Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эколого-географические последствия засух в Казахстане (в аспекте природопользования)

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Эколого-географические последствия засух в Казахстане (в аспекте природопользования)"

РГо

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ф Алматинскцц Государственный Университет им. Абая

На правах рукописи УДК 502.58: 504.06

Абишева Зарема Маратовна

ЭКОЛОГ О—Г ЕОГ РАФИЧЕСХИ Е ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАСУХ В КАЗАХСТАНЕ <В АСПЕКТЕ ПРИРОДОПОЛ ЗОВАНИЯ)

11.00*11 - Охрана окружа. й среди и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук

I

I

о

Алматы, 1995

Работа выполнена на кафедре географии Казахстана Алма-тинского Государственного Университета им.Абая

Научные руководители: член-корреспондент HAH PK,доктор

географических наук, профессор БЕЙСЕНОВА A.C.

доктор географических наук, профессор НИКОЛАЕВ В.А.

Ведущая организация: Казахский Государственный Национальный

Университет им.аль-Фараби, кафедра метеорологии.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, старший

научный сотрудник ЧИЧАСОВ Г.Н.

кандидат географических наук, доцент ПОЛТУШЁВ A.M.

Я Ъ*й!к» г.. Ш

званного совета KP 14.05.01 пы

Защита состоится заседании специализированно тинском Государственном Университете им. маты, ул. Казыбек би, 30, ауд. 606).

часов на при Алма-Абая (480100, г.Ал-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинс-кого Государственного Университета им. Абая.

Автореферат разослан

1995 Г.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

ДЖУСУПОВА Д.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Переход к изучению неустойчивых, неравновесных процессов - естественный этап развития науки, прямо согласующийся с требованиями современной практической деятельности. Об этом свидетельствует то, что 90-е гг. объявлены Генеральной Ассамблеей ООН Международным десятилетием по уменьшению опасности стихийных бедствий.

На основании метеорологических, археологических и географических данных можно прийти к выводу, что XX век в основном приходится на длительный период потепления и иссушения климата в северном полушарии. Однако этот процесс протекает ритмично, т.е. на климатические флуктуации накладываются менее регулярные короткопериодические циклы. Поэтому засухи часто следуют одна за другой в течение 2-3 лег и более.

В последние десятилетия на всех континентах северного полушария наблюдались засухи, которые могут быть зачислены в разряд наиболее жестоких за весь период инструментальных наблюдений: Судано-Сахельская засуха (с 1972 г. по настоящее время), засухи В СССР (1972, '1975, 1981 ГГ.) И США (1984, 1988 ГГ.).

В Казахстане также наблюдаются резкие колебания климата, вызванные как естественными, так и антропогенными факторами. Так в течение последних 15 лет в Казахстане побиты экстремумы температуры воздуха, наметилась тенденция повышения среднегодовых температур воздуха и уменьшения количества осадков в тёплое полугодие.

У казахов издревле существует понятие "джут" - стихийное бедствие, когда скот на пастбищах не может добыть корм в результате засухи, глубокого снега или гололедицы. Различают "чёрный джут", когда засуха поражает растительность, и "белый джут", когда из-под снега скот не может достать траву.

Засухи имеют многочисленные взаимосвязанные

последствия, в том числе: природно-экологические (пыльные бури, угнетение растительности, ухудшение экологической обстановки и др.), экономические (потери урожая, падёж скота, затраты на закупку продовольствия), социальные (перераспределение бюджетных средств, нехватка продуктов питания, беспокойство общества) -и т.д. Поэтому в условиях острых экологических ситуациях в засушливые годы особое значение приобретают вопросы рационального природопользования.

В прошлом последствия засух для территорий бывшего СССР в целом смягчались благодаря огромному разнообразию природных ресурсов и асинхронному проявлению засух в основных зерновых районах страны. Начиная с 90-х годов, в связи с распадом СССР, суверенный Казахстан оказался "один на один" с засухами,особенно сильно влияющими на сбор зерновых культур, которыми славится наша республика.

Большая часть Казахстана представлена семиаридными и аридными равнинными ландшафтами, характеризующимися низкой биологической продуктивностью и слабой способностью восстановлению нарушенного растительного покрова, в которых наиболее чётко и многообразно проявляются процессы опустынивания, поэтому в настоящее время в Казахстане особое значение должно уделяться эффективному и рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды в засушливые годы. При решении этих задач необходимы комплексные эколого-географические исследования конкретных территорий, анализ развития и динамики их ландшафтов под влиянием засух.

Цель и задачи исследования. В данной работе поставлена цель рассмотреть комплекс эколого-географических последствий атмосферных засух в Казахстане как особое экстремальное состояние геосистем. Сразу понять, как изменятся геосистемы целиком невозможно, поскольку современные знания о функционировании геосистем с их сложный переплетением разнообразных циклов не полны, а каждый из компонентов имеет собственное время трансформации. Поставленная цель потребовала решения ряда задач :

- разработки географической концепции и определения сущности явления засухи;

- выявления пространственно-временных особенностей проявления засух в Казахстане;

- определения экологических амплитуд гидротермических факторов вегетационного преиода для геосистем Казахстана;

- изучения особенностей влияния засух в Казахстане на природные и природно-хозяйственные объекты и процессы.

Объект и методика исследований. Объектом исследования являются состояния геосистем равнинной части Казахстана и горных геосистем северного склона Заилийского Алатау в засушливые годы.

Исследование базировалось на методах, применяемых в физической географии: методе маршрутно-полевых наблюдений на ключевых точках, сравнительно-географическом методе изучения природных явлений, системном анализе, картографическом, графическом, ландшафтно-экологическом и статистическом методах. Автор пользовался теоретическими разработками М. X. Байдала, О. А. Дроздова, Ю. Л. Раунера, А. А. Скакова, А. С. Утешева, Г. Н. Чичасова и др. по частным вопросам проблемы засух в Казахстане. В работе использованы также методика изучения динамики ландшафта, разработанная В. Б. Сочавой, Б. А. Николаевым, В. И. Залетаевым, Н. Ф. Беручашвили и метод информационного анализа связи компонентов геосистем и факторов среды Ю. Г. Пузаченко.

Исходными материалами для написания диссертации служили многолетние полевые исследования автора в 1986-1992 годах в Прибалхашье и долине р. Чарын, а также опубликованные и фон-

- ,5 s.

довые материалы институтов географии РАН и HAH PK, института ботаники HAH PK, КазНИИМОСК.

Предмет защиты■ На защиту выносятся закономерности пространственно-временного распределения засух в Казахстане, методика и результаты прогнозирования засух и их последствий в аспекте природопользования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые теоретически обоснована географическая сущность явления и дано авторское определение засухи как комплексного физико-географического явления.

2. Предложен авторский критерий засушливых месяцев, который может быть использован в сравнительно-географическом аспекте для различных природных зон Казахстана.

3. Впервые составлены каталоги засушливых лет по административным областям, природным зонам, экономическим районам и в целом по Казахстану, которые учитывают не только аномалии гидрометеорологических показателей, но и реакцию на них природной среды.

4. Определены экологические амплитуды гидротермических факторов для различных природных геосистем Казахстана, позволяющие провести анализ их засухоустойчивости.

5. Произведена оценка влияния засух в Казахстане на различные природные и природно-антропогенные процессы и явления .

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы различными потребителями географической информации при планировании сельскохозяйственных площадей под различные культуры, мероприятий по борьбе с пыльными бурями, лесными пожарами и другими явлениями, связанными с засухами. Особую научную актуальность приобретают предложенные автором разработки по степени устойчивости геосистем Казахстана к воздействию засушливых явлений. Предлагаемые вероятностный и информационно-логический методы прогноза в качестве дополнительных использованы в работе Казгидромега. Основные выводы применены при проведении ландшафтной практики студентов и в курсе лекций "Физическая географияи Казахстана" и "География экосистем Казахстана" на ГЭФ Алматинского Государственного Университета им. Абая.

Апробация работы. Работа неоднократно обсуждалась на ежегодных теоретических конференциях и семинарах геогра-фо-экологического факультета АГУ им. Абая. Отдельные разделы докладывались на заседаниях кафедры физической географии СССР МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва, 1988-89), на 3-ем съезде Географического общества Казахстана (Алма-Ата, 1990), на конференции "Экологические проблемы и экологическое образование в Казахстане" (Алматы, 1992), на региональной ветре-

че по проблеме уменьшения опасности стихийных бедствий (Ал-маты, 1994).

По теме диссертации опубликовано 4 статьи.

Структура и объём работ!. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, включает 26 таблиц, 10 рисунков, общий объём 143 страницы машинописного текста, список использованной литературы составляет 250 названий, из них 12 иностранных. Приложение включает 39 карта-схем и 33 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ X. КОНЦЕПЦИИ, КРИТЕРИИ И ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ЗАСУХ 1.1. Развитие концепции засух

Понятие "засуха" сегодня настолько органично вошло в географическую и агрономическую практику, что невольно складывается впечатление о наличии достаточно чёткого, однозначного понимания её природы. Между тем говорить о наличии обобщённой модели засухи, задаваемой на уровне её наиболее существенных признаков пока не приходится.

Чаще всего происходит подмена понятий "засуха" и "засушливость". Засуха, как аномальное состояние погоды может проявляться в любом районе, засушливость (аридность) характеристика климата определённых местностей. Разное понимание сущности явления вызвало появление множества определений и подходов (Бучинский, 1976; Раунер, 1983; Утешев, 1972; Педь, 1975; Дроздов, 1980 и др.). Например, ВМО выделяет шесть типов засух: метеорологическую, климатологическую, атмосферную, сельскохозяйственную, гидрологическую, общественную.

Каждый из подходов имеет свои достоинства и недостатки. Подход с позиций метеорологической засухи объективен, но практически количественная его оценка является условной, поскольку в каждом районе аномалии тепла и влаги, принимаемые за засуху, должны быть различными. Например, засуха в Северном Казахстане по абсолютным значениям метеоэлементов соответствует вполне благоприятным условиям увлажнения в Южном Казахстане.

В агрометеорологическом аспекте засухи всегда связаны с каким-либо показателем урожайности сельскохозяйственных культур. Недостатком агрометеорологического подхода является то, что он отражает лишь малую часть многофакторного воздействия засухи на окружающую среду.

Исходя из вышесказанного, мы пришли к выводу, что упомянутые подходы не обеспечивают понимания всего комплекса эколого-географических последствий засух.

- . 7 4.

Помимо названных направлений, специального внимания заслуживает, на наш взгляд, комплексный географический подход, понимаемый как географическая засуха. Соотношения объёмов различных понятий засухи можно отразить графически (рис. 1.).

В подобном случае необходимо конкретизировать географическую сущность засухи, отразив её в географическом определении, которое позволит привести её многочисленные значения к единому "знаменателю".

Для понимания географической сущности засухи следует учитывать, что:

1) засуха - динамическое состояние геосистем в многофакторном гидротермическом пространстве, аномальное по местным условиям;

2) засуха есть результат прогревания и относительного иссушения воздушных масс и подстилающей поверхности в областях повышенного давления;

3) засуха - эпизодический фактор дестабилизации природной среды региона, приводящий к социально-экономическому ущербу.

Выявив наиболее информативные признаки и подчеркивая географическую сущность явления, автор предлагает следующее определение: ЗАСУХА - это экстремальное состояние геосистем в длительные периоды аномально сухой для данной местности погоды, приводящее к деформации их структуры и функционирования, сопровождающееся отрицательными социально-экономическими последствиями. Изложенное определение, по нашему мнению, выгодно отличается от существующих тем, что позволяет: 1) рассматривать засуху как комплексное физико-географическое явление; 2) учитывать не только агрономические последствия, но и динамику всех компонентов геосистем, а также социально-экономические последствия засушливых периодов; 3) определить экологические параметры засухи не для отдельных агрокультур, а для геосистем в целом.

1.2. Проблема критериев засух

Неясности и противоречия обнаруживаются и при анализе критериев засух. В географическом плане типизацию засух целесообразно проводить по'условиям проявления, с учётом длительности, охвата территории, разнообразия последствий. Очевидно, географов удовлетворял бы такой показатель засухи, который соответствовал бы комплексному географическому определению явления, давал возможность графического представления и последующего сравнения интенсивности засух в разных природных зонах и определялся бы по данным синоптических карт и бюллетеней, без расчётов по сложным формулам.

Автор предлагает выразить в общем виде интенсивность

а) МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАСУХА

V

б) ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАСУХА

г) АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАСУХА

Увеличение испарения с водной поверхно сти, понижение уровня озёр, рек, грунтовых вод и т.д.

Нарушение режима развития растений, понижение урожайности и т.д.

I

Уменьшение запаса доступной растениям влаги

в) ПОЧВЕННАЯ ЗАСУХА

Иссушение почвы, увеличение дефляции, пыльные бури

Д) ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАСУХА

|Переход геосистем |в другое (экстремальное) состояние |в пределах инварианта

J

Рис. 1. Графические модели содержания понятия "засуха", (составила Абишева 3. М.)

Условные обозначения: 1 - фактор; 2 - объект; 3 - следствие; А - аномально сухая и жаркая погода; П - почвы; - Г - гидрологические объекты; Р - растения; ГС - геосистемы.

I-1

V

О

(опасность) засухи в каждой конкретной зоне формулой:

I = £ (А ; Д ; Т ) , (1)

где А - коэффициент аномалий метеорологических показателей за период засухи по отношению к норме для данной природной зоны и времени года (месяца, сезона); Д - коэффициент длительности тёплого периода в данной зоне; Т - коэффициент охвата территории засухой по отношению к площади всей природной зоны.

Чем ближе значение коэффициента к 1.00, тем интенсивнее засуха в данной природной зоне, тем больше экономический ущерб и значительнее географические последствия засухи.

В качестве показателя аномалий метеорологических показателей автор предлагает коэффициент "относительной влагообес-печенности" (К), который рассчитывается по формуле:

К = Ф / С , (2)

"ф = Оф/Тф,С = Ос/Тс, (3,4)

где К - коэффициент "относительной влагообеспеченности" месяца, Ф - фактический показатель влагообеспеченности месяца, 0 ф - фактическое количество осадков за месяц, (мм), Т ф - фактическая средняя месячная температура, (°С), С - средний многолетний показатель влагообеспеченности месяца (норма), О с - среднее многолетнее количество осадков за месяц, (мм), Т ф - средняя многолетняя температура месяца, (°С).

Удобство использования коэффициента "относительной влагообеспеченности", на наш взгляд, заключается в том, что он даёт возможность сравнения интенсивности засухи как по месяцам и годам, так и между различными пунктами в разных географических зонах, а также легко рассчитывается и графически изображается.

2. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ЗАСУХ В КАЗАХСТАНЕ

2.1. Изучение засух в Казахстане

Климатические исследования режима атмосферных засух в Казахстане были начаты в 40-50-х годах А. С. Утешевым и Н. Ф. Самохваловым. К настоящему времени по этой проблеме выполнены многочисленные научные изыскания (Байдал, 1955,1963; Утешев, 1972; Байдал, Неушкин, 1979; Рекомендации ..., 1973; Скаков, 1982, 1985; Чичасов, 1991; Власенко, 1992; Панова, 1985 и др.). Большинство исследований проведено в целях разработки методики прогнозирования и мер борьбы с засушливыми явлениями .

В то же время, исследования экологических последствий засух по принципу "засуха - явление" носят разобщенный отраслевой характер (Рындина, 1965; Фадеева, 1967; Кириченко, 1980; Агаркова, 1980, 1981; Вилесов и др., 1981; Эколого-фи-зиологические исследования ..., 1987; Комплексная характеристика пастбищ ..., 1990 и др.). Таким образом, исторически сложившиеся взгляды на засуху, по нашему мнению, ограничивают всестороннее изучение этой проблемы. Исследование комплекса географических последствий засухи возможно на основе системного подхода к определению её сущности и критериев.

2.2. Пространственно-временные особенности проявления засухи в Казахстане

Поскольку общепринятого определения засух не существует, то каждый исследователь, исходя из тех или иных принципов, составляет свой каталог засух (Дроздов, 1976; Мещерская, Бла-жевич, 1978; Григорьева, 1979; Раунер, 1981; Скаков, 1987; Каталог ..., 1988 и т.д.), которые в основном охватывают территорию Северного Казахстана. В данной работе для выявления пространственно-временной структуры засух были составлены авторские каталоги засушливых лет в Казахстане, в основу которых было положено географическое определение засухи. При выявлении засушливых лет нами учитывались не только аномалии метеорологических элементов по наблюдениям Гидрометслужбы, но и их влияние на природную среду и хозяйственную деятельность населения (в особенности, реакции естественных фитоценозов, пастбищной растительности и культурных растений, как наиболее явных индикаторов состояния природных и природно-антропоген-ных геосистем). Для объективного отражения состояния геосистем в разные годы нами использована 5-балльная шкала, которая позволяет в сопоставимой форме отразить реакцию окружающей среды на засуху в различных регионах. Балльные оценки состояния геосистем во второй половине лета нанесены на карты-схемы, на основании которых составлены каталоги засушливых лет для природных зон, экономических районов и административных областей Казахстана.

Территориальный охват засушливых явлений в Казахстане год от года резко меняется (таблица 1). Наибольшая вероятность засух характерна для Западного и Центрального Казахстана, где засушливые годы отмечаются приблизительно в 50 % рассмотренных лет. Засухи чаше проявляются в полупустынной зоне, в её западном и центральном секторах. Наименьшее число засушливых лет наблюдается в Северном и Южном Казахстане, в лесостепной, а также восточных секторах степной и пустынной зон.

Анализ каталога засушливых лет по Казахстану (таблица 2) в целом показывает, что за период 111 лет (с 1883 по 1993 го-

Таблица 1

Вероятность засушливых лет в Казахстане {%) (составила Абишева З.М.)

1 I Зона 1 I Подзона С Е К Т 0 Р 1 1

Запад 1 1 Центр 1 Восток

¡ЛЕСОСТЕПЬ - 1 1 28 1 - 1 28 |

|СТЕПЬ |Северная I Южная 38 1 1 28 | 50 I 25 1 28 | 1 38 |

|ПОЛУПУСТЫНЯ 53 1 1 | 53 | 44 1 50 |

|ПУСТЫНЯ I Северная |Южная 47 1 1 47 1 41 1 34 1 44 | 1 41 |

|в СРЕДНЕМ | | 40 1 1 42 | 34 | |

Таблица 2

Каталог засушливых лет в Казахстане (составила Абишева З.М.)

1 1 коды | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Всего за десятилетие 1 "| ! л I

¡1880 X X + + + 4 1 0,4 |

¡1890 + + + + 4 1 0,4 |

\l900 | + + + + 4 [ 0,4 [

¡1910 | + + 2 1 0,2 |

¡1920 \ + + + 3 1 0,3 |

¡1930 \ + + + • + + + + 7 1 0,7 |

¡1940 | + + + + 4 1 0,4

|1950 | + + + + 4 \ 0,4 |

¡1960 ! + + + 3 1 0,3 |

¡1970 | + + + 3 1 0,3 |

¡1980 \ + + + + + + 6 1 0,6 |

¡1990 \ + X X X X X X X 1

\ВСЕГО! | 1 7 2 7 5 4 2 8 3 3 4 45 I 0,4 | 1 1

Примечание:У\ - плотность потока событий; х - нет даных; + - засушливый год.

ды) в Казахстане отмечено 4 5 засушливых лет, причём чаще это нечётные годы, чем чётные (соответственно, 28 и 17). Наибольшее количество засушливых лет выпадает на 1-ый, 3-ий и 7-ой годы десятилетий (7-8 засушливых лет), что связано с наложением друг на друга разновременных циклов (2-х, 11-летних и т.д.). Наиболее засушливыми оказались 30-е и 80-е годы, в которых насчитывается по 5-7 засушливых лет.

Изучение пространственно-временного распределения засух является основой для составления вероятностных прогнозов, которые необходимы при планировании аграрных мероприятий (Рау-нер, 1976; Скаков, Нурбеков, 1984). Строгой периодичности засух в смысле регулярного повторения их через определённое число лет с сохранением фазы колебаний установить не удаётся, но вероятность засух существенно различаются в зависимости от того, когда наблюдалась засуха в прошлом. По нашим расчётам, 4,7,8,10,12,14,16,20,24 и 26-ой годы после предыдущей засухи в Казахстане имеют повышенную вероятность повторения. Таким образом, если последняя крупная засуха наблюдалась в республике в 199^. году, тогда повторения засушливых лет следует ожидать в 1995, 1998, 1999, 2001, 2003 и т.д. годах. Краткость периода наблюдений не позволяет утверждать, что выявленная структура ряда может быть надёжно подтверждена статистически. Тем не менее, применение данного метода в комплексе с другими увеличивает заблаговременность прогноза. Автором также проведён эксперимент по применению информационно-логического подхода к прогнозированию засух в Казахстане, который показал возможность его использования в этих целях при наличии необходимых данных.

3. ПРИР0ДН0-Х03ЯЙСТВЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАСУХ В КАЗАХСТАНЕ

3.1. Экологические основы исследования географических

последствий засух

Широкий спектр воздействия атмосферной засухи на природу предопределяет необходимость применения системного ландшафт-но-экологического подхода к разработке концепции изучения её последствий.

Особенностью современного этапа развития географической среды является совмещение в едином процессе дестабилизации геосистем двух групп факторов: природных и антропогенных. Геосистемы эволюционно приспособлены к колебаниям природных факторов в определённых пределах, после достижения которых, факторы выступают уже как возмущающие, дестабилизирующие (закон толерантности, В. Шелфорда). Экологическая дестабилизация

природной среды Казахстана в засушливые годы является сложный процессом, который проявляется в различных аспектах структуры и функционирования геосистем.

Для установление пределов колебания гидротермических показателей вегетационного периода, в которых могут функционировать равнинные геосистемы Казахстана использован метод информационно-картографического анализа связи факторов и компонентов геосистем (Пузаченко, 1971). В результате автором определены амплитуды гидротермических показателей для некоторых автоморфных и гидроморфных геосистем Казахстана.

Очевидно, что чем больше амплитуда по метеорологическому показателю, тем более устойчива геосистема к изменению этого показателя и, наоборот, чем меньше амплитуда, тем более неустойчива геосистема при изменении среды. Например, наименее устойчивой к недостатку влаги и избытку тепла является равнинная лесостепная геосистема с остепнённо- луговой растительностью на чернозёмах обыкновенных, которая формируется в благоприятных условиях Северного Казахстана. Среди зональных автоморфных геосистем наибольшей толерантностью характеризуются полупустынные геосистемы . И это не случайно, так как они эволюционно сформировались в условиях наибольшей повторяемости засух и имеют экотонный характер.

Значения пределов устойчивости автоморфных геосистем Казахстана изменяются постепенно с севера на юг в зависимости от климатической зональности.

В каждом регионе должен иметь место целый спектр ланд-шафтно-экологических откликов на атмосферную засуху. Например, наиболее полный спектр деформации структуры и функционирования в периоды засух характерен для зональных аридных геосистем Казахстана, где засуха усиливает экологическое напряжение окружающей среды. На гидроморфные геосистемы (пойменные, лугово-болотные) засухи, в силу ранее указанных причин, оказывают меньшее влияние. В то же время, в районах с избытком увлажнения и недостатком тепла (горные районы - джайляу) воздействие засухи не геосистемы более благоприятно.

Таким образом, характер изменений геосистем в засушливые годы (степень дестабилизации) зависит как от интенсивности и продолжительности возмущающего воздействия атмосферной засухи (внешних факторов), так и от засухоустойчивости конкретной геосистемы (внутренних свойств).

Количественные значения засухоустойчивости для конкретных геосистем Казахстана определяются верхними пределами показателей тепло- и нижними пределами влагообеспеченности. Например, в многомерном гидротермическом пространстве геосистемы занимают соответствующие области устойчивости. Каждая из областей может быть разделена на три подобласти - состояния (норма, засуха, избыточное увлажнение). В таком случае, критерии засухи и пределы засухоустойчивости для каждой геосис-

темы Казахстана представлены индивидуальными значениями метеорологических факторов. Границы состояний геосистем Казахстана пересекаются в гидротермическом пространстве, например, состояния засухи для Гс-5 и Гс-12 соответствуют состоянию избыточного увлажнения для Гс-8.

Учитывая разнообразные проявления устойчивости, отмеченные многими исследовОателями (Устойчивость геосистем, 1983; Арманд, 1988; Гродзинский, 1987 и др.), представим простейшую модель поведения геосистемы при внешнем воздействии атмосферной засухи. При этом в общем виде инвариант геосистемы может быть задан как некоторая область А в многомерном пространстве переменных геосистемы, состояния а^ - как подобласти этого пространства. Множество а^, а^, ..., а^принадлежит инварианту А. При воздействии на геосистему аномалий гидротермических факторов возможны четыре варианта поведения геосистемы:

1. Геосистема остаётся в состоянии а[_ в течение всего времени воздействия, так как устойчивость геосистемы при слабом воздействии обеспечивается инертностью.

2. Геосистема выходит из состояния а(_, но возвращается в него, так как при среднем уровне воздействия устойчивость обеспечивается восстанавливаемостью.

3. При достаточно сильном воздействии геосистема выходит из состояния а^и стабилизируется в другом состоянии а^ (географическая засуха), не выходя за рамки инварианта А, устойчивость обеспечивается пластичностью.

4. При дальнейшем усилении нагрузки выше пределов засухоустойчивости геосистема выходит из состояния а^ и переходит в состояние в^, не принадлежащее инварианту А. Таким образом, геосистема выходит за пределы устойчивости и происходит смена её, в худшем случае - разру шение геосистемы (опустынивание, пожары).

Таким образом, геосистемы Казахстана занимают различные "Экологические ниши" по отношению к гидротермическим факторам окружающей среды, что является их приспособлением к различным климатическим условиям. В то же время, следует предположить, что при длительных тенденциях изменения климата (при увеличении повторяемости засух), более засухоустойчивые геосистемы будут расширять свои ареалы за счёт менее устойчивых, что в конечном итоге и является проявлением процесса опустынивания.

3.2. Влияние засух на природные компоненты и экологическую ситуацию

Основой для борьбы с неблагоприятными последствиями засух, на наш взгляд, должно стать изучение специфики "цепных" реакций, возникающих в природной среде в засушливые годы, на

основании количественных и качественных данных о протекающих процессах. Степень воздействия атмосферной засухи на различные компоненты геосистем неравнозначна вследствие неодинакового соотношения в них динамической и статической частей. Тем больше динамическая составляющая в компонентах геосистем, тем большее влияние будут оказывать на них внешние факторы. Следовательно, литогенные компоненты геосистем (геологическое строение и рельеф) будут реагировать на засуху слабее, чем биоценозы, почвы и водный режим.

Изменения тепло- и влагообеспеченности атмосферы в засушливые годы прежде всего сказываются на открытых водных объектах (ледники, снежники, реки, озёра) и связанных с ними грунтовых водах и осложнены в какой-то степени их структурой и инерционностью. В общей форме реакция водных объектов Казахстана на воздействие засух неоднозначна и приводит в ряде случаев к противоположным результатам. Прямое воздействие избытка тепла и недостатка влаги стимулирует увеличение испарения с водной поверхности, уменьшает сезонный (летний) расход рек, уровень мелких равнинных озёр и грунтовых вод. В горах засуха вызывает увеличение таяния ледников и снежников, как следствие, уменьшается их площадь и мощность, повышается уровень снеговой линии (Вилесов, 1981; Денисова и др., 1988). В то же время, динамика ледников, обусловленная изменением увлажнения опосредованно сказывается на увеличении стока горных рек и водного баланса горных озёр, частично компенсируя дефицит влаги из других источников.

Атмосферные засухи в Казахстане создают особую экологическую напряжённость почвенных условий, так как скорость испарения почвенной влаги находится в непосредственной зависимости от дефицита влажности воздуха. Реакция различных типов почв не однородна, тем не менее общим для всех является понижение влажности, что заметно понижает ветроустойчивость почв и усиливает опустынивание и дефляционные процессы. Поэтому губительными спутниками засух являются пыльные бури. Они наносят огромный ущерб всем отраслям народного хозяйства. В засушливые годы число суток с пыльными бурями намного превышает средние многолетние значения. Например, для большей части Северного Казахстана число суток с пыльными бурями колеблется от 8 до 32. В сильно засушливые годы отмечалось до 60 суток с пыльными бурями (Власенко, 1992).

Кроме иссушения почв на увеличение количества пыльных бурь оказывает большое влияние снижение защитной роли растительного покрова вследствие уменьшения надземной фитомассы и проективного покрытия поверхности.

Тем не менее, засуха, продолжающаяся несколько суток или даже в течение целого сезона, не может привести к качесвтен-ным изменениям свойств почв, что обусловлено их приспособлением в процессе эволюции к резко континентальному климату Ка-

захстана и неустойчивому увлажнению по годам.

В результате исследований мы пришли к выводу, что вследствие значительной инерционности гидрологических объектов и почв, влияние засух на них выявляет сложные зависимости и не всегда прямолинейно. Значительные изменения данных компонентов в большей степени подчиняются тенденциям колебания климата, нежели отдельно взятых засушливых сезонов.

Растительный покров является наиболее показательным и ощутимым признаком изменений в геосистемах Казахстана в засушливые годы. Адаптация к засухе для растений и растительных сообществ Казахстана относится к числу функциональных, жизнеобеспечивающих проблем, отражается на их строении и функциях на разных уровнях организации и имеет следующие особенности:

1. Типологическая расплывчатость, которая выражается в глубоком проникновении представителей одних типов растительности в сообщества других типов. Адаптивная сторона типологической расплывчатости заклинается в использовании растениями всех возможных экологических ниш при засухе, например, совместное существование в пустынных ценозах ксерофильной и эфемеровой растительности. У ценозов есть как бы варианты цено-тических состояний, которые соответствуют тем или иным гидротермическим условиям года. Например, в степях во влажные годы обилие разнотравья и его видов выше, чем в засушливые. Некоторые элементы флористического состава как бы "мерцают" в зависимости от складывающихся погодных условий, другие же виды (дерновинные злаки в степях, полукустарнички в полупустынях) достаточно постоянны при большом разнообразии погод. Однако ценоз, как инвариантная система, сохраняется.

2. Структурность (мозаичность, комплексность, микрозональность и т.п.) - это адаптивная черта, связанная с неоднородностью местообитаний, особенно ярко проявляющаяся в периоды засух. Например, в засушливые годы в песчаных пустынях лучшие условия увлажнения сказываются не в понижениях с сформировавшейся почвой, а на пологих склонах и вершинах с рыхлым песком.

3. Разреженность постоянных ярусов растительного покрова, связанная с увеличением конкуренции за влагу между растениями в засушливые годы и, соответственно, понижение продуктивности надземной фигомассы. Степень разреженности растительного покрова, по сравнению с нормой, отражает суммарные экологические условия вегетационного периода. Как показал анализ временной изменчивости зональных сообществ Казахстана, их продуктивность в засушливые годы снижается, по отношению к средней многолетней, в 1,5 - 2 раза. При этом наименьшее снижение продуктивности отмечается для территории полупустынной зоны Казахстана, наибольшее - для лесостепной и юга пустынной зоны.

4. Сужение слоя жизни. Недостаток влаги и периоды засух

ограничивает прирост растений, кроне того, приземистость позволяет растениям лучше переносить засуху вследствие уменьшения поверхности испарения.

5. Увеличение доли подземной фитомассы, по сравнению с нормой, в связи с понижением продуктивности надземной фитомассы. Доля подземной фитомассы в зональных ценозах Казахстана увеличивается от степей к северным полупустыням (приблизительно от 80 до 88 %) и снижается в пустынных зональных ценозах (до 75-80 %). Доля подземной фитомассы в засушливые годы варьирует на значительно более высоком уровне, достигая иногда 98 %.

Вышеперечисленные общие направления реакции растительных сообществ Казахстана на засуху могут быть использованы для прогноза и комплексной оценки динамики конкретных ценозов в засушливые периоды на основе выявленных нами критериев засухоустойчивости геосистем.

3.3. Оценка природно-хозяйственных последствий засух и природопользование

В республике Казахстан, где одной из основных отраслей сельского хозяйства является животноводство, естественные пастбища составляют 175 млн. гектаров. Пастбищные угодья дают самые дешёвые корма и пригодны к использованию большую часть года или круглый год. Однако урожайность пастбищ низкая и под влиянием целого ряда факторов имеет резкие колебания. Чтобы улучшить и рационально использовать сенокосы и пастбища, нужно прежде всего знать сезонное изменение растительности на основных типах пастбищ, динамику их кормового запаса. Несомненный интерес в связи с этим представляет установление закономерностей между засухами и продуктивностью пастбищных угодий .

В связи с вышеизложенным приводятся результаты пятилетних исследований продуктивности пастбищ Южного Прибалхашья и северного склона Заилийского Алатау, объединяющих в едином экологическом створе основные пастбища всех сезонов года. Значительная амплитуда условий развития пастбищной растительности обусловливает большое её разнообразие в районе исследований.

Пустыни Южного Прибалхашья занимают 5,6 млн. гектаров. Сюда относятся в основном пески Сарыесик-Атырау и Таукум, а

bL

также низовья рек Или и Каратал. Это, главнм образом, бугристые и бугристо-грядовые пески, покрытые кустарниково-изене-во-пырейно-полынной растительностью с примесью эфемеров и эфемероидов. Северная часть Сарыесик-Атырау, примыкающая к оз. Балхаш, покрыта тростником и солянками с примесью гало-фитных злаков, ближе к р. Или примыкают участки черносакса-ульников с серой полынью и солянками.

Растительность пастбищ долин рек Шарын и Каркара представлена следующими основными типами пастбищ: степные средне-горные (типчаковые), луговые среднегорные (злаково-разнотрав-ные), лугово-степные высокогорные (арчево-кобрезиево-типчако-вые) и луговые высокогорные (манжетковые, кобрезиевые).

