Освоение, антропогенные изменения и современное состояние болотных геосистем Тверской области

Муравьева, Любовь Валерьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Освоение, антропогенные изменения и современное состояние болотных геосистем Тверской области
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Освоение, антропогенные изменения и современное состояние болотных геосистем Тверской области"

На правах рукописи

005010436

Муравьева Любовь Валерьевна

Освоение, антропогенные изменения и современное состояние болотных геосистем Тверской области

Специальность 25. 00. 23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

ОЕЗ

2012

Москва -2011

005010436

Работа выполнена на кафедре физической географии и экологии факультета географии и геоэкологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тверской государственный университет»

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

„ Емельянов Александр Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Евсеев Александр Васильевич

кандидат географических наук, доцент Кошевой Владимир Александрович

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет»

Защита состоится 27 февраля 2012 г. в 15-00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.154.29 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 129626, г. Москва, ул. Кибальчича, д.16, ауд. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу: 119991, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан «_» января 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ///]' н.Н. Роготень

Актуальность темы. Болотные геосистемы являются неотъемлемым элементом ландшафтной структуры территории Тверской области. Занимая около 9,5% площади, они выполняют важные средообразующие и экологические функции, играют роль «стабилизаторов» экологической обстановки, являются частью экологического каркаса территории Верхневолжья, находящейся между двумя крупными промышленными центрами - Москвой и Санкт-Петербургом. Вместе с тем, болотные геосистемы активно осваиваются человеком. Наиболее существенным видом антропогенного воздействия за последние 100 лет стала разработка торфяных ресурсов. Нарушенные болотные комплексы занимают сегодня около 7,5% общей площади болот, в наиболее развитых и заселенных районах (Калининском, Конаковском и др.) этот показатель достигает 26-29%. Нарушенные торфоразработками болота являются источником экологических проблем, связанных, прежде всего, с торфяными пожарами.

Как объект научного исследования болотные геосистемы рассматриваются на протяжении уже более 250 лет и достаточно хорошо изучены. Однако интенсивное преобразование болотных комплексов в XX в. поставило новые научные проблемы, связанные с изучением формирования, свойств, динамики природно-антропогенных комплексов на участках с необратимой трансформацией литогенной основы болотных геосистем.

Рациональное использование болотных геосистем невозможно без знаний основных закономерностей их антропогенного преобразования, динамики и восстановления естественным путем.

Объект исследования - болотные геосистемы Тверской области, в том числе измененные добычей торфа. Предмет исследования - закономерности размещения, процессы формирования и динамика природно-антропогенных комплексов.

Цель работы - изучение процессов формирования, динамики и современного состояния природно-антропогенных комплексов выработанных торфяных болот.

Основными задачами работы являются:

- исследование закономерностей размещения болотных геосистем Тверской области и районирование ее территории по степени заболачивания;

- выделение этапов освоения болотных геосистем;

- исследование процессов формирования природно-антропогенных комплексов на выработанных участках и их классификация;

- изучение многолетней динамики природно-антропогенных комплексов;

- эколого-экономическая оценка болотных геосистем Тверской области.

Научная новизна работы

• болотные геосистемы, нарушенные добычей торфа, рассматриваются как природно-антропогенные комплексы, сформировавшиеся в результате ан-

тропогенной трансформации литогенной основы и изменения водного режима; ’

• впервые проведено районирование Тверской области по степени заболачивания территории на ландшафтной основе;

• выделены этапы освоения болотных геосистем Верхневолжья и закономерности размещения нарушенных болот;

• выявлены факторы формирования и современное состояние природноантропогенных комплексов на участках болот, выработанных разными спо-'собами;

• впервые изучена многолетняя динамика степени увлажнения и зарастания, природно-антропогенных комплексов выработанных болот;

• предложена авторская классификация природно-антропогенных комплексов, составлены крупномасштабные карты;

• впервые дана эколого-экономическая оценка болотных геосистем для территории Тверской области.

Теоретическое значение и практическая ценность работы

Исследование болотных комплексов, нарушенных антропогенным воздействием, позволяет изучить процессы их восстановления естественным путем, выявить их многолетнюю динамику, разработать классификацию природно-антропогенных комплексов нарушенных болот, более глубоко изучить роль естественных и антропогенных факторов в формировании этих объектов.

Результаты исследования мо1уг найти применение в решении вопросов рационального использования торфяных болот Тверской области при возобновлении добычи торфа и восстановления нарушенных болотных комплексов. Материалы диссертации могут быть использованы в учебном процессе в высших учебных заведениях при подготовке специалистов по географии, геоэкологии и природопользованию.

Объекты и методы исследований Исследования проводились на территории Верхневолжья на выработанных торфяных болотах верхового и низинного типа, разрабатывавшихся карьерным и фрезерным способами в 1920-1990 гг.

На основе ландшафтного подхода был применен комплекс методов получения и обработки информации. Полевые методы исследования включали ландшафтное профилирование с комплексной характеристикой геосистем, определение в полевых условиях ряда показателей (минерализации, кислотности поверхностных вод и др.), отбор образцов торфа и проб воды. Лабораторные исследования включали определение влажности, зольности, степени разложения торфа, кислотности и др. химических показателей воды и торфа. Для выявления многолетней динамики природно-антропогенных комплексов широко применялся картографический метод. Компьютерное картографирование на основе наложения и сопряженного анализа топографических карт, аэрофото- и космоснимков разных лет проводилось в программе МарЫо. Собирались и анализировались фондовые и архивные материалы.

