МОНИТОРИНГ ЭКОСИСТЕМ АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО РЕГИОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДДЗ
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО
РЕГИОНА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН 7
1.1 ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 7
1.2 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И РЕЛЬЕФ 9
1.3 КЛИМАТ 12
1.4 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ 15
1.5 ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ 23
1.6 РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ 29
1.7 ЛАНДШАФТЫ АРАЛО-СЫРДАРИНСКОГО РЕГИОНА 37
2 МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО РЕГИОНА 40
2.1 ТИПЫ ЭКОСИСТЕМ ИЗУЧАЕМОГО РЕГИОНА 40
2.2 МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДИКИ «КАГИС» 50
2.2.1 Перечень индикаторов и сроки наблюдений 51
2.2.2 Этапы работ 55
2.2.3 Сравнительный анализ карт экосистем исследуемого региона за 10 лет 58
2.3 ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ 59
3. ПРОБЛЕМЫ ОПУСТЫНИВАНИЯ И ДЕГРАДАЦИИ ЗЕМЕЛЬ АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО РЕГИОНА. ОЦЕНКА И ПУТИ РЕШЕНИЯ 69
3.1 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА 69
3.2 РАСТИТЕЛЬНОСТЬ И ЛЕСОПОСАДКИ НА ОСУШЕННОМ ДНЕ АРАЛЬСКОГО МОРЯ И ПРИАЛЬЕ 73
3.3 СТРАТЕГИИ ПО БОРЬБЕ С ОПУСТЫНИВАНИЕМ И ДЕГРАДАЦИЕЙ ЗЕМЕЛЬ РЕГИОНА 77
3.4 СОЗДАНИЕ «ЗЕЛЕНОГО ПОЯСА» ВДОЛЬ ВОСТОЧНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ АРАЛА 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 87
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО
РЕГИОНА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН 7
1.1 ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 7
1.2 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И РЕЛЬЕФ 9
1.3 КЛИМАТ 12
1.4 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ 15
1.5 ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ 23
1.6 РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ 29
1.7 ЛАНДШАФТЫ АРАЛО-СЫРДАРИНСКОГО РЕГИОНА 37
2 МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО РЕГИОНА 40
2.1 ТИПЫ ЭКОСИСТЕМ ИЗУЧАЕМОГО РЕГИОНА 40
2.2 МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДИКИ «КАГИС» 50
2.2.1 Перечень индикаторов и сроки наблюдений 51
2.2.2 Этапы работ 55
2.2.3 Сравнительный анализ карт экосистем исследуемого региона за 10 лет 58
2.3 ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ 59
3. ПРОБЛЕМЫ ОПУСТЫНИВАНИЯ И ДЕГРАДАЦИИ ЗЕМЕЛЬ АРАЛО-СЫРДАРИИНСКОГО РЕГИОНА. ОЦЕНКА И ПУТИ РЕШЕНИЯ 69
3.1 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА 69
3.2 РАСТИТЕЛЬНОСТЬ И ЛЕСОПОСАДКИ НА ОСУШЕННОМ ДНЕ АРАЛЬСКОГО МОРЯ И ПРИАЛЬЕ 73
3.3 СТРАТЕГИИ ПО БОРЬБЕ С ОПУСТЫНИВАНИЕМ И ДЕГРАДАЦИЕЙ ЗЕМЕЛЬ РЕГИОНА 77
3.4 СОЗДАНИЕ «ЗЕЛЕНОГО ПОЯСА» ВДОЛЬ ВОСТОЧНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ АРАЛА 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 87
Актуальность. В современных условиях глобального изменения климата, нерационального водопользования и интенсивной хозяйственной деятельности актуальна проблема сохранения естественных экосистем и биоразнообразия в долинах и дельтах рек полупустынной и пустынной зон. Наземные экосистемы аридных регионов очень уязвимы. Даже небольшие изменения окружающей среды могут вызвать необратимую смену состава и структуры их компонентов, в результате чего они утрачивают свою научную, социальную и экономическую значимость.
В настоящее время общая экологическая ситуация в Арало-Сырдариинском регионе характеризуется интенсификацией процессов опустынивания, вследствие понижения уровня Аральского моря и изменения гидрологического режима впадающих в него рек.
Стоить отметить, что процессы опустынивания в исследуемом регионе приводят к еще одной немаловажной проблеме, такой как перенос пыли и соли на соседние территории. Все это еще больше усугубляет экологическую ситуацию в Республике Казахстан. Для решения данной проблемы на исследуемой территории необходимо регулярный мониторинг процессов опустынивания и оптимальное развитие экосистем. В связи с этим актуально с помощью данных дистанционного зондирования (ДДЗ), а именно космического мониторинга, отслеживать динамику и тем самым вовремя применять необходимые меры. Для более точного понимания экологической обстановки в регионе необходимо проводить анализ полученных данных за разные отрезки времени.
Для планирования природоохранных мероприятий и выбора оптимальных, с хозяйственной точки зрения, решений необходимы данные о состоянии компонентов биоты. Растительность является наиболее информативным индикатором. Оценка ее состояния с площадными показателями и картографическим обеспечением является составной частью проектных материалов и имеет большое социально-экономическое значение для поддержания в устойчивом состоянии экосистем.
Объект исследования - Арало-Сырдариинский регион.
Предмет исследования - процессы опустынивания и экосистемы Арало- Сырдариинского региона.
Целью исследования является анализ динамики экосистем Арало- Сырдариинского региона, в том числе растительности.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
• Рассмотреть природные условия региона и проблемы, связанные с опустыниванием, а также выявить индикаторы опустынивания;
• Изучить экосистемы региона и составить их упрощенную классификацию;
• Изучить методику космического мониторинга и подобрать индикаторы опустынивания;
• Составить карты экосистем региона за 2010 и 2020 годы и провести их сравнительный анализ (в программах ArcGIS 10 (ESRI Inc.), ENVI, ERDAS);
• Построить детальную карту растительности Арало-Сырдариинского региона (программное обеспечение: ArcMAP 10, ENVI 4.2, ERDAS Imagine 8.3).
Фактический материал и информационная база. В основу диссертационной работы положен материал, полученный автором при анализе литературных источников, а также материалы полевых исследований, предоставленные центром космического зондирования и ГИС - «TERRA».
В исследовании нами были использованы: топографические карты, а также имеющиеся геологические, почвенные и ландшафтные карты территории; разновременные космические снимки Landsat за 2009-2020 года. Для построения карт использовалось следующее программное обеспечение: полнофункциональный программный комплекс ArcGIS 10 (ESRI Inc.), ENVI. ERDAS.
Методы исследования, используемые в работе: сравнительно-географический, описательный, картографический, системный, методы геоинформационного картографирования, дешифрирование космических снимков.
Научная новизна работы:
1. На основе полевых исследований составлена классификация современных экосистем Арало-Сырдариинского региона;
2. С помощью методики космического мониторинга были составлены карты экосистем региона за 2010 г. и 2020 г. и проведен их сравнительный анализ;
3. На основе предоставленных полевых исследований центром зондирования TERRA была составлена среднемасштабная карта растительности изучаемого региона.
Защищаемые положения:
1. Анализ данных дистанционного зондирования показал, что десятилетний период (2010-2020 гг.) реализации проектов по борьбе с опустыниванием и деградацией земель в Арало-Сырдариинском регионе не принес значимых результатов: подвижные пески все так же распространены на больших территориях и засоленные земли покрыты очень редкой растительностью.
2. Потенциал самовосстановления растительного покрова очень низок, современная динамика растительности преимущественно имеет характер антропогенных сукцессий.
Личный вклад автора заключается в формировании цели и задачи исследования, обработке фактического материала. Автором составлены две карты экосистем региона за 10 лет, составлен полноценный сравнительный анализ на основе исследования литературных источников и реализованных проектов. На основе представленных полевых исследований центром TERRA, изучении картографического материала и на основе космических снимков Landsat, автором была составлена карта растительности.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что представленные в исследовательской работе материалы могут быть использованы для практических целей, в частности планирования хозяйственного использования (сенокосы, пастбища, охотугодья и т.д.), реализации мероприятий по восстановлению растительности, экологическим пропускам воды. Для системного мониторинга необходимы данные по площадям хозяйственно-ценных угодий.
Публикации по теме исследования. По теме диссертации опубликована статья в научном журнале «Студенческий вестник» : Кучина В.К. Мониторинг опустынивания и деградации земель Арало-Сырдариинского региона // Студенческий вестник: электрон. научн. журн. 2021. №17 (162) - Ч.4. С. 58-61.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 3 глав, введения, заключения и включает в себя 90 страниц, 36 рисунков, 3 таблицы. Список использованных источников и литературы составляет 47 источников.
Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю - Квасниковой Зое Николаевне; зав. каф. географии: Евсеевой Нине Степановне за помощь в работе; центру космического зондирования и ГИС-TERRA за предоставленные материалы и помощь в построении карт, Хромых Вадиму Валерьевичу и Хромых Оксане Владимировне за базовые знания ГИС программ и умением их использования.
В настоящее время общая экологическая ситуация в Арало-Сырдариинском регионе характеризуется интенсификацией процессов опустынивания, вследствие понижения уровня Аральского моря и изменения гидрологического режима впадающих в него рек.
Стоить отметить, что процессы опустынивания в исследуемом регионе приводят к еще одной немаловажной проблеме, такой как перенос пыли и соли на соседние территории. Все это еще больше усугубляет экологическую ситуацию в Республике Казахстан. Для решения данной проблемы на исследуемой территории необходимо регулярный мониторинг процессов опустынивания и оптимальное развитие экосистем. В связи с этим актуально с помощью данных дистанционного зондирования (ДДЗ), а именно космического мониторинга, отслеживать динамику и тем самым вовремя применять необходимые меры. Для более точного понимания экологической обстановки в регионе необходимо проводить анализ полученных данных за разные отрезки времени.
Для планирования природоохранных мероприятий и выбора оптимальных, с хозяйственной точки зрения, решений необходимы данные о состоянии компонентов биоты. Растительность является наиболее информативным индикатором. Оценка ее состояния с площадными показателями и картографическим обеспечением является составной частью проектных материалов и имеет большое социально-экономическое значение для поддержания в устойчивом состоянии экосистем.
Объект исследования - Арало-Сырдариинский регион.
Предмет исследования - процессы опустынивания и экосистемы Арало- Сырдариинского региона.
Целью исследования является анализ динамики экосистем Арало- Сырдариинского региона, в том числе растительности.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
• Рассмотреть природные условия региона и проблемы, связанные с опустыниванием, а также выявить индикаторы опустынивания;
• Изучить экосистемы региона и составить их упрощенную классификацию;
• Изучить методику космического мониторинга и подобрать индикаторы опустынивания;
• Составить карты экосистем региона за 2010 и 2020 годы и провести их сравнительный анализ (в программах ArcGIS 10 (ESRI Inc.), ENVI, ERDAS);
• Построить детальную карту растительности Арало-Сырдариинского региона (программное обеспечение: ArcMAP 10, ENVI 4.2, ERDAS Imagine 8.3).
Фактический материал и информационная база. В основу диссертационной работы положен материал, полученный автором при анализе литературных источников, а также материалы полевых исследований, предоставленные центром космического зондирования и ГИС - «TERRA».
В исследовании нами были использованы: топографические карты, а также имеющиеся геологические, почвенные и ландшафтные карты территории; разновременные космические снимки Landsat за 2009-2020 года. Для построения карт использовалось следующее программное обеспечение: полнофункциональный программный комплекс ArcGIS 10 (ESRI Inc.), ENVI. ERDAS.
Методы исследования, используемые в работе: сравнительно-географический, описательный, картографический, системный, методы геоинформационного картографирования, дешифрирование космических снимков.
Научная новизна работы:
1. На основе полевых исследований составлена классификация современных экосистем Арало-Сырдариинского региона;
2. С помощью методики космического мониторинга были составлены карты экосистем региона за 2010 г. и 2020 г. и проведен их сравнительный анализ;
3. На основе предоставленных полевых исследований центром зондирования TERRA была составлена среднемасштабная карта растительности изучаемого региона.
Защищаемые положения:
1. Анализ данных дистанционного зондирования показал, что десятилетний период (2010-2020 гг.) реализации проектов по борьбе с опустыниванием и деградацией земель в Арало-Сырдариинском регионе не принес значимых результатов: подвижные пески все так же распространены на больших территориях и засоленные земли покрыты очень редкой растительностью.
2. Потенциал самовосстановления растительного покрова очень низок, современная динамика растительности преимущественно имеет характер антропогенных сукцессий.
Личный вклад автора заключается в формировании цели и задачи исследования, обработке фактического материала. Автором составлены две карты экосистем региона за 10 лет, составлен полноценный сравнительный анализ на основе исследования литературных источников и реализованных проектов. На основе представленных полевых исследований центром TERRA, изучении картографического материала и на основе космических снимков Landsat, автором была составлена карта растительности.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что представленные в исследовательской работе материалы могут быть использованы для практических целей, в частности планирования хозяйственного использования (сенокосы, пастбища, охотугодья и т.д.), реализации мероприятий по восстановлению растительности, экологическим пропускам воды. Для системного мониторинга необходимы данные по площадям хозяйственно-ценных угодий.
Публикации по теме исследования. По теме диссертации опубликована статья в научном журнале «Студенческий вестник» : Кучина В.К. Мониторинг опустынивания и деградации земель Арало-Сырдариинского региона // Студенческий вестник: электрон. научн. журн. 2021. №17 (162) - Ч.4. С. 58-61.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 3 глав, введения, заключения и включает в себя 90 страниц, 36 рисунков, 3 таблицы. Список использованных источников и литературы составляет 47 источников.
Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю - Квасниковой Зое Николаевне; зав. каф. географии: Евсеевой Нине Степановне за помощь в работе; центру космического зондирования и ГИС-TERRA за предоставленные материалы и помощь в построении карт, Хромых Вадиму Валерьевичу и Хромых Оксане Владимировне за базовые знания ГИС программ и умением их использования.
Опустынивание - очень сложная многовекторная проблема, которая происходит под действием климатических и антропогенных факторов. Исследование этой проблемы должно сопровождаться комплексным изучением сложного взаимодействия физических, биологических, политических, социальных, культурных и экономических факторов, включая полномасштабный анализ дистанционного изучения территории.
На сегодняшний день благодаря космическому мониторингу можно фиксировать процессы опустынивания и деградации земель на ранней стадии. А так же увидеть изменения окружающей среды при сравнении снимков за предыдущие годы. Даже небольшие изменения окружающей среды могут вызвать необратимую смену состава и структуры их компонентов, в результате чего они утрачивают свою научную, социальную и экономическую значимость. Дистанционное зондирование не только способствует проведению регулярных наблюдений за современным состоянием опустынивания и деградации земель, но и позволяет более точно зафиксировать произошедшие изменения в пространстве и конкретных экосистемах. В частности, в любой момент можно произвести сравнительный анализ космических снимков, выполненных в предыдущие годы или в прошедшие десятилетия.
Анализируя полученные результаты данных дистанционного зондирования нами были сделаны следующие выводы:
3. За 10 лет непрерывных исследований территории и реализованных проектов мы наблюдаем не очень значительные изменения. Подвижные пески все так же распространены на больших территориях и засоленные земли так же покрыты очень редкой растительностью. Деградированные экосистемы очень медленно восстанавливаются. И человеку, как главному виновнику сложившейся ситуации нужно помочь ей. Из этого следует что выбранные методы реализованных проектов не достаточно эффективны в данном регионе и следует приложить больше усилий в исследовании территории и подбору методов восстановления экосистем. Так как изучаемый регион является главным очагом опустынивания в Казахстане, а также источником распространения соле-пылевых частиц на огромные территории, следует увеличить финансирование для решения такой глобальной проблемы.
