Проблема сохранения биологического разнообразия

Проблема сохранения биологического разнообразия

17

Дипломная работа

«Проблема сохранения биологического разнообразия»Введение

Актуальность исследования. Современные тенденции развития географической науки требуют разработки научных основ инвентаризации и оценки природных, в частности биологических, ресурсов территории. До последнего времени при изучении ландшафта, анализе его структуры, функционирования и условий обособления основное внимание уделялось абиотическим компонентам. Животное население в силу своей подвижности и пластичности, а, следовательно, и сложности изучения либо не рассматривалось вообще, либо механически проецировалось на растительные сообщества. Исходя из этого, следует отметить весомую актуальность исследования животного компонента ландшафтов как наиболее мобильной системы, отражающей любые изменения как внешней, так и внутренней среды природного комплекса.

Особое значение такие исследования приобретают в условиях высокогорных ландшафтов, в частности, Западного Кавказа, которые при современном уровне антропогенной трансформации природных комплексов, играют важную роль в сохранении генофонда биологического разнообразия и выступают в качестве эталонных участков биосферы (Второв, 1968).

Проблема сохранения биологического разнообразия является одним из приоритетных направлений в современной биогеографии. В настоящее время возрастает антропогенное воздействие на биотические компоненты природы, создается угроза разрушения биоэкосистем и биологического разнообразия биосферы. Эта проблема актуальна в региональных исследованиях горных территорий, хрупких и восприимчивых к человеческой деятельности, для которых характерны быстрое сужение качественной среды обитания, утрата биоразнообразия.

Приходится признать, что большинство биогеографических исследований в пределах Западного Кавказа (северный склон) посвящены в основном изучению особенностей распространения биоты в пределах высотных поясов (количественная и качественная характеристики, оценка состояния растительного покрова и т.д.). Горизонтальная дифференциация растительного покрова и хортобионтов, с учетом среды их обитания в пределах морфологических единиц высокогорных ландшафтов изучена слабо. В связи с этим возрастает актуальность изучения организации высокогорных сообществ с помощью ландшафтного подхода, сущностью которого является анализ взаимосвязей всех элементов и компонентов природы территории. А в зависимости от набора морфологических единиц “географического экотона” (местностей и урочищ) и соотношения по площади их лесных и луговых сообществ можно определять границу среднегорных лесных и высокогорных луговых ландшафтов, относя переходный пояс к тем или иным горным ландшафтам. Также не менее актуальными и слабо изученными являются средоформирущие факторы и среда биоты, в частности, группы беспозвоночных. Использование индикационных геоботанических методов позволяет анализировать состояние травянистой растительности, привязанных к ней хортобионтов, а также выявлять степень антропогенной трансформации высокогорий.

Целью работы явилось изучение особенностей внутриландшпафтной дифференциации беспозвоночных в пределах горного экотона лесных и луговых высокогорий как индикатора границ этих групп ландшафтов, выявление их региональных различий.

В ходе работы были поставлены следующие задачи:

1) создание ландшафтных карт ключевых участков ландшафтов исследования;

2) выявление и изучение особенностей внутриландшафтной дифференциации беспозвоночных значимых доминантных групп с учетом особенностей среды обитания;

3) выявление различий групп беспозвоночных горного экотона в разных регионах Западного Кавказа;

4) использование данных по беспозвоночным в качестве биоиндикации антропогенной нарушенности.

Объектом исследования явились насекомые урочищ ландшафтов различных видов экотона высокогорий Западного Кавказа, в частности Orthoptera, Hemiptera и Homoptera и Coleoptera.

Предметом изучения стала внутриландшафтная дифференциация беспозвоночных с учетом среды их обитания в разных видах горного экотона.

Материалы и методы исследования. Работа проводилась в рамках развиваемого в СГУ научного направления «Биотика ландшафта». В основу работы положены материалы собственных полевых и камеральных исследований 2003-2006 годов.

Научная новизна исследования:

- исследованы особенности горизонтальной (по морфологическим единицам ландшафта) и вертикальной (по высотным поясам) дифференциации беспозвоночных высокогорных ландшафтов в зоне горного экотона;

- определены тенденции изменения структуры беспозвоночных в зависимости от морфологии ландшафтов и среды их обитания;

- получены первичные критерии изменения структуры населения беспозвоночных в зависимости от степени антропогенной нарушенности территории.

Методология и теория исследования базируется на ландшафтном и ландшафтно-экологическом подходах, учении о горном ландшафте: его морфологии (геоботанический пояс, местность, урочище, фация), биоразнообразии, среде жизни беспозвоночных, средоформирующих факторах, особенностях границ ландшафтных поясов и контурных границ морфологических единиц ландшафтов.

Методика исследования основана на ландшафтном подходе с использованием группы методов: математических, метеорологических, ландшафтного и функционального анализа, а также картографических.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были представлены на: 50-й, 51-ой и 52-ой научно-методических конференциях “Университетская наука - региону” (апрель 2005, 2006, 2007) Ставрополь; Международной научно-практической конференции “Проблемы экологической безопасности и сохранения природно-ресурсного потенциала” (29-30.09.2006) Ставрополь.

Объем и структура работы. Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. Она содержит 86 страниц текста, включает 29 рисунков, 4 таблицы. Список литературы включает 93 источника.

Глава I.

История вопроса и теоретические положения ландшафтно-экологического подхода

Общеметодологическим подходом исследования является ландшафтный подход, который все еще не получил должного развития, особенно в части практической реализации. О его сущности и важности неоднократно писали классики физической географии XX века: Д.Л. Арманд, Н.А. Гвоздецкий, И.П. Герасимов, А.Г. Исаченко, К.К. Марков, Ф.Н. Мильков, В.С. Преображенский, Н.А. Солнцев, В.Б. Сочава и др.

Сущность ландшафтного подхода заключается, во-первых, в учете индивидуальности природы земной поверхности, организованной в сочетания ПТК, образующих относительно однородные по генезису территории, называемые ландшафтами; во-вторых, в учете их пространственно-временной иерархической структуры; в-третьих, учете причинно-следственных взаимосвязей между отдельными компонентами. Отсюда важное следствие: что ландшафтный подход может выступать в качестве общеметодологической базы или составной части в обосновании и реализации социальной, экономической, экологической, военной и других “политик” и программ. Без него (ландшафтного подхода) самые совершенные программы будут ущербными (Дьяконов, 2005).

В настоящем исследовании он включает учение о горном ландшафте и понятии «горного экотона», а также понятие ландшафтной среды, являющейся составной частью географической среды.

1.1. Учение о горном ландшафте

Теоретической основой настоящего исследования является учение о горном ландшафте.

Горным природным ландшафтом называется генетически однородный участок ландшафтного пояса, расположенного в пределах определенного высотного яруса гор, имеющего одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат, определенный набор высотных геоботанических поясов и других морфологических единиц (Шальнев, 2004).

Понятие о горном ландшафте, сложившееся в географической литературе, не однозначно. Это связано с тем, что зональные закономерности претерпевают здесь значительные изменения в связи с ярусностью гор. Ярусность отражает этапы формирования горной системы, возраст отдельных ее частей, характер экзогенного расчленения, климатическую дифференциацию. В пределах Западного Кавказа выделяется три ландшафтных яруса: предгорий и низкогорий, среднегорий и высокогорий. Для каждого высотного яруса характерен свой набор или спектр ландшафтных высотных поясов.

Исследованием отдельных территорий данного региона занимались Н.А. Гвоздецкий, А.Г.Исаченко, А.Е.Федина и др. Есть публикации фрагментов ландшафтных карт (Исаченко, 1965; Шальнев, 1971, 1973; Шальнев, Кондратьева, 1994 и др.). Ландшафтная карта Кавказа, созданная Н.Л. Беручашвили (1979), включала и территорию Северного Кавказа. Этот же автор в 1995 г. публикует книгу о ландшафтах Кавказа в электронном варианте. Ландшафты Восточного Кавказа изучал В.В. Братков (1992). Обзорную ландшафтную карту Северного Кавказа создают географы Ростовского университета (Чупахин, 1974). Есть публикации по изучению ландшафтов Чечено-Ингушетии (Волынкин, Доценко, 1977, 1979) и Предгорного Дагестана (Атаев, 1988). Опубликована ландшафтная карта в Атласе Дагестана (1999).

Высотно-поясное деление является «яблоком раздора» в морфологии горных ландшафтов. Одни авторы (Гвоздецкий, 1963, Чупахин, 1974) считают высотный пояс (зону) подразделением высшего ранга, созвучным с понятием подзона на равнине. Другие отождествляют его с понятием ландшафта (Михайлов, 1962) или микроландшафта (Тумаджанов, 1963). Многие географы (Геренчук и др., 1963; Исаченко, 1991) относят высотный пояс к категории морфологических единиц, выделяя его наряду с фациями, урочищами и местностями. Есть и другие терминологические различия. В одном случае, употребляя термин «высотный пояс», имеют в виду пояс растительности (Исаченко, 1991). У других авторов используется другой термин - ландшафтный пояс. Местности образуют «своего рода пояса, которые следует называть ландшафтными поясами, а не поясами растительности» (Геренчук и др., 1963, с.38).

На взгляд В.А. Шальнева, это разные понятия и они имеют право на существование в учении о горных ландшафтах. Так, для геоботаников высотный пояс растительности является устоявшимся понятием и под ним «подразумевается более или менее широкая горизонтальная полоса растительности в горах с господством или одного типа растительности или нескольких, закономерно чередующихся» (Лавренко, 1964, с.190). Такие высотные пояса формируются в пределах определенных высотных уровней. Например, пояс хвойных лесов формируется в диапазоне абсолютных высот 1300 - 2100 м над у.м., субальпийских лугов - 2200-2600м. Границы растительных поясов под влиянием изменяющихся с высотой различных факторов (главным образом климатических) фиксируют качественные изменения одного или нескольких компонентов среды - растительности, почв, климата (Щукина, 1960; Шальнев, Кондратьева, 1994). Такие высотные пояса лучше называть геоботаническими, так как их внешний «портрет» определяет растительность. Высотный геоботанический пояс - пояс, относящийся к категории внутриландшафтной вертикальной дифференциации и формирующийся под влиянием изменения с высотой климатических факторов и фиксирующий качественные изменения одного (растительности) или нескольких компонентов среды - растительности, почв, климата (Щукина, 1960).

Геоботанические высотные пояса неоднородны по своей сущности. Выделяются доминантные и переходные пояса. Доминантный пояс относится к числу основных высотных поясов, создающих специфический пейзаж того или иного участка гор. Он формируется в условиях господствующих климатогенных условий (климатогенное поле однородности) и имеет значительное вертикальное развитие и горизонтальную протяженность. Переходный высотный пояс формируется в результате количественных и качественных изменений единиц климатогенных полей при переходе от одного доминантного пояса к другому (Шальнев, Кондратьева, 1994). Поэтому для него характерно преобладание не одного, а нескольких типов растительности и других компонентов природы, формирующихся на склонах разной экспозиции (сосновых лесов и нагорных ксерофитов или сосновых лесов, березовых криволесий и субальпийских лугов). Переходные пояса сочетают в себе свойства двух пограничных доминантных поясов и отражают закономерности, получившие название горного экотона (Шальнев, Юрин, 1997).

Ландшафтный пояс - более объемное понятие, чем геоботанический. Он формируется в пределах округов или провинций и приурочен к конкретному ландшафтному ярусу гор. В связи с этим имеет определенную однородность в геоморфологическом и литогенном отношениях. Климатогенные и биогенные компоненты более разнородны и представлены набором генетически однородных геоботанических поясов - доминантного (он дает название ландшафтному поясу) и одного-двух переходных. Ландшафтные пояса, по мнению В.А. Шальнева, являются региональными природными образованиями. С ними связано распространение определенных видов ландшафтов. Геоботанические же пояса относятся к категории внутриландшафтных подразделений вертикальной дифференциации. С учетом названных подходов была составлена карта ландшафтов Карачаево-Черкесской республики.

Местность - сложно устроенная морфологическая часть ландшафта, которая в одном и том же ландшафте обычно несколько отличается геолого-геоморфологическим строением и, вследствие, этого набором урочищ, при этом нередко фоновые урочища остаются теми же, а изменения касаются субдоминантных или же дополняющих урочищ (Хрусталев, 2000).

Урочище - природный территориальный комплекс, состоящий из систем и их групп, динамически и территориально связанных фаций; обычно они формируются на основе какой-либо одной мезоформы рельефа (Хрусталев, 2000).

Фация - самая мелкая таксономическая единица природно-территориального комплекса, формирующаяся на основе микроклиматических показателей и растительного покрова (Хрусталев, 2000).

1.2. Понятие “горного экотона”

В современной географии одним из перспективных и интересных направлений стало изучение экотонов. Само понятие «экотона» как переходного пространства между фитоценозами, обладающего специфическими свойствами (повышенным биоразнообразием, обилием организмов) было предложено Ф. Клементсом в 1928. Позже проблема границ в природе и переходных «буферных» пространств привлекла многих других ученных, в том числе и географов. Среди них В.Б. Сочава, Д.Л. Арманд, В.С. Залетаев, Э.Г. Коломыц, В.А. Николаев и др. Из географов на проблемы экотона впервые обратил внимание В.Б. Сочава [1978]. Он применил понятие «экотон» для обозначения буферного сообщества, а позже как «переходную полосу между двумя регионами, или двумя выделами геомеров». Ф.Н. Мильков [1986] дал более развернутое определение. Под экотоном он понимает переходную полосу между смежными ландшафтными комплексами, для которой характерна повышенная интенсивность обмена веществом и энергией, разнообразие экологических условий и, как следствие, высокая концентрация органической жизни.

В тоже время, проблемы экотона горных ландшафтов оказались слабо разработанными. Хотя именно в горах экотоны хорошо прослеживаются при рассмотрении такого явления как высотная поясность.

Опыт полевых исследований в пределах Бокового хребта Северо-Западного Кавказа подтверждает это и позволяет проследить механизмы его проявления (Шальнев, 1971; Шальнев, Джанибекова, 1996; Шальнев, Юрин, 1997). Как правило, в горах выделяют два типа экотонов - ленточный и контурный (Шальнев, Нефедова, 2006). Ленточный проявляется чаще всего в виде переходных поясов на контрастных рубежах переходных зон от низкогорий к среднегорьям и от среднегорий к высокогорьям. В первом случае появление экотона связано с эффектом барьерного подножья и изменением качества увлажнения. На границе среднегорий и высокогорий проявляется эффект хионосферы связанный со снижением температуры июля до + 10°C и ниже. В связи с этим происходит увеличение криосферных дней со снежным покровом в течение года. Контурный тип экотона относится к внутриландшафтной дифференциации и представлен сочетанием морфологических единиц (фаций, урочищ) пограничных ландшафтов. Была разработана модель закономерностей формирования ленточных границ экотона, где важную роль играли климатогенные поля однородности (выделялись по суммарной радиации, радиационному балансу, средним годовым температурам воздуха и осадкам, температуре июля) и их смена по профилю рельефа гор. Именно границы этих полей служат условием формирования высотных геоботанических поясов экотона. Литогенные поля разнородности (морфоскульптуры и горные породы) определяют возникновение разнообразия поясов контурных экотонов. Контурные экотоны формируются в пределах ленточных экотонов. Их существование во многом определяется мезоформами рельефа. Например, древними и молодыми цирками, карами, висячими долинами, слаборасчлененными склонами. Кроме того, антропогенными факторами. Именно эти местности лучше всего осваивались человеком (вырубка леса, коши и т.д.) Так, в пределах Бокового хребта Западного Кавказа были выделены следующие основные виды контурных экотонов: цирковый, долинный, склоновой, хребтовый, ледниковый (Шальнев, Нефедова, 2006)К сожалению, стационарных исследований закономерностей вертикальной дифференциации компонентов ландшафтной среды на территории КЧР не проводилось. Исключением являются работы Тебердинского заповедника, проводимые на склоне хребта М. Хатипара в диапазоне высот 1400-2600м. над уровнем моря (Шальнев, Чикалин, 1968а, 1968б, Шальнев, 1971а, 1971б, Шальнев, Чикалин, 1971, Онищенко, 2002). В исследованиях принимала участие большая группа ученых-естественников под руководством А.А.Малышева. По всему профилю были установлены стационарные метеобудки и масляные осадкомеры на отметках 1400, 2050, 2500 и 2950 м над у.м. Наблюдения велись с 1966 по 1972 гг. Проводилась обработка метеоданных, что позволило рассчитать годовые показатели радиационного и теплового балансов, а также проследить особенности изменения градиентов метеоэлементов по высоте. В результате индивидуального подхода исследования проводились на трех ключевых участках, расположенных в пределах Бокового хребта Западного Кавказа, где были выделены следующие основные виды контурных экотонов: склоновый, хребтовый и ледниковый (Шальнев, Нефедова, 2006).Таким образом, понятие «географический экотон» отличается от биологического тем, что имеет более четкую пространственную обособленность и отражает «растянутость» границ перехода количественных и качественных изменений доминантных геоботанических поясов среднегорных и высокогорных ландшафтов Бокового хребта. Ленточный экотон формируется в общей структуре высотной поясности гор - ландшафтной и внутриландшафтной (геоботанических поясов). В зависимости от набора морфологических единиц «географического экотона» (местностей и урочищ) и соотношения по площади их лесных и луговых сообществ можно определять границу среднегорных лесных и высокогорных луговых ландшафтов, относя переходный пояс к тем или иным горным ландшафтам.

1.3. Ландшафтная экология

При рассмотрении этого вопроса, следует обратиться к истокам возникновения экологии и объединения её с географией. Зародившись в недрах биологии, биологическая экология (биоэкология) сформировалась как наука о закономерностях взаимодействия биологических систем с окружающей средой. Дальнейшее развитие экологии привело к образованию экологии человека и социальной экологии, то есть изучению взаимодействия со средой различных социальных систем (Кочуров, 1999).

У географии в связи с экологизацией науки появились благоприятные перспективы превратиться в науку синтетическую, опираясь прежде всего на необычайную ёмкость понятия “экология”. Впервые обратил внимание на роль географических исследований в решении экологических проблем академик В. Б. Сочава [1970]. Академик Н. П. Герасимов [1985] определил экологический подход в качестве общенаучного для всех конструктивных географических исследований. А. Г. Исаченко [1990] считает, что география больше других наук подготовлена к разработке экологической концепции.

С течением времени экологический принцип в географии стал завоевывать все более широкие позиции, и в первую очередь при исследовании биоты, биоэкосистем (биоцентрический подход) и ландшафтов (экология ландшафтов), также он более известен как геоцентрический подход. Другой важной разновидностью экологического принципа является антропоцентрический (антропоэкологический) подход, когда рассматривается взаимодействие человека с окружающей природной средой.

К. Тролль (Troll, 1939) обозначил науку, лежащую на рубеже географии (ландшафтоведения) и биологии (экологии) и назвал ее “ландшафтной экологией”. По определению А. Винка (Vink, 1983) главная задача ландшафтной экологии сводится к описанию и характеристике ландшафта в соответствии с его связями с биосферой и антропосферой.

В западно-европейской школе биогеографии ландшафтно-экологическое направление восходит к имени Г. Вальтера. Появляется и немецкая школа под руководством - Г. Хаазе и Э. Неефа (Нееф, 1974). Создателями со-временной концепции ландшафтной экологии считаются М. Годрон и Р. Форман (Forman, Godron, 1986). В нашей стране важную роль в развитии ландшафтной экологии сыграло развитие ландшафтной школы и ландшафт-ных методов при различных исследованиях биологических ресурсов. Таким образом, особенностью русской концепции ландшафтной экологии явилась ее заметная биоцентричность, с одной стороны, и использование достижений русской школы ландшафтоведения, с другой (Виноградов, 1994). Основоположник отечественной ландшафтной экологии В. Б. Сочава создал известный синтез эко-логии и географии сначала в Ботаническом институте (г. Ленинград) и затем, в особенности, в Институте географии (г. Иркутск) (Сочава, 1970, 1978). Полностью концепция ландшафтной экологии в России была сформулирована Б.В.Виноградовым (1994).

Биота непосредственно связана со средой, соответственно и группа хортобионтов привязана к среде обитания, растительность которой и определяет доминантные группы хортобионтов на определенном участке. Для формирования биоты определенного участка, в том числе и для хортобионтов, ведущими являются средоформирующие факторы. Основными такими факторами являются: местоположение (высотный пояс, экспозиция, крутизна склона), климатогенный (мезо- и микроклимат), трофический (почвы и растительность). Поэтому факторы среды не одинаково влияют на отдельные показатели структуры растительности, а соответственно, на численность, на видовой состав, на биомассу хортобионтов и их основные доминантные виды. Подобное соответствие рассматривалось на примере лесной (сосны и березы) и луговой растительности, потому что типы леса как природные системы в наибольшей мере обладают повышенной “чувствительностью” в отношении влияния факторов среды. Влияние же рельефа по всем характеристикам в сравнении с почвой существенно меньше. Это можно объяснить большей сопряженностью лесных и луговых ценозов с почвенными условиями, как прямодействующими.

1.4. Биотика ландшафта

В условиях все возрастающего антропогенного воздействия на биосферу происходят глобальные процессы потери ее генофонда, сокращения его разнообразия, площадей естественных ландшафтов и биоэкосистем с их «бесплатными» средоформирующими и ресурсовоспроизводящими функциями. Все это диктует необходимость поиска новых междисциплинарных подходов к познанию процессов формирования, развития и динамики природных и культурных ландшафтов с позиций оптимизации среды жизни человека, решения проблем сохранения ландшафтного и биологического разнообразия регионов.

К числу таких направлений можно отнести биотику ландшафта, под которой понимается научное направление, изучающее территориальное распределение биоты и биомов в рамках геосистем регионального и локального уровней и их роль в функционировании последних на основе ландшафтной парадигмы (Лиховид, Шальнев, Шкарлет и др., 2005). Это новое направление в ландшафтоведении, которое стало формироваться на кафедре физической географии Ставропольского госуниверситета с 2000 года в связи с тем, что исследование биотических компонентов ландшафта и в настоящее время остается слабо разработанным звеном теории ландшафтоведения. Более того, изучение этих вопросов происходит в рамках научного направления «Геофизика ландшафта», т.е. природе простейших форм движения материи. Перспективность этого направления определяется слабой изученностью биоты ландшафта - наиболее активного компонента, вовлекающего в круговорот неорганическое вещество и создающего биомассу (Исаченко, 1991).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5