Основные защищаемые положения:

1) Различия в размещении болотных геосистем связаны с дифференциацией ландшафтов по высоте, генетическим типам мезорельефа, поверхностным отложениям. Главным критерием при районировании территории региона явилась степень ее заболоченности. Учитывались также преобладающие типы и размеры болот и ландшафтные условия, в которых сформировались болота. Выделено 30 районов, объединенных в пять основных групп по степени заболоченности.

2) Размещение выработанных болот на каждом этапе обусловлено преобладающим направлением использования торфа.

3) Изменения болотных геосистем в зависимости от технологии добычи торфа отражены в мощности оставшейся торфяной залежи и ее свойствах, морфологии и степени увлажнения (территориальных) или обводнения (аквальных) природно-антропогенных комплексов, свойствах карьерных вод и составе растительных сообществ. Развитие природно-антропогенных комплексов на участках карьерной добычи связано с формированием аквально-территориальных комплексов.

4) Первичная эколого-экономическая оценка болотных геосистем является необходимым этапом оценки современного состояния болот региона. Общая учтенная стоимость прямого и косвенного использования болот в естественном состоянии (без стоимости торфяных ресурсов) сопоставима с долей сельского хозяйства в ВРП Тверской области.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Международных и Всероссийских конференциях и семинарах: «Актуальные проблемы геоэкологии» (Тверь, 2002), «Региональные тенденции взаимодействия человека и природы в процессе перехода от аграрного к индустриальному обществу» (Тверь, 2003), «Туризм и устойчивое развитие регионов» (Тверь, 2005), «Проблемы рационального природопользования на торфяных болотах России» (Москва-Тверь, 2005), на XI Международной ландшафтной конференции «Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика» (МГУ, Москва, 2006), на IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), на II Международной научной конференции «Геоэкологические проблемы современности» (Владимир, 2008), на III Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2008), на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь, 2007), на Международной научно-практической конференции «Проблемы физической географии и геоэкологии: научные и образовательные аспекты» (Н.Новгород, 2007), на Всероссийской научно-практической конференции «Общие проблемы мониторинга природных экосистем» (Пенза, 2007), на региональных научных конференциях «Северо-Запад России: Экологохозяйственные проблемы и перспективы трансграничного сотрудничества» (Псков, 2007), «Экологические и социальные проблемы Северо-Запада России и

стран Балтийского региона» (Псков, 2008), на VII Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2007).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 30 работах. Статей в журналах, рекомендованных ВАК - 2.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Объем работы 143 страницы, включая 49 рисунков, 23 таблицы. Список литературы включает 153 наименования.

Содержание и основные положения работы В главе 1 «Болотные геосистемы Тверской области, условия их формирования и распространение» рассматривается общая характеристика болот Тверской области, анализируются факторы болотообразования и проводится болотное районирование.

Исследование автора опирается на фундаментальные работы классиков болотоведения: Р.И. Аболина, А.Д. Дубаха, В.Н. Сукачева,

B.C. Доктуровского, М.И. Нейштадта, С.Н. Тюремнова, Ю.Д. Цинзерлинга, И.Д. Богдановской-Гиенэф, Н.Я. Каца, Е.А Галкиной, В.В. Романова, К.Е. Иванова, А.А. Ниценко, Н.И. Пьявченко, М.С. Боч, В.В. Мазинга и других, разработавших основные представления о болотах и составляющих их комплексах.

Изучение болот Тверской области специалистами ПГО «Торфгеология» позволило выявить и охарактеризовать месторождения торфа в ее пределах. Учеными Тверского технического университета: И.Ф. Ларгиным, В.И. Косовым, В.В.Пановым, Р.А. Крупновым и др. были изучены свойства торфяных залежей, разработаны методы разведки и добычи торфа, а также намечены пути рационального использования болот. Болота как географические объекты, имеющие определенные закономерности развития и размещения, рассматриваются в работах В.А. Лаврова.

Тверская область является одной из наиболее заболоченных областей центра европейской части России. На ее территории расположено 3061 болото, площадью 799 031,7 га. Показатель заболоченности составляет 9,5%. По числу болот преобладают низинные (58%), переходных болот - 12%, верховых -30%. Низинные и переходные болота являются преимущественно малыми и средними по площади (средняя площадь 111 га), поэтому занимают менее 40% общей болотной площади. Верховые болота (со средней площадью около 500 га) занимают 61% площади болот.

В условиях умеренно-континентального климата с положительным водным балансом и умеренно теплым летом, создающего благоприятные условия для болотообразования, основную роль в дифференциации территории по интенсивности проявления этого процесса играет геоморфологический фактор. Застойный водный режим, являющийся важным условием образования болот, более свойственен низменным равнинам, слабо расчлененным эрозионной сетью (их заболоченность составляет в среднем по области 15,6%).

Рис. 1. Размещение болот (площадью более 100 га) и группы болотных районов:

1 - очень сильно заболоченные, 2 - сильно заболоченные, 3 - умеренно заболоченные, 4 - слабо заболоченные, 5 - очень слабо заболоченные.

Приподнятые и возвышенные более расчлененные равнины, подвержены заболачиванию в меньшей степени (заболоченность приподнятых - 6,8%, возвышенных - 5,6%). Основными генетическими типами мезорельефа, которые в наибольшей степени способствуют заболачиванию, являются низкие плоские

озерно-ледниковые равнины, сложенные песками, супесями и суглинками (их заболоченность до 58%). Способствует заболачиванию также плоский и слабоволнистый рельеф занд-ровых равнин, