Методика оценки экологической продуктивности ландшафтов

На основе изучения закономерности формирования природных биохимических и геохимических процессов, а также биологических особенностей почвы и растений предложена новая концептуальная модель экологической оценки продуктивности ландшафтов.

Под экологической оценкой продуктивности ландшафтов следует понимать комплексную или интегральную характеристику климатических, почвенных и других факторов, положительно влияющих на рост и развитие растений и почвы, представляющих энергетические ресурсы природных систем. При этом экологическая оценка продуктивности ландшафтов должна осуществляться на основе использования географических закономерностей, проявляющихся в масштабах территориальных единиц разного иерархического ранга, что дает возможность объяснения характера формирования и функционирования ландшафтных систем речных бассейнов.

продуктивность растений может быть определена по условию /Шатилова И.С., Чудновского А.Ф., 1980/;

энергия, затрачиваемая на почвообразование /Волобуев В.Р., 1974/

Q_i = R · exp(-a_o · ),

где ПУ – потенциальная продуктивность растений; С – калорийность единицы урожая органического вещества; Q_i – энергия, затрачиваемая на почвообразование, кДж/см²; a_o – коэффициент, учитывающий состояние поверхности почвы; _эн – коэффициент использования свободной энергии

_эн = k_ФАР/100,

где _.. k_ФАР – коэффициент использования растениями активной фотосинтетической радиации.

Продуктивность растительного сообщества ландшафтов (ПУ) зависит не только от энергетических ресурсов природной системы (R) и коэффициента использования свободной энергии (_эн), а также от коэффициента влагообеспеченности территории (_в), то есть [1]

У_i = ПУ · _в = R · _эн/C · ,

где У_i – экологическая продуктивность растительного сообщества с учетом естественной влагообеспеченности ландшафтов.

В природной системе принцип энергетической сбалансированности тепла и влаги наблюдается в природных условиях, где радиационный «индекс сухости» – () равен 1,0, что принято в качестве критериального уровня для потенциальной оценки продуктивности ландшафта. Тогда потенциально возможная энергия, затраченная на почвообразовательный процесс (Q_n), может быть определена по выражению

Q_n = R exp(-0,9 · a_o), [2].

Таким образом, экологическая оценка продуктивности ландшафтов (K_э) определяется соотношением таких осредненных индикаторных величин, как коэффициент продуктивности растений (К_р) и почвы (К_п) [3]

где К_р – коэффициент, характеризующий экологическую оценку продуктивности растительного сообщества

где – коэффициент пропорциональности, приводящий в соответствие размерности правой и левой частей, характеризующий возможность саморегулирования растений и почвы в неоптимальных условиях.

После интегрирования и некоторого преобразования, получим уравнения, характеризующие продуктивности ландшафтов [3]:

биологическая оценка продуктивности растительности:

биологическая оценка продуктивности почвы

где – эффективный коэффициент саморегулирования.

На основе биологической оценки продуктивности растительности и почвы можно оценить продуктивность ландшафтов: . В моделях прикладного характера, используемых в агрометеорологии, влияние метеорологических факторов на функцию продуктивности ландшафтов учитывается эмпирически – путем умножения функции продуктивности в оптимальных условиях на функцию воздействия факторов:

,

где К_вг – коэффициент, характеризующий длительность вегетационного периода растений; К_s – коэффициент, характеризующий гидрогеохимический режим ландшафта; К_t – коэффициент, характеризующий температурный режим ландшафта; К_c – коэффициент, характеризующий качество воды речных бассейнов.

При каждом гидротермическом режиме () для получения возможной продукции необходима вполне определенная теплообеспеченность или энергетические ресурсы, то есть существует оптимальный температурный режим, при котором фотосинтез будет протекать благоприятным образом при данных гидротермических условиях.

Учитывая симметрию в форме кривой температурного коэффициента (K_t) [3], примем потребное количество тепла (t_ф) как среднее арифметическое между максимальным и минимальным количеством тепла, при котором еще протекает фотосинтез

где t_i – фактическая температура; t_o – пороговая температура начала фотосинтеза; t_opt – оптимальная температура протекания фотосинтеза.

Сложные эмпирические зависимости продуктивности ландшафтов природных систем от температуры могут быть представлены по формуле Ю.Н. Никольского, В.В. Шабанова /1987/

где t_min, t_max – соответственно, минимальная и максимальная допустимая для фотосинтеза температура; t – текущая сумма активных температур воздуха за период, когда средняя суточная температура выше 10⁰.

Влияние продолжительности вегетационного периода на продуктивность ландшафтов в зависимости от вертикальной поясности могут быть описаны следующим выражением

,

где Т_в – продолжительность вегетационного периода.

При моделировании процесса изменения ареалов природных систем речных бассейнов влияние качественного состояния водных ресурсов на продуктивность ландшафтов может быть определена по выражению [3…8]

,

где К_с – коэффициент снижения продуктивности ландшафтов из-за минерализации поливных и грунтовых вод; – параметр, учитывающий качество воды.

Гидрогеохимические состояния ландшафтов в речных бассейнах изменяются в зависимости от вертикальной поясности, что объясняется наличием в почве токсичных солей, влияющих на почвенно-мелиоративное состояние ландшафтов [3…8]

,

где – коэффициент снижения урожая из-за присутствия в почве токсичных солей; В – параметр, характеризующий отзывчивость растений к токсичным солям; А – параметр, характеризующий тип засоления почвы;

где ,– исходная и допустимая степени засоления.

С учетом допущения, что природные системы речных бассейнов различаются по показателю продуктивности ландшафта, а продуктивность определяется по выражению ,

и в этой модели использованы изменения интегрального показателя продуктивности как критерия, определяющего положение границ природных систем.

где БП – биоэнергетический потенциал растений, 2500 ккал/(м² год); – коэффициент использования свободной энергии, который в естественных условиях равен 0,005. Оценка влагообеспеченности растений осуществляется с помощью коэффициента естественного увлажнения ландшафтов

где О_с – атмосферные осадки, мм; Е_о – испаряемость, мм. Для интегральной биоэкологической оценки продуктивности растений, можно использовать совокупность коэффициента использования биоэнергетических ресурсов растений () и эффективности использования атмосферных осадков (К_у), то есть показателя биоэкологической продуктивности ландшафтов [3…8]

Сравнения точности и сходства предлагаемых методов экологической оценки продуктивности компонентов природной среды к аналоговым кривым (, ц/га), полученным на основе экспериментальных данных, показывают, что разработанная модель экологической оценки продуктивности ландшафтов, позволяет придать, во-первых, количественные значения качественным изменениям ареалов; во-вторых, моделирование трансформации природных систем при изменении климата; в-третьих, ландшафтно-экологическое районирование природных систем бассейнов рек.

1. 
   Шатилов, И.С. Агрофизические, агрометеорологические и агротехнические основы программирования урожая [Текст]/ Шатилов И.С., Чудновский А.Ф. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 320 с.
   
2. 
   Волобуев, В.Р. Введение в энергетику почвообразования[Текст]/ Волобуев В.Р. – М.: Наука, 1974. 120 с.
   
3. 
   Мустафаев, Ж.С. Экологическая оценка продуктивности ландшафтов бассейна реки Шу (Аналитический обзор) [Текст]/ Мустафаев Ж.С., Адильбектеги Г.А., Сейдуалиев М.А. – Тараз, 2004. 80 с.
   
4. 
   4.Мустафаев, Ж.С. Методы определения сельскохозяйственной продуктивности ландшафтов[Текст]/ Мустафаев Ж.С., Адильбектеги Г.А. // Поиск. 2004. №4(2), С. 181-186.
   
5. 
   Адильбектеги, Г.А. Ландшафтно-экологическое районирование бассейна реки Шу [Текст]/ Адильбектеги Г.А. // Современные проблемы гидроэкологии внутри континентальных бессточных бассейнов Центральной Азии /Доклады к международной научно-практической конференции. – Алматы, 2003. С. 253-258.
   
6. 
   Мустафаев, Ж.С. Методологические принципы оценки экологической продуктивности ландшафтов [Текст]/ Мустафаев Ж.С., Адильбектеги Г.А. // Вестник ТарГУ им. М.Х. Дулати / Природопользование и проблемы антропосферы. – Тараз, 2003. № 3(11). С. 19-28.
   
   7. 
      Мустафаев, Ж.С. Методы определения экологической продуктивности ландшафтов на основе биоэнергетических ресурсов природной системы [Текст]/ Мустафаев Ж.С., Адильбектеги Г.А. // Научные исследования в мелиорации и водном хозяйстве / Сборник научных трудов. – Тараз: ИЦ «Авка», 2004. Т. 41. Вып. 1. С. 116-123.
      
   8. 
      Мустафаев, Ж.С. Экологическая оценка продуктивности природных систем бассейна реки Шу [Текст]/ Мустафаев Ж.С., Адильбектеги Г.А. // Проблемы генезиса, плодородия, мелиорации, экологии почв, оценки земельных ресурсов. – Алматы, 2002. С. 214-218.