Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

В условиях роста активности экзогенных процессов и антропогенного освоения новых территорий возникает необходимость комплексного изучения закономерностей существования склоновых экологических систем. В различных климатических зонах в зависимости от грунтов, почв, почвообразующих пород, растительности, бионты и других элементов рельефа подходы к оценке устойчивости склоновых экологических систем не одинаковые. В данной работе экологической системой склонов называется «любое единство, включающее все организмы на данном участке склона и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённую трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (обмен веществами и энергией между биотической и абиотической частями) внутри системы» [3]. Любая местность, где имеются склоны, состоит из зон выноса, переноса и аккумуляции, границы которых меняются для каждого переносимого компонента в зависимости от его подвижности, крутизны и протяженности. Данные процессы происходят как на простых ландшафтах, так и на крупных геоморфологических подразделениях [8]. Устойчивость экологических систем, нередко рассматриваемая как синоним стабильности системы,часто ассоциируется отсутствием каких-либо значительных изменений [5]. В своем развитии она имеет, как внутренние, так и внешние границы, внутри которой постоянно происходят определенные изменения. В работах [1, 6] и других приводятся определения понятия устойчивости. По результатам изучения устойчивости лесных экосистем И.В. Таран определил устойчивость как «способность экосистем сохранять свои позиции, структуру и характер функционирования в пространстве и во времени при изменяющихся условиях среды, в том числе и под влиянием антропогенных факторов» [7].

Многие исследователи нацелены на создание комплексной системы оценки устойчивости [2, 4]. Данное стремление не всегда позволяет правильно оценить особенности устойчивости отдельных элементов экологической системы. Проблема устойчивости, несмотря на кажущуюся простоту, остается чрезвычайно сложной и недостаточно изученной. В динамических экологических системах постоянно происходят изменения, связанные как с колебаниями факторов среды, так и постепенным повышением стрессоустойчивости живых организмов и стабилизацией видово го состава.

Поэтому изучение динамики, познание факторов, влияющих на устойчивость экологических систем склонов, являются актуальной задачей.

Материалы и методы исследования

Нами исследованы склоны на территориях Чувашской Республики, Республики Татарстан и Ульяновской области по комплексу показателей, с помощью которых можно провести оценку устойчивости экологических систем экзогенного типа. Понимание устойчивости склоновых экологических систем нас интересовало в первую очередь, с точки зрения выявления типов воздействия и реакции системы на эти воздействия для разработки мероприятий, повышающих устойчивость системы. Комплексную оценку устойчивости склоновых экологических систем можно выразить следующей формулой:

S= (R₁ + R ₂ + R₃ + R₄ ) / 4

При диагностике устойчивости склонов экзогенного происхождения учитывали степень динамического состояния склона (R1), коэффициент деформированности ландшафта (грунта) (R2), проективное покрытие растительности (R3) и коэффициент однородности растительного покрова (R4).

Результаты исследования и их обсуждение

Расчет устойчивости склонов по показателю динамического состояния проводили путем определения запаса устойчивости – R1. При анализе механических свойств грунтов определяют коэффициент запаса устойчивости грунтов путем отношения суммы сил, удерживающих склон в устойчивом состоянии (С₁) к сумме сил, нарушающих это состояние (С). Устойчивость склона считается обеспеченной, если коэффициент запаса устойчивости больше нормативного коэффициента, равного 1,1… 1,3. Результаты изучения коэффициента запаса устойчивости приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения коэффициента запаса устойчивости склонов

Анализ табл. 1 показывает, что коэффициент запаса устойчивости всех изученных склонов ниже нормативного значения.

В качестве основных характеристик грунтов в отечественной и мировой практике используются показатели, соответствующие параметрам линейно-деформируемой среды – модуль деформации. В ряде работ [9, 10] обращается внимание на то, что модуль деформации реальных грунтов зависит от большого числа факторов, в том числе истории уплотняющих нагрузок (недоуплотненные, нормально уплотненные, переуплотненные грунты), условий дренирования, направлений действия напряжений. Показатель модуля деформации динамических грунтов может характеризовать общее структурное сцепление структуры и тела грунтов. Известно, что модули деформации зависят не только от вида грунта, но и уровня его деформации. Основываясь на уровне деформации сдвига модули могут быть классифицированы на трех стадиях: малой деформации, средней деформации и большой деформации [10]. Деформации на первой стадии полностью восстановимы. Модули начинают уменьшаться во второй стадии. Третья стадия соответствует большим деформациям, в которой модули продолжают уменьшаться. Ниже приводим результаты определения модуля деформации и сравнение этих значений с нормативными значениями модулей деформации суглинистых грунтов изученных районов (табл. 2).