Если рассматривать колебания урожаев в погодичном разрезе , то зависимость урожаев пастбищных и сенокосных трав от метеорологических условий очень разнообразна. В сухих тёплых районах (Южное Прибалхашье, предгорные районы) имеют место прямые связи урожаев с запасами почвенной влаги и показателем увлажнённости за вегетационный период и обратные связи с; показателем испаряемости. В умеренно прохладных областях (долина р. Каркара) возрастает значение прямых связей с температурами воздуха и показателем испаряемости.

В аридных районах даже незначительные отклонения в количестве осадков в засушливые годы приводят к заметному снижению урожайности. Наибольшие колебания урожайности наблюдаются у эфемеровых пастбищ (155 %), т.к. питание растений обеспечивается за счёт влагозапасов верхних горизонтов почвы, которые быстро истощаются в засушливые годы. Наименьшие колебания зафиксированы у пастбищ, доминантами которых являются кустарники (40 %) и груботравные многолетники (70 %).

В районах с достаточным и избыточным увлажнением продуктивность будет тем выше, чем больше тепла. Например, продуктивность кобрезиево-типчаковых пастбищ изменяется от 7-12 ц/га во влажные (холодные) годы до 20-22 ц/га в засушливые (тёплые) годы,кобрезиевых - от 5-6 до 7-8 ц/га и т.д.

Обширные территории Казахстана заняты посевами зерновых культур (яровые и озимые). Как показали исследования (Масловская, 1980, 1984, 1987; Федюшина, 1987; Глумова, 1984, 1987; Чичасов, 1987, 1988; Раунер, 1981 и др.), снижение урожайности зерновых культур в Казахстане в подавляющем большинстве случаев обусловлено засушливыми явлениями вегетационного периода. Вследствие отсутствия адаптационных механизмов по отношению к засухам, агроценозы имеют меньшую устойчивость по сравнению с естественными фитоценозами.

Автором по данным ЦСУ построены графики колебания урожайности зерновых культур в Казахстане и рассчитаны тренды. Колебания урожайности от линий трендов очень велики и они не уменьшаются с повышением культуры земледелия. Изменчивость урожаев в основных зерносеющих районах Казахстана наблюдается не только по годам, но и по секторам. Так, относительная изменчивость урожайности в западном и центральном секторах больше, чем в восточном, что связано с большей вероятностью повторения засушливых лет.

Урожайность яровой пшеницы во многом определяется временем наступления атмосферной и почвенной засухи. Наибольший вред оказывают засухи, продолжающиеся в течение всего вегета-

ционного сезона. Если сравнивать воздействие весенних и летних засух, то первые оказывают большее влияние на урожайность, так как в это время формируется почти вся вегетативная масса и развиваются продуктивные органы.

К числу природно-хозяйственных последствий засух следует отнести лесные пожары, которые не только нарушают водоохранное значение и почвозащитную роль древесной растительности, но и значительно сокращают площади и сырьевую базу лесов. Существует определённая зависимость лесных пожаров от засушливости сезона: чем больше засушливость сезона, тем чаще происходят пожары. Тем не менее строгой пропорциональности в соотношении этих показателей нет, так как причины пожара различны, а засухи лишь создают условия для их возникновения.

Отдельные примеры, приведённые ранее, показывают, что засухи наносят существенный ущерб народному хозяйству Казахстана. Следует отметить, что различают два вида ущерба от засух - экономический и социально-экологический. Судя по данным литературных источников (Алексеев, 1988), имеет место учёт только прямого экономического ущерба (например, недобор урожая яровой пшеницы). Большинство же видов косвенного экономического и социально-экологического ущерба, наносимого засухами не поддаётся денежной оценке. Отсутствие полной и систематической информации об ущербе в разных отраслях хозяйства Казахстана не позволяет своевременно и в требуемом объёме предпринимать защитные меры по сокращению и предотвращению негативного воздействия засух на эти отрасли.

В поисках путей рационального природопользования в засушливые годы не обойтись без комплексного ландшафтно-эколо-гического подхода при территориальной организации сельскохозяйственного производства, который заключается в следующем: -во всестороннем изучении взаимосвязей всех компонентов геосистем и их изменений под влиянием атмосферной засухи;

- в создании региональных кадастров природных условий и естественных ресурсов;

- в разработке географических прогнозов засух и их последствий;

- в подготовке конструктивно-географических предложений по рациональному природопользованию в засушливые годы в каждом природно-хозяйственном регионе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исторически сложившиеся взгляды на сущность засухи ограничивают всестороннее географическое изучение засух в Казахстане. На наш взгляд, необходимо разработать географическую концепцию засух и на этой основе оценить её эколого-геог-рафические последствия. Автор определяет засуху как экстремальное состояние геосистем в длительные периоды (вегетацион-

ный период) аномально сухой для данной местности погоды, приводящее к деформации их структуры и функционирования, сопровождающееся отрицательными социально-экономическими последствиями .

2. Предложенный автором коэффициент "относительной вла-гообеспеченности" соответствует комплексному географическому определению засухи, отражает соотношение тепла и влаги в конкретных пунктах метеонаблюдений и позволяет сравнивать интенсивность засух в разных природных зонах Казахстан.

3. За период с 1883 по 1993 годы в Казахстане автором отмечено 45 засушливых лет, причём, чаще это нечётные годы, чем чётные (соответственно - 28 и 17 лет). Наиболее засушливыми оказались 30-е и 80-е годы XX века. Наибольшая вероятность засух характерна для центральной полосы Казахстана, примыкающей с севера к зоне пустынь умеренного пояса.

4. Впервые предложена принципиально новая методика долгосрочного прогноза засух в Казахстане, основанная на информационно-логическом подходе к расчету коэффициентов связи предикторов и предиктантов.

5. В засушливые годы геосистемы Казахстана функционируют в экстремальном для них состоянии засухи, в котором ослабляются пространственные связи, изменяются вертикальные и горизонтальные структуры и закономерности взаимодействия компонентов и морфологических единиц. Для конкретных геосистем состояние засухи характеризуется различными количественными значениями гидротермических показателей вегетацинного периода. Определение критериев засухи и пределов засухоустойчивости геосистем Казахстана произведено автором с помощью метода информационно-картографического анализа.