4. При детальном анализе составленной растительной карты Арало- Сырдариинского региона нужно отметить, что современная динамика растительности преимущественно имеет характер антропогенных сукцессий. Потенциал самовосстановления очень низок, поэтому без специальных комплексных мероприятий восстановить и сохранить биоразнообразие невозможно.
5. Изучение ботанического разнообразия и характерных особенностей растительности региона необходимо для разработки новых и эффективных подходов к ее охране. Восстановление тугайных лесов как экосистемы возможно лишь путем разработки комплексной стратегии, включающей рациональное водопользование, регулирование сроков поверхностного затопления, нормирование антропогенных нагрузок.
Чтобы прийти к пониманию непосредственных значений степени засоления почвогрунтов или детальной оценке флуктуаций проективного покрытия конкретных сообществ растительности естественных кормовых угодий на основе данных дистанционного зондирования, необходимо внедрение настоящей методики в практику государственных учреждений, занимающихся гидрогеологическими мелиоративными изысканиями, гидрометеорологическим, агрометеорологическим, агротехническим и комплексным мониторингом земель.
На сегодняшний день благодаря космическому мониторингу можно фиксировать процессы опустынивания и деградации земель на ранней стадии. А так же увидеть изменения окружающей среды при сравнении снимков за предыдущие годы. Даже небольшие изменения окружающей среды могут вызвать необратимую смену состава и структуры их компонентов, в результате чего они утрачивают свою научную, социальную и экономическую значимость. Дистанционное зондирование не только способствует проведению регулярных наблюдений за современным состоянием опустынивания и деградации земель, но и позволяет более точно зафиксировать произошедшие изменения в пространстве и конкретных экосистемах. В частности, в любой момент можно произвести сравнительный анализ космических снимков, выполненных в предыдущие годы или в прошедшие десятилетия.
Анализируя полученные результаты данных дистанционного зондирования нами были сделаны следующие выводы:
3. За 10 лет непрерывных исследований территории и реализованных проектов мы наблюдаем не очень значительные изменения. Подвижные пески все так же распространены на больших территориях и засоленные земли так же покрыты очень редкой растительностью. Деградированные экосистемы очень медленно восстанавливаются. И человеку, как главному виновнику сложившейся ситуации нужно помочь ей. Из этого следует что выбранные методы реализованных проектов не достаточно эффективны в данном регионе и следует приложить больше усилий в исследовании территории и подбору методов восстановления экосистем. Так как изучаемый регион является главным очагом опустынивания в Казахстане, а также источником распространения соле-пылевых частиц на огромные территории, следует увеличить финансирование для решения такой глобальной проблемы.
4. При детальном анализе составленной растительной карты Арало- Сырдариинского региона нужно отметить, что современная динамика растительности преимущественно имеет характер антропогенных сукцессий. Потенциал самовосстановления очень низок, поэтому без специальных комплексных мероприятий восстановить и сохранить биоразнообразие невозможно.
5. Изучение ботанического разнообразия и характерных особенностей растительности региона необходимо для разработки новых и эффективных подходов к ее охране. Восстановление тугайных лесов как экосистемы возможно лишь путем разработки комплексной стратегии, включающей рациональное водопользование, регулирование сроков поверхностного затопления, нормирование антропогенных нагрузок.
Чтобы прийти к пониманию непосредственных значений степени засоления почвогрунтов или детальной оценке флуктуаций проективного покрытия конкретных сообществ растительности естественных кормовых угодий на основе данных дистанционного зондирования, необходимо внедрение настоящей методики в практику государственных учреждений, занимающихся гидрогеологическими мелиоративными изысканиями, гидрометеорологическим, агрометеорологическим, агротехническим и комплексным мониторингом земель.