Таблица 2

Значения модулей деформации суглинистых грунтов

По показателю деформации грунтов на склонах можно сделать вывод, что изученные склоны имеют значения модуля деформации, превышающие нормативные значения, что говорит о подвижности склонов и деформации структуры грунта.

Коэффициент однородности структуры растений определяется условно постоянством видов растений на склоне. Результаты изучения сукцессии показывают, что в процессе формирования склона после экзогенных процессов происходит постоянное изменения видового разнообразия. Численность видов увеличивается в зависимости от степени разрушенности первичного фитоценоза, и стабильность видов наступает в разное время. Однородность структур растений – показатель, характеризующийся выравненностью фитоценоза по живой массе. В условиях склоновых экологических систем вычисляется коэффициент однородности путем соотношения массы травяного покрова на разных участках склона к массе травяного покрова контрольного (ровного) участка. Структура считается однородной, если коэффициент находится на уровне 0,6 и выше.

Устойчивость склона по качеству травяного покрова можно характеризовать такими показателями как проективное покрытие, густота травостоя и прочность дернины. Проективное покрытие оценивается по шкале Браун-Бланке: 1 балл – до 5 %, 2 – 5–25 %, 3 – 25–50 %, 4 – 50–75 % и 5 – 75–100 %. Для дифференциации оценки устойчивости и приведения в единую систему нами предлагается проценты Браун-Бланке перевести в коэффициенты и соответственно шкала выглядит следующим образом: 1 балл –до 0,1; 2 балла – от 0,1 до 0,3; 3 балла – от 0,3 до 0,5; 4 балла – от 0,5 до 0,7 и 5 баллов от 0,7 до 1,0. Проективное покрытие определяется путем оценки площади травяного покрова в долях от общей площади склона. Ввиду того, что склоны имеют различную крутизну и направленность, определение проективного покрытия в долях от площади склона наиболее объективное. По данным наших наблюдений, в ландшафтных районах экзогенные процессы почти отсутствуют на склонах при коэффициенте проективного покрытия 0,7 и более, при уклоне склона до 40 градусов. Используя коэффициент проективного покрытия, можно оценивать устойчивость склоновых экологических систем экзогенного типа по табл. 3.

Таблица 3

Оценка устойчивости экзогенного склона по коэффициенту проективного покрытия травостоя

При определении качества дернового слоя почвы можно подсчитывать количество побегов травянистых растений. При этом, в зависимости от густоты травостоя, в почве формируется определенная структура, позволяющая связывать почву в единый монолит. Во многих работах [11, 12] доказано, что количество корневой массы прямо пропорционально числу побегов.

Количество побегов подсчитывали на пробных площадках размером 20×20 см в нескольких местах склона. Характерным признаком при изучении числа побегов травянистой растительности является проективное покрытие. Чем больше процент проективного покрытия, тем меньше закладывают площадки для изучения. При равномерном травяном покрытии и однородности фитоценоза достаточно определение количества побегов на разных участках склона на площади от 80 до 120 кв. см. На изучаемой территории по схеме конверта выделяют участки для изучения и подсчитывают число побегов внутри квадрата, ограниченного деревянной рамкой. Данные по определению числа побегов травянистой растительности на склонах разной экспозиции и распределение склонов по устойчивости приведе ны в табл. 4.

Таблица 4

Оценка устойчивости экзогенного склона по количеству побегов трав (шт.)

Склоны любой ориентации должны иметь не менее 140 побегов трав на пробной площадке (400 кв. см.) для их отнесения к группе устойчивых.

Таким образом, устойчивость склоновых экологических систем можно оценивать разными подходами. Общую интегральную оценку устойчивости склоновых экологических систем производят суммированием полученных коэффициентов и делением на количество показателей. При этом среднее значение коэффициента устойчивости не может быть ниже значения 0,6.

Рецензенты:

Захаров К.К., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой социальной экологии и экологического права Филиала Российского государственного социального университета, г. Чебоксары;

Васильев О.А., д.б.н., профессор кафедры землеустройства, кадастра и почвоведения Чувашской государственной сельскохозяйственной академии, г. Чебоксары.

Работа поступила в редакцию 02.09.2014.