6. Степень воздействия засухи на компоненты геосистем неравнозначна вследствие неодинакового соотношения в них статической и динамической частей, поэтому органическая и неорганическая природа по-разному реагируют на одну и ту же засуху. Наибольшим изменениям в засушливые периоды подвергаются водные объекты, почвы и биоценозы, в которых атмосферная засушливость вызывает многоступенчатые "цепные" реакции, изменяя закономерные связи и условия функционирования.

7. Наиболее явным индикатором состояния геосистем Казахстана автор считает естественный растительный покров. Специфика адаптации растительных сообществ к засухе направлена на поддержание соответствия их структуры и функционирования напряжённости факторов среды. Анализ эмпирических фактов и наблюдений позволил выделить общие направления реакции растительных сообществ Казахстана на атмосферно-почвенную засуху. Особенно неблагоприятны для растений засухи, повторяющиеся несколько лет подряд, что губительно сказывается на продуктивности естественных пастбищ за счёт изменения видового состава фитоценозов.

8. Засухи наносят значительный экономический ущерб народному хозяйству республики, особенно сельскому хозяйству, способствуя увеличению количества лесных пожаров, понижению урожайности агроценозов и естественных пастбищ. Вследствие отсутствия адаптационных механизмов по отношению к засухам, агроценозы имеют меньшую устойчивость по сравнению с естественными фитоценозами.

9. В настоящее время ведётся учёт только прямого экономического ущерба от засух (недобор урожая, потери скота и т.д.). Большинство же видов косвенного экономического ущерба не поддаётся денежной оценке.

10. Решение задачи изучения и прогнозирования последствий засух требует ландшафтно-экологического подхода. Сведение к минимуму губительного воздействия засух на природные процессы и явления и планомерная борьба с засухами играют важнейшую роль в сохранении природных ресурсов Казахстана и организации рационального природопользования.

Основные положения дисергации изложены в следующих публикациях:

1. Засухи в Казахстане и дестабилизация экосистем // Эколого-географические исследования Казахстана: Межвузовский сб. науч. трудов. КазГПУ им. Абая. - Алма-Ата, 1990. - С. 31-39 .

2. Влияние засух на состояние ландшафтов равнинных территорий Казахстана // Наука в учебном процессе: Сб. материалов науч. конф. проф.-преп. состава КазПИ им. Абая. - Алма-Ата, 1990. - С. 116-117.

3. Изменчивость урожайности зерновых культур в Казахстане под воздействием засух // Тезисы 43-ей научн. конф. проф.-преп. состава КазГПУ им. Абая. - Алма-Ата, 1992. - С. 66-67 .

4. Засухи в Казахстане // Вестник Московского Ун-та. Серия 5. География. - 1992. - N 2. - С. 100-103.

Abisheva Z. M.

"Ekological and geographical consequences of droughts

in Kazakhstan (from the aspect of using of nature)"

11.00.11 - Protection of Environment and rational use of natural resources

Droughts in Kazakhstan have huge influence on all branches of a economy and have numerous interconnected consequences. The decision of a problem of study and forecasting of consequences of droughts requires landscapic and ecological approach.

In the work the concepts, criterion and geographical essence of droughts, but also spatial and temporal peculiarities of display of droughts in Kazakhstan are considered. The author determines a drought as an axtreme condition of geosystem during long petiods of abnormally dry weather in one present district, resulting to deformations of their structure and functioning. In result of research of a condition of geosystems the catalogues of droughty years of natural zones, areas and economic regions of Kazakhstan are made.

The significant part of the dissertation are devoted to study of natural-economic consequences of droughts in Kazakhstan. In the viork mathematical methods of forecasting of droughts and their consequences are used, criterif of a drought for some geosystems Kazakhstan are determined.

Эб1шева 3. М.

23

"Даза^стандагы к,уацшылык,тьщ экологияльщ-географиялык, acepi (табигатты пайдалану мзселес!нде)"

11.00.11 - Коршаган ортаны коргау жэнэ табигат ресурстарш тя1мд! пайдалану.

Кдзаь;стандагы куацшылык шаруашклыктьщ барлык; салаларыка култ1 scepiH тиг1зед1, соньшен катар кептеген егара байлакнс-тарга зарлаптарын тиг1зед1. Куаншшщ эсершэн болатын зардап-тардь; зерттеу мен болжау, оны ландшафтык-экологиялык; тургыда карастыруды каяет етед1.

Ж'т'мыста куаншылыктыч калкптасуыныц географиялык; нег1з1, т'т'нырьмдамалары мен белг!лер1, сокымен б1рге ^уан.шылыктвд Казакстандагы уакыт ке?Дст1Пндег1 байкалу ереюгел1П карастк-рылган. Автор дуанлылыктын, белгьп! 6ip жердег! aya райкнын '-'зак, уакыт нормадан ауытккп К'т'Р^ак; болуыкан геосистемакык; экстремалям жагдайга келу!,ягни окыц цурылымы мен зрекэт ету1ь:1:-; озгерухяе экел!п согатыкын дэлелдейд!. Геосистемалар жагдайын зерттеу нетпжеспнде Казакстаннын, зкокомикалык; аудандары мен табигат зоналары бсйшиа куанаыльщ жылдардьн каталоги жасал-гак.

Лиссертациякын басым бел!г1 Казакстакдагы куашпылыктын, тасиги-шаруашыльщ зардаптаркн зерттеуге аркалган. Ятаыста куацшылкктын зардаптаркн болзаудьщ математикалык, эд1стер1 к,ол-данылган Казацстанкыц Ksfióip геосистемалары уи!н дуаншылыкты аныктаудыц белг!лер! ажкратылган.