Геоэкологические исследования ландшафтов
Авторы: Митина Н.Н.
Прибрежные области морей и океанов подвергаются все более усиливающемуся антропогенному воздействию. Хозяйственная деятельность на берегах и водосборах впадающих рек и использование их водных ресурсов, навигация и аварии судов, добыча на шельфе полезных ископаемых, рыболовство, рекреация, глобальные и региональные изменения климата не могут не вносить изменения в природу прибрежных областей и, следовательно, в процессы формирования и динамики их ландшафтов.
Возникает необходимость оценить эти изменения и по возможности предсказать состояние подводных ландшафтов в будущем. В ряде случаев такие оценки можно сделать на основе экспериментальных наблюдений путем сравнения природных компонентов до и после антропогенного воздействия. Однако возможности таких оценок весьма ограничены в связи с дороговизной подводных исследований, сложностью строения мелководий как природного образования и многогранностью их использования. Основные перспективы развития исследования и предсказания поведения природных систем в условиях, не охваченных данными многолетнего комплексного мониторинга, связываются в настоящее время с количественными методами и математическим моделированием. Научной географической школой достигнуты значительные успехи в разработке методов комплексных физико-географических исследований подводных ландшафтов и их классификаций. Вместе с тем количественно устойчивость природных ландшафтов и стабилизирующая роль их отдельных компонентов, а также изменчивость подводных ландшафтов при антропогенных нагрузках и внешних воздействиях исследовались недостаточно. При этом в большинстве случаев количественные прогнозы изменения компонентов ландшафтов на длительный период оказываются невозможными из-за недостаточной информации о предполагаемых антропогенных изменениях региона и примыкающей к нему акватории. Как правило, приходится рассматривать лишь различные варианты (сценарии) предполагаемых изменений. Не обеспечивают необходимой для расчетов пространственно-временной детализации и современные модели климатических систем, в результате чего при моделировании состояния подводных ландшафтов приходится ориентироваться не на климатические прогнозы, а на построенные на их основе сценарии климата. В условиях недостатка данных большое значение приобретают исследования чувствительно¬сти подводных ландшафтов к возможным антропогенным изменениям климата. При этом уже не всегда обязательна высокая точность прогноза в целом, однако важна возможность предсказания неожиданных эффектов и качественных изменений ландшафтов прибрежных областей. В случае детальных комплексных исследований даже небольшого по площади, но разнообразного по природным условиям тестового полигона – акватории, когда исходной информации достаточно для морфологической классификации ландшафтов с применением количественных методов, задачи оценки чувствительности подводных ландшафтов к антропогенным воздействиям и прогнозирования изменений их компонентов в результате возможного изменения климата выполнимы.
В данной монографии обобщены результаты исследований структурных особенностей подводных ландшафтов тестового полигона мелководной зоны Японского моря, механизмов их переформирования, изменчивости и устойчивости при антропогенном воздействии и возможном изменении климата с целью разработки рекомендаций по восстановлению в случае деградации и рациональному хозяйственному использованию мелководной зоны бореальных морей. Исследования проводились в течение ряда лет в Морской партии Комплексной восточной экспедиции (КВЭ) Географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (в том числе комплексные исследования под руководством начальника ландшафтного отряда Н.Н. Митиной) и были продолжены автором в Институте водных проблем Российской академии наук. При подготовке разделов 3.1, 3.2, 3.3 и 3.6 использованы материалы КВЭ.
Исследование подводных ландшафтов морских мелководий имеет фундаментальное общенаучное значение с точки зрения познания единства географической среды, где взаимодействие "живой" и "косной" природы и непрекращающийся круговорот вещества и энергии подчиняются неизменным физико-географическим законам. Взаимопроникновение и взаимовлияние природных территориальных (ПТК), природных аквальных (ПАК) и донных природных (ДПК) комплексов осуществляется в пределах относительно узкой береговой зоны моря, где формируются самые сложные многокомпонентные природные территориально-аквальные, часто пресноводно-морские ландшафты экотонного типа. Зона морских мелководий распространяется на всю прибрежную часть шельфа и подразделяется по силе взаимодействия береговых и морских процессов на ряд более мелких ландшафтных структур, как правило, вытянутых вдоль линии берега.
Подобно другим экотонным системам, морские мелководья выполняют роль природных барьеров и являются зоной "экологического напряжения", где физические, химические и биологические процессы протекают особенно интенсивно. Общим признаком экотонов является "краевой эффект" – увеличение разнообразия и обилия организмов по сравнению со смежными биотопами и биоценозами. При всей своей ограниченности в пространстве морские мелководья выполняют глобальную роль воспроизводства как морских, так и пресноводных экосистем, являются основной биопродукционной зоной Мирового океана, где сосредоточены практически все мировые запасы рыбы и морепродуктов. Особенно важные репродуктивные области морских мелководий – устьевые области рек.
В то же время морские мелководья представляют собой области, в наибольшей степени испытывающие влияние загрязняющих веществ даже в районах, где береговая полоса промышленно не освоена и слабо заселена. Продукты загрязнения в этом случае поступают вместе с речным стоком, и его влияние на экосистемы устьевых областей рек оказывается существенным. Таким образом, морские мелководья являются и наиболее уязвимой частью глобальной гидроэкосистемы, потому что пространственное совпадение областей максимальных скоплений живых существ, находящихся преимущественно на ранних стадиях онтогенеза и повышенных значений концентраций токсикантов, представляет собой наибольшую угрозу и опасность для биоты. В результате хозяйственной деятельности человека изменяются один или несколько компонентов подводного ландшафта, при этом последствия таких изменений не всегда учитываются и недостаточно исследуются. Во многих регионах антропогенные изменения прибрежной зоны моря имеют гораздо больший масштаб, чем предполагалось ранее, и игнорирование этого может привести к крупным хозяйственным просчетам и экологическим катастрофам.
Помимо загрязнения прибрежных областей, антропогенные изменения состава атмосферы (увеличение СО2) все больше и с нарастающей скоростью влияют на климат Земли. Разработаны различные сценарии изменения климата на ближайшие 50–100 лет. Точность таких сценариев невысока, их пространственно-временное разрешение недостаточно для оценки изменений природных систем, однако при хозяйственном проектировании и планировании долгосрочного использования береговых и прибрежных объектов сама возможность изменений климата и вносимая ими неопределенность при оценке изменений характеристик ландшафтных компонентов уже не могут игнорироваться. В то же время современные методы проектирования и планирования использования прибрежных областей, как правило, основаны на предположении о постоянстве климата и параметров гидрологической системы, что намного проще, чем в случае определения характеристик антропогенного изменения.
Таким образом, расширение антропогенного воздействия на прибрежные области создает острую необходимость как в совершенствовании методов оценки масштабов изменений ландшафтных компонентов, так и в разработке методов определения пороговых уровней антропогенного воздействия, когда изменения в ландшафтах приобретут необратимый характер. Поэтому необходимость исследования природы морских мелководий весьма высока, и в связи со сложностью строения мелководий как природного образования и многогранностью их использования одним из наиболее перспективных подходов к решению этих задач представляется разработка методов оценки чувствительности подводных ландшафтов к антропогенным воздействиям и природным изменениям с помощью детального ландшафтного изучения даже небольшого по площади, но разнообразного по геоморфологическим, гидрологическим и экологическим условиям тестового полигона. С помощью количественного анализа данных детальных морфологических исследований подводных ландшафтов полигона, адекватно воспроизводящих разные физико-географические и экологические условия в каждой фации, удается выделить и оценить влияние отдельных антропогенных воздействий, что не всегда возможно при полевых исследованиях, рассмотреть эффект различного сочетания этих воздействий, установить критические значения, при которых возможно изменение основных механизмов, поддерживающих подводный ландшафт в состоянии устойчивости. В этих целях была привлечена наиболее последовательно разработанная B.C. Преображенским, Т.П. Куприяновой, Т.Д. Александровой [1980] теория устойчивости и изменчивости ландшафтных систем, основанная на поиске фактора–инварианта как показателя стабильности природной системы.
В данной монографии рассмотрены результаты изучения структурных особенностей подводных ландшафтов тестового полигона прибрежной зоны Японского моря до глубины 40 м, протяженностью 60 км, механизмов переформирования подводных ландшафтов, их изменчивости и устойчивости при антропогенном воздействии и возможном изменении климата. Эти результаты помогли разработать рекомендации по их восстановлению при деградации и рациональному хозяйственному использованию подводных ландшафтов прибрежных областей.
Береговая линия моря исследуемого участка мелководья ориентирована вдоль горной цепи, преимущественно северо-восточного простирания, которая, делая ряд плавных изгибов, образует несколько бухт, приуроченных к устьям малых рек. Репрезентативность выбранного тестового полигона определяется разнообразием форм абразионно-аккумулятивного бухтового рельефа береговой зоны, многообразием гидрологического и гидродинамического режима вод, ненарушенными рекреацией подводными биоценозами, малонаселенностью и практически неосвоенностью берега промышленными объектами, наличием в пределах полигона 12 малых рек (как загрязненных, так и фоновых), впадающих в море и формирующих различные по качеству воды и по размеру устьевые области, очаговым характером распределения загрязненных акваторий и наличием фоновых акваторий, которые при этом различаются гидрохимическим составом вод. Антропогенное воздействие проявляется в устьевых областях рек Рудной и Каменки, впадающих в исследуемое мелководье, в пределах водосборов которых имеются горно-перерабатывающие предприятия по обогащению полиметаллических руд. Воды перечисленных устьевых областей имеют повышенные концентрации Pb, Zn, Mo и других загрязняющих веществ. Таким образом, выбранный участок береговой зоны удобен для крупномасштабных ландшафтно-экологических исследований и репрезентативен для береговой зоны умеренных широт.
Одним из результатов этих исследований является обоснование морфологической классификации подводных ландшафтов морских мелководий, разработанной автором на основе обработки данных комплексного исследования ландшафтных профилей тестового полигона прибрежной зоны моря парным корреляционным анализом, включающим следующие параметры: геоморфологический тип берега, глубина (в м), гранулометрический состав донного грунта (в мм), результирующая скорость дрейфово-градиентных течений (в м/с), направление вдольбереговой составляющей дрейфово-градиентных течений, придонная температура вод (в °С), соленость поверхностных вод (в %,о), видовой состав массовых видов макрозоо- и макрофитобентоса.
Большое преимущество детальных физико-географических исследований тестовых полигонов заключается в том, что при анализе данных в закладываемых в матрицу параметрах компонентов ландшафтов сохраняется физическое содержание измеряемых характеристик морских мелководий. Это значительно упрощает выявление физического смысла ландшафтообразующих факторов, которые были определены при обработке методом главных компонент корреляционной матрицы, характеризующей основные компоненты ландшафта тестового полигона. В результате операции компоненты ландшафта, согласно взаимосвязям и значимости, объединились в группы компонентов, определяемые как ландшафтообразующие факторы. Таким образом, устанавливаются существенные характеристики подводных ландшафтов береговой зоны моря, которые в совокупности в значительной мере определяют основные особенности их функционирования. Однако при решении конкретных задач определения влияния антропогенного воздействия из-за множественности и разнородности источников антропогенного воздействия на ландшафт и загрязнения идентификация последствий какого-либо из воздействий связана с большими трудностями. Поэтому в большинстве случаев оказывается целесообразным исследование таких акваторий, где имеется фоновый участок и один существенный источник загрязнения либо несколько однородных источников, а остальные источники загрязнения имеют крайне незначительное воздействие или полностью исключаются. Изучение упрощенной экологической ситуации повышает достоверность отклика экосистемы на конкретное антропогенное воздействие, дает возможность смоделировать ситуацию отсутствия источника загрязнения и ситуацию площадного загрязнения акватории (без фоновых участков). Предложенный методический подход позволяет установить пороговые значения переформирования ландшафтообразующих факторов стабильного функционирования и динамики береговой зоны моря и обосновать прогнозные оценки их изменчивости при разных уровнях антропогенного воздействия.
Задание экологических характеристик морских мелководий обеспечивает отображение изменяющихся ландшафтообразующих факторов в условиях антропогенного загрязнения береговой зоны моря посредством изменений нагрузок в факторной матрице, отражающих изменчивость ландшафтов и саморегулирующую способность водной среды, стремящейся сохранить состояние устойчивости. В то же время в условиях незначительных антропогенных нагрузок расчет ландшафтообразующих факторов позволяет выявить неизменный фактор – фактор–инвариант как показатель способности ландшафта остаться в состоянии устойчивости под влиянием данных нагрузок. В данном случае фактор–инвариант характеризует гидрологию водных масс, следовательно, охрана вод является приоритетным направлением формирования природоохранных мероприятий, направленных на поддержание устойчивого функционирования подводного ландшафта при антропогенных нарушениях.
В наших исследованиях предполагалось, что к 2050 г. ожидается повышение среднегодовой температуры воздуха на 0,8–2,6 °С, что соответствует официальным данным Всемирной метеорологической организации [IPCC, 2001]. В результате этого потепления в исследуемом регионе ожидается увеличение объемов речного стока на 15–20 % [http://www.ipcc.ch (pub)]. Решение проблемы оценки чувствительности подводных ландшафтов к возможным изменениям климата может быть разделено на несколько задач: 1) оценка ожидаемых изменений видового состава макрофитобентоса в результате изменения температуры; 2) выражение изменения площадей аккумулятивных и ракушечных грунтов с помощью характеристик, отражающих изменение стока впадающих рек; 3) определение изменения площадей устьевых областей рек через изменение показателей солености поверхностных вод.
При решении большинства конкретных задач оценки пригодности акватории к хозяйственному освоению и выбора приоритетного направления ее использования возникает необходимость разработки концепции и методологии оценки природного ресурсного потенциала. Оценка частных ресурсных потенциалов по различным видам хозяйственной деятельности предполагает расчет оптимальных промышленных запасов дикорастущих водорослей различных видов, а также пригодность подводных ландшафтов разных рангов к сбору водорослей. Методика оценки подводных ландшафтов для создания мариферм по искусственному выращиванию водорослей и некоторых промысловых видов двустворчатых моллюсков основывается на разработке балльных шкал. В этом случае выбор приоритетного направления использования акватории проводится по максимальному количеству баллов. При оценке общего природного ресурсного потенциала ландшафтов морских мелководий следует учитывать, что потенциалы составляющих их компонентов имеют разную значимость, поскольку, согласно ландшафтной теории Н.А. Солнцева [1963], различные компоненты обладают неодинаковой силой воздействия друг на друга и разной степенью устойчивости во времени. Эта теория количественно была подтверждена на примере исследуемого ландшафта, и в соответствии с этим обоснованием стала возможной разработка шкалы баллов для ландшафтообразующих компонентов моря. Большинство расчетов, описанных в монографии, проводилось с помощью корреляционного и регрессионного анализов, а также метода главных компонент, где была возможность учесть антропогенное изменение характеристик прибрежной области моря.
Подводные ландшафты мелководной зоны моря представляют собой котонные системы, структуру которых составляют компоненты ландшафтов материка, берега и моря. Часто антропогенное загрязнение имеет очаговый характер, очаги приурочены к устьевым областям рек с загрязненными водами. Изменения в очагах соответствуют начальным стадиям деградации биоценозов, таким как снижение биоразнообразия, увеличение доминирующих видов. При начальных стадиях деградации в очагах, суммарная площадь которых составляет 20 % и менее, изменения в подводных ландшафтах мелководной зоны бореальных морей носят обратимый характер.
На основании определения основных ландшафтообразующих факторов мелководной зоны моря при отсутствии загрязнения, наличии очагов антропогенного загрязнения и слиянии очагов антропогенного загрязнения установлено, что в условиях загрязнения функциональные особенности природных комплексов береговой зоны моря претерпевают изменения. Меняются нагрузки в факторной матрице, что является отражением изменчивости ландшафтов при антропогенном стрессе. В ряду ландшафтообразующих факторов обнаружен фактор–инвариант, характеризующий гидрологический режим водных масс, неизменное присутствие которого во всех трех случаях демонстрирует саморегулирующую способность водной среды сохранить состояние устойчивости. Метод определения ландшафтообразующих факторов позволяет установить пороговые значения переформирования ландшафтов мелководной зоны моря и обосновать прогнозные оценки их изменчивости при разных уровнях антропогенного воздействия.
Вследствие возможного потепления климата и увеличения речного стока возрастет площадь устьевых областей рек, что благотворно скажется на биопродукционном потенциале мелководной зоны моря. Эта закономерность универсальна и будет прослеживаться во всех регионах, где в результате возможного потепления климата ожидается увеличение объемов речного стока в моря и океаны. Ожидаемые изменения объемов речного стока и абразии берегов приведут к увеличению твердого и биогенного стоков и изменению состава донных отложений в мелководной зоне. Возрастет площадь аккумулятивных равнин и илистых грунтов. Это приведет к изменению видового состава биоценозов, а следовательно, общего облика ДПК. Границы биогеографических округов переместятся к северу. Изменения подводных ландшафтов морских мелководий в результате антропогенных нагрузок носят очаговый характер, а трансформация подводных ландшафтов в результате возможного потепления климата приобретает площадной характер и затухает с глубиной, т.е. подчиняется общегеографическому закону вертикальной зональности.
Концепция оценки общего ресурсного потенциала строится на основе "вклада" каждого составляющего подводный ландшафт компонента, который оценивается по единой шкале баллов. Частные природно-ресурсные потенциалы ландшафтов морских мелководий определяются по ряду качественных и количественных показателей различных отраслей хозяйственного
Прибрежные области морей и океанов подвергаются все более усиливающемуся антропогенному воздействию. Хозяйственная деятельность на берегах и водосборах впадающих рек и использование их водных ресурсов, навигация и аварии судов, добыча на шельфе полезных ископаемых, рыболовство, рекреация, глобальные и региональные изменения климата не могут не вносить изменения в природу прибрежных областей и, следовательно, в процессы формирования и динамики их ландшафтов.
Возникает необходимость оценить эти изменения и по возможности предсказать состояние подводных ландшафтов в будущем. В ряде случаев такие оценки можно сделать на основе экспериментальных наблюдений путем сравнения природных компонентов до и после антропогенного воздействия. Однако возможности таких оценок весьма ограничены в связи с дороговизной подводных исследований, сложностью строения мелководий как природного образования и многогранностью их использования. Основные перспективы развития исследования и предсказания поведения природных систем в условиях, не охваченных данными многолетнего комплексного мониторинга, связываются в настоящее время с количественными методами и математическим моделированием. Научной географической школой достигнуты значительные успехи в разработке методов комплексных физико-географических исследований подводных ландшафтов и их классификаций. Вместе с тем количественно устойчивость природных ландшафтов и стабилизирующая роль их отдельных компонентов, а также изменчивость подводных ландшафтов при антропогенных нагрузках и внешних воздействиях исследовались недостаточно. При этом в большинстве случаев количественные прогнозы изменения компонентов ландшафтов на длительный период оказываются невозможными из-за недостаточной информации о предполагаемых антропогенных изменениях региона и примыкающей к нему акватории. Как правило, приходится рассматривать лишь различные варианты (сценарии) предполагаемых изменений. Не обеспечивают необходимой для расчетов пространственно-временной детализации и современные модели климатических систем, в результате чего при моделировании состояния подводных ландшафтов приходится ориентироваться не на климатические прогнозы, а на построенные на их основе сценарии климата. В условиях недостатка данных большое значение приобретают исследования чувствительно¬сти подводных ландшафтов к возможным антропогенным изменениям климата. При этом уже не всегда обязательна высокая точность прогноза в целом, однако важна возможность предсказания неожиданных эффектов и качественных изменений ландшафтов прибрежных областей. В случае детальных комплексных исследований даже небольшого по площади, но разнообразного по природным условиям тестового полигона – акватории, когда исходной информации достаточно для морфологической классификации ландшафтов с применением количественных методов, задачи оценки чувствительности подводных ландшафтов к антропогенным воздействиям и прогнозирования изменений их компонентов в результате возможного изменения климата выполнимы.
В данной монографии обобщены результаты исследований структурных особенностей подводных ландшафтов тестового полигона мелководной зоны Японского моря, механизмов их переформирования, изменчивости и устойчивости при антропогенном воздействии и возможном изменении климата с целью разработки рекомендаций по восстановлению в случае деградации и рациональному хозяйственному использованию мелководной зоны бореальных морей. Исследования проводились в течение ряда лет в Морской партии Комплексной восточной экспедиции (КВЭ) Географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (в том числе комплексные исследования под руководством начальника ландшафтного отряда Н.Н. Митиной) и были продолжены автором в Институте водных проблем Российской академии наук. При подготовке разделов 3.1, 3.2, 3.3 и 3.6 использованы материалы КВЭ.
Исследование подводных ландшафтов морских мелководий имеет фундаментальное общенаучное значение с точки зрения познания единства географической среды, где взаимодействие "живой" и "косной" природы и непрекращающийся круговорот вещества и энергии подчиняются неизменным физико-географическим законам. Взаимопроникновение и взаимовлияние природных территориальных (ПТК), природных аквальных (ПАК) и донных природных (ДПК) комплексов осуществляется в пределах относительно узкой береговой зоны моря, где формируются самые сложные многокомпонентные природные территориально-аквальные, часто пресноводно-морские ландшафты экотонного типа. Зона морских мелководий распространяется на всю прибрежную часть шельфа и подразделяется по силе взаимодействия береговых и морских процессов на ряд более мелких ландшафтных структур, как правило, вытянутых вдоль линии берега.
Подобно другим экотонным системам, морские мелководья выполняют роль природных барьеров и являются зоной "экологического напряжения", где физические, химические и биологические процессы протекают особенно интенсивно. Общим признаком экотонов является "краевой эффект" – увеличение разнообразия и обилия организмов по сравнению со смежными биотопами и биоценозами. При всей своей ограниченности в пространстве морские мелководья выполняют глобальную роль воспроизводства как морских, так и пресноводных экосистем, являются основной биопродукционной зоной Мирового океана, где сосредоточены практически все мировые запасы рыбы и морепродуктов. Особенно важные репродуктивные области морских мелководий – устьевые области рек.
В то же время морские мелководья представляют собой области, в наибольшей степени испытывающие влияние загрязняющих веществ даже в районах, где береговая полоса промышленно не освоена и слабо заселена. Продукты загрязнения в этом случае поступают вместе с речным стоком, и его влияние на экосистемы устьевых областей рек оказывается существенным. Таким образом, морские мелководья являются и наиболее уязвимой частью глобальной гидроэкосистемы, потому что пространственное совпадение областей максимальных скоплений живых существ, находящихся преимущественно на ранних стадиях онтогенеза и повышенных значений концентраций токсикантов, представляет собой наибольшую угрозу и опасность для биоты. В результате хозяйственной деятельности человека изменяются один или несколько компонентов подводного ландшафта, при этом последствия таких изменений не всегда учитываются и недостаточно исследуются. Во многих регионах антропогенные изменения прибрежной зоны моря имеют гораздо больший масштаб, чем предполагалось ранее, и игнорирование этого может привести к крупным хозяйственным просчетам и экологическим катастрофам.
Помимо загрязнения прибрежных областей, антропогенные изменения состава атмосферы (увеличение СО2) все больше и с нарастающей скоростью влияют на климат Земли. Разработаны различные сценарии изменения климата на ближайшие 50–100 лет. Точность таких сценариев невысока, их пространственно-временное разрешение недостаточно для оценки изменений природных систем, однако при хозяйственном проектировании и планировании долгосрочного использования береговых и прибрежных объектов сама возможность изменений климата и вносимая ими неопределенность при оценке изменений характеристик ландшафтных компонентов уже не могут игнорироваться. В то же время современные методы проектирования и планирования использования прибрежных областей, как правило, основаны на предположении о постоянстве климата и параметров гидрологической системы, что намного проще, чем в случае определения характеристик антропогенного изменения.
Таким образом, расширение антропогенного воздействия на прибрежные области создает острую необходимость как в совершенствовании методов оценки масштабов изменений ландшафтных компонентов, так и в разработке методов определения пороговых уровней антропогенного воздействия, когда изменения в ландшафтах приобретут необратимый характер. Поэтому необходимость исследования природы морских мелководий весьма высока, и в связи со сложностью строения мелководий как природного образования и многогранностью их использования одним из наиболее перспективных подходов к решению этих задач представляется разработка методов оценки чувствительности подводных ландшафтов к антропогенным воздействиям и природным изменениям с помощью детального ландшафтного изучения даже небольшого по площади, но разнообразного по геоморфологическим, гидрологическим и экологическим условиям тестового полигона. С помощью количественного анализа данных детальных морфологических исследований подводных ландшафтов полигона, адекватно воспроизводящих разные физико-географические и экологические условия в каждой фации, удается выделить и оценить влияние отдельных антропогенных воздействий, что не всегда возможно при полевых исследованиях, рассмотреть эффект различного сочетания этих воздействий, установить критические значения, при которых возможно изменение основных механизмов, поддерживающих подводный ландшафт в состоянии устойчивости. В этих целях была привлечена наиболее последовательно разработанная B.C. Преображенским, Т.П. Куприяновой, Т.Д. Александровой [1980] теория устойчивости и изменчивости ландшафтных систем, основанная на поиске фактора–инварианта как показателя стабильности природной системы.
В данной монографии рассмотрены результаты изучения структурных особенностей подводных ландшафтов тестового полигона прибрежной зоны Японского моря до глубины 40 м, протяженностью 60 км, механизмов переформирования подводных ландшафтов, их изменчивости и устойчивости при антропогенном воздействии и возможном изменении климата. Эти результаты помогли разработать рекомендации по их восстановлению при деградации и рациональному хозяйственному использованию подводных ландшафтов прибрежных областей.
Береговая линия моря исследуемого участка мелководья ориентирована вдоль горной цепи, преимущественно северо-восточного простирания, которая, делая ряд плавных изгибов, образует несколько бухт, приуроченных к устьям малых рек. Репрезентативность выбранного тестового полигона определяется разнообразием форм абразионно-аккумулятивного бухтового рельефа береговой зоны, многообразием гидрологического и гидродинамического режима вод, ненарушенными рекреацией подводными биоценозами, малонаселенностью и практически неосвоенностью берега промышленными объектами, наличием в пределах полигона 12 малых рек (как загрязненных, так и фоновых), впадающих в море и формирующих различные по качеству воды и по размеру устьевые области, очаговым характером распределения загрязненных акваторий и наличием фоновых акваторий, которые при этом различаются гидрохимическим составом вод. Антропогенное воздействие проявляется в устьевых областях рек Рудной и Каменки, впадающих в исследуемое мелководье, в пределах водосборов которых имеются горно-перерабатывающие предприятия по обогащению полиметаллических руд. Воды перечисленных устьевых областей имеют повышенные концентрации Pb, Zn, Mo и других загрязняющих веществ. Таким образом, выбранный участок береговой зоны удобен для крупномасштабных ландшафтно-экологических исследований и репрезентативен для береговой зоны умеренных широт.
Одним из результатов этих исследований является обоснование морфологической классификации подводных ландшафтов морских мелководий, разработанной автором на основе обработки данных комплексного исследования ландшафтных профилей тестового полигона прибрежной зоны моря парным корреляционным анализом, включающим следующие параметры: геоморфологический тип берега, глубина (в м), гранулометрический состав донного грунта (в мм), результирующая скорость дрейфово-градиентных течений (в м/с), направление вдольбереговой составляющей дрейфово-градиентных течений, придонная температура вод (в °С), соленость поверхностных вод (в %,о), видовой состав массовых видов макрозоо- и макрофитобентоса.
Большое преимущество детальных физико-географических исследований тестовых полигонов заключается в том, что при анализе данных в закладываемых в матрицу параметрах компонентов ландшафтов сохраняется физическое содержание измеряемых характеристик морских мелководий. Это значительно упрощает выявление физического смысла ландшафтообразующих факторов, которые были определены при обработке методом главных компонент корреляционной матрицы, характеризующей основные компоненты ландшафта тестового полигона. В результате операции компоненты ландшафта, согласно взаимосвязям и значимости, объединились в группы компонентов, определяемые как ландшафтообразующие факторы. Таким образом, устанавливаются существенные характеристики подводных ландшафтов береговой зоны моря, которые в совокупности в значительной мере определяют основные особенности их функционирования. Однако при решении конкретных задач определения влияния антропогенного воздействия из-за множественности и разнородности источников антропогенного воздействия на ландшафт и загрязнения идентификация последствий какого-либо из воздействий связана с большими трудностями. Поэтому в большинстве случаев оказывается целесообразным исследование таких акваторий, где имеется фоновый участок и один существенный источник загрязнения либо несколько однородных источников, а остальные источники загрязнения имеют крайне незначительное воздействие или полностью исключаются. Изучение упрощенной экологической ситуации повышает достоверность отклика экосистемы на конкретное антропогенное воздействие, дает возможность смоделировать ситуацию отсутствия источника загрязнения и ситуацию площадного загрязнения акватории (без фоновых участков). Предложенный методический подход позволяет установить пороговые значения переформирования ландшафтообразующих факторов стабильного функционирования и динамики береговой зоны моря и обосновать прогнозные оценки их изменчивости при разных уровнях антропогенного воздействия.
Задание экологических характеристик морских мелководий обеспечивает отображение изменяющихся ландшафтообразующих факторов в условиях антропогенного загрязнения береговой зоны моря посредством изменений нагрузок в факторной матрице, отражающих изменчивость ландшафтов и саморегулирующую способность водной среды, стремящейся сохранить состояние устойчивости. В то же время в условиях незначительных антропогенных нагрузок расчет ландшафтообразующих факторов позволяет выявить неизменный фактор – фактор–инвариант как показатель способности ландшафта остаться в состоянии устойчивости под влиянием данных нагрузок. В данном случае фактор–инвариант характеризует гидрологию водных масс, следовательно, охрана вод является приоритетным направлением формирования природоохранных мероприятий, направленных на поддержание устойчивого функционирования подводного ландшафта при антропогенных нарушениях.
В наших исследованиях предполагалось, что к 2050 г. ожидается повышение среднегодовой температуры воздуха на 0,8–2,6 °С, что соответствует официальным данным Всемирной метеорологической организации [IPCC, 2001]. В результате этого потепления в исследуемом регионе ожидается увеличение объемов речного стока на 15–20 % [http://www.ipcc.ch (pub)]. Решение проблемы оценки чувствительности подводных ландшафтов к возможным изменениям климата может быть разделено на несколько задач: 1) оценка ожидаемых изменений видового состава макрофитобентоса в результате изменения температуры; 2) выражение изменения площадей аккумулятивных и ракушечных грунтов с помощью характеристик, отражающих изменение стока впадающих рек; 3) определение изменения площадей устьевых областей рек через изменение показателей солености поверхностных вод.
При решении большинства конкретных задач оценки пригодности акватории к хозяйственному освоению и выбора приоритетного направления ее использования возникает необходимость разработки концепции и методологии оценки природного ресурсного потенциала. Оценка частных ресурсных потенциалов по различным видам хозяйственной деятельности предполагает расчет оптимальных промышленных запасов дикорастущих водорослей различных видов, а также пригодность подводных ландшафтов разных рангов к сбору водорослей. Методика оценки подводных ландшафтов для создания мариферм по искусственному выращиванию водорослей и некоторых промысловых видов двустворчатых моллюсков основывается на разработке балльных шкал. В этом случае выбор приоритетного направления использования акватории проводится по максимальному количеству баллов. При оценке общего природного ресурсного потенциала ландшафтов морских мелководий следует учитывать, что потенциалы составляющих их компонентов имеют разную значимость, поскольку, согласно ландшафтной теории Н.А. Солнцева [1963], различные компоненты обладают неодинаковой силой воздействия друг на друга и разной степенью устойчивости во времени. Эта теория количественно была подтверждена на примере исследуемого ландшафта, и в соответствии с этим обоснованием стала возможной разработка шкалы баллов для ландшафтообразующих компонентов моря. Большинство расчетов, описанных в монографии, проводилось с помощью корреляционного и регрессионного анализов, а также метода главных компонент, где была возможность учесть антропогенное изменение характеристик прибрежной области моря.
Подводные ландшафты мелководной зоны моря представляют собой котонные системы, структуру которых составляют компоненты ландшафтов материка, берега и моря. Часто антропогенное загрязнение имеет очаговый характер, очаги приурочены к устьевым областям рек с загрязненными водами. Изменения в очагах соответствуют начальным стадиям деградации биоценозов, таким как снижение биоразнообразия, увеличение доминирующих видов. При начальных стадиях деградации в очагах, суммарная площадь которых составляет 20 % и менее, изменения в подводных ландшафтах мелководной зоны бореальных морей носят обратимый характер.
На основании определения основных ландшафтообразующих факторов мелководной зоны моря при отсутствии загрязнения, наличии очагов антропогенного загрязнения и слиянии очагов антропогенного загрязнения установлено, что в условиях загрязнения функциональные особенности природных комплексов береговой зоны моря претерпевают изменения. Меняются нагрузки в факторной матрице, что является отражением изменчивости ландшафтов при антропогенном стрессе. В ряду ландшафтообразующих факторов обнаружен фактор–инвариант, характеризующий гидрологический режим водных масс, неизменное присутствие которого во всех трех случаях демонстрирует саморегулирующую способность водной среды сохранить состояние устойчивости. Метод определения ландшафтообразующих факторов позволяет установить пороговые значения переформирования ландшафтов мелководной зоны моря и обосновать прогнозные оценки их изменчивости при разных уровнях антропогенного воздействия.
Вследствие возможного потепления климата и увеличения речного стока возрастет площадь устьевых областей рек, что благотворно скажется на биопродукционном потенциале мелководной зоны моря. Эта закономерность универсальна и будет прослеживаться во всех регионах, где в результате возможного потепления климата ожидается увеличение объемов речного стока в моря и океаны. Ожидаемые изменения объемов речного стока и абразии берегов приведут к увеличению твердого и биогенного стоков и изменению состава донных отложений в мелководной зоне. Возрастет площадь аккумулятивных равнин и илистых грунтов. Это приведет к изменению видового состава биоценозов, а следовательно, общего облика ДПК. Границы биогеографических округов переместятся к северу. Изменения подводных ландшафтов морских мелководий в результате антропогенных нагрузок носят очаговый характер, а трансформация подводных ландшафтов в результате возможного потепления климата приобретает площадной характер и затухает с глубиной, т.е. подчиняется общегеографическому закону вертикальной зональности.
Концепция оценки общего ресурсного потенциала строится на основе "вклада" каждого составляющего подводный ландшафт компонента, который оценивается по единой шкале баллов. Частные природно-ресурсные потенциалы ландшафтов морских мелководий определяются по ряду качественных и количественных показателей различных отраслей хозяйственного
