-Steppe Zone:
Belgorod Region) // Functions of Soils in the Geosphere-Biosphere Systems: Materials of the International Symposium. - Moscow: MAX Press, 2001. - P. 264-265.
36. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Почвообразование и противоэрозионная устойчивость субстратов при реабилитации деградированных земель // XVI пленарное межвузовское совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Доклады и сообщения. - СПб., 2001. - С. 138-140.
37. Голеусов П.В. Проблемы и перспективы использования данных почвенно-хронологических исследований в оценке допустимых эрозионных потерь почвы // Краснодарское пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (17; 2002 г.).
Доклады и сообщения, Краснодар, 15-17 октября 2002 г. - Краснодар, 2002. - С.
80-82.
38. Лисецький Ф.Н., Голеусов П.В. Датування грунту рiзновiкових поверхонь городища Мохнач грунтово-хронологiчним методом // Археологiчнi вiдкриття в Укранi 2001-2002 рр. - Кив: IA НАН Укранi; Шлях, 2003. - С.
160-165.
39. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В., Чепелев О.А. Воспроизводство сельскохозяйственных земель при их консервации // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения: Мат-лы VII международной научно-производственной конференции. - Ч. I: Агрономия, Ветеринария, Животноводство. - Белгород. - Изд-во Белгородской ГСХА., 2003. - С. 14-15.
40. Голеусов П.В. Экологическая реабилитация антропогенно нарушенных геосистем с использованием природных регенерационных процессов // Актуальные проблемы экологии: Мат-лы II Международной научно-практической конференции. - Ч. 2. - Караганда: Изд-во КарГУ, 2003. - С. 161-164.
41. Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. Апробация метода почвеннохронологической датировки (на примере археологических памятников Таманского полуострова) // Юг России в прошлом и настоящем: история, экономика и культура: Материалы междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. д-ра ист. наук, проф. В.А. Шаповалова. - Белгород, 2004. - С. 154-157.
42. Голеусов П.В. Оценка почвообразовательной способности техногенных субстратов // Экология: образование, наука, промышленность и здоровье: Мат-лы II Международ. научно-практ. конференции. Часть V. - Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - №8. - 2004. - С. 37-39.
43. Голеусов, П.В. Результаты исследований воспроизводства почв в антропогенных ландшафтах лесостепи // Девятнадцатое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Белгород, 9-12 ноября 2004 г.): Доклады и краткие сообщения. - Белгород, 2004. - С. 83-84.
44. Голеусов, П.В. Эколого-генетические аспекты воспроизводства почв в техногенных ландшафтах // Почвы - национальное достояние России:
Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов: В 2-х кн. - Новосибирск: Наука-Центр, 2004. - Кн. 2. - С. 546.
45. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Ренатурационный подход к воспроизводству почв // Экологические проблемы сельскохозяйственного производства: материалы международной научно-практической конференции. - Воронеж:
ВГАУ, 2004. - С. 341-347.
46. Голеусов П.В. Экологическая реабилитация бедлендов: восстановление или воспроизводство почв? // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: Мат-лы Международ. научно-практ. конференции. - М. - Белгород: Изд-во Белгор. гос. унта, 2004. - С. 15-16.
47. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н., Чепелев О.А. Развитие почв степной зоны (по результатам исследований разновозрастных поверхностей на территории Боспора) // VII Боспорские чтения. Боспор киммерийский и варварский мир в период античности и средневековья. - Керчь, 2006. - С. 79-84.
48. Голеусов П.В. Оценка ренатурационного потенциала техногенных геосистем для цели их экологической реставрации // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: Материалы II Междунар. науч. конф. - Белгород, 12-15 окт. 2006 г. - М.;
Белгород: Изд-во БеГУ, 2006. - С. 26-28.
49. Голеусов П.В. Дисбаланс антропогенного нарушения и природного воспроизводства почвенного покрова // Проблемы древнего земледелия и эволюции почв в лесных и степных ландшафтах Европы: материалы Междунар.
науч. семинара. - Белгород, 19-21 октября 2006 г. - Белгород: Изд-во БеГУ, 2006. - С. 141-142.
50. Голеусов П.В., Афанасьев Е.Г. Эколого-генетические аспекты формирования почвенного покрова в техногенных ландшафтах // Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты: Мат. Межд. научной конф. Санкт-Петербург, 2007. - С. 193-196.
51. Голеусов П.В. Воспроизводство почв в залежных режимах ренатурации агрогенно нарушенных экосистем // Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии: Сборник докладов Всерос. науч.практ. конференции. - Курск, 11-13 сентября 2007 г. - Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2007. - С. 340-342.
52. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Онтогенетические закономерности воспроизводства почв в антропогенных ландшафтах лесостепи // Организация почвенных систем. Методология и история почвоведения: Труды II Национальной конференции с международным участием Проблемы истории, методологии и философии почвоведения. - г. Пущино, 5-9 ноября, 2007 г. / Научные редакторы И.В. Иванов и В.Е. Приходько; Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. - Пущино, 2007. - Том 1. - С. 56-59.
53. Голеусов П.В. Афанасьев Е.Г. Использование пространственных моделей почвенного покрова в экологической реставрации нарушенных земель // Вiдновлення порушених природних екосистем: Матерiали Третьо мiжнародно науково конференцi (м. Донецьк, 7-9 жовтня 2008 р.). - Донецк, 2008. - С. 135-138.
54. Голеусов П.В. Афанасьев Е.Г. Пространственное распределение почвенных свойств в пластике рельефа техногенных поверхностей // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: Материалы III Междунар. науч. конф. 20-24 октября 2008 г. - М.; Белгород: Изд-во БеГУ, 2008. - В 3. ч. - Ч. 2. - С. 19-23.
55. Лисецкий Ф.Н., Дегтярь О.В., Чепелев О.А., Голеусов П.В., Варрельманн Ю., Колер Г. Закономерности самовосстановления и перспективы реставрации почвенно-растительного покрова в техногенно нарушенных ландшафтах // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: Материалы III Междунар. науч. конф. 20-24 октября 2008 г. - М.; Белгород: Изд-во БеГУ, 2008. - В 3. ч. - Ч. 2. - С. 51-55.
56. Голеусов П.В. Варианты регенерации почв при механическом нарушении земной поверхности // Эволюция почвенного покрова. История идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы / Отв. Редакторы И.В. Иванов, Л.С.
Песочина. - Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. - Пущино, 2009. - С. 258-259.
57. Голеусов П.В. Структура фитомассы и воспроизводство почв в травяных экосистемах на антропогенных насыпях // Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем : материалы Международной научной конференции (г. Михайловск, 16Ц17 июня 2010 г.) / ГНУ Ставропольский НИИСХ Россельхозакадемии. - Ставрополь : АГРУС, 2010. - С. 109-111.
58. Голеусов П.В. Афанасьев Е.Г., Толкачева А.А., Юрьева М.Н. Пространственная дифференциация почвенно-растительного покрова при самовосстановлении экосистем с техногенно нарушенным рельефом // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: Материалы IV Междунар. науч. конф. 11-14 октября 2010 г. - М.;
Белгород: КОНСТАНТА, 2010. - С. 38-41.
59. Голеусов П.В., Афанасьев Е.Г. Рецентное почвообразование на техногенных поверхностях в лесостепной и степной зонах: онтогенетические и экологические аспекты // Биосферные функции почвенного покрова: Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. - Пущино: SYNCHROBOOK, 2010. - С. 78-79.
60. Голеусов П.В. Диагностика потенциала воспроизводства почвы в антропогенно нарушенных ландшафтах // Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России: Материалы Международной научной конференции. / Под ред. Б.Ф. Апарина. г. Санкт-Петербург.
1-4 марта 2011 г. - СПб.: Издательский дом С.-Петербургского государственного университета, 2011. - С. 372-374.
61. Голеусов П.В., Чепелев О.А. Вариант оценки регенерационного потенциала почвообразования в Центрально-Черноземном регионе // Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике: Материалы II Меж дународной научно-практической конференции молодых ученых. 10-13 октября 2011 г. - Белгород: ПОЛИТЕРРА, 2011. - С. 20-22.
Статьи в энциклопедиях :
62. Голеусов П.В. Почвообразовательный потенциал материнских пород // Атлас Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области. - Белгород, 2005. - С. 60-61.
Охранные документы на объекты интеллектуальной собственности:
1. Атлас Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области / Ф.Н. Лисецкий, С.В. ЛукинЕ П.В. Голеусов и др. Свидетельство об официальной регистрации базы данных №2005620231. Зарег. в Реестре баз данных 26.08.2005 г.
2. База данных эколого-геохимического обследования территории Курской магнитной аномалии (в границах Губкинского и Старооскольского районов Белгородской области) / Ф.Н. Лисецкий, П.В. Голеусов, А.В. Свиридова и др. Свидетельство об официальной регистрации базы данных №2006620102.
Зарег. в Реестре баз данных 07.04.2006 г.
3. База данных регионального кадастра эталонных, редких, уникальных и исчезающих почв / Ф.Н. Лисецкий, П.В. Голеусов. Свидетельство об официальной регистрации базы данных №2008620296. Зарег. в Реестре баз данных 05.08 2008 г.
4. База почвенно-хронологических данных / Ф.Н. Лисецкий, П.В. Голеусов, О.А. Чепелев, Е.Г. Афанасьев. Свидетельство об официальной регистрации базы данных № 2010620434. Зарег. в Реестре баз данных 16.08.2010 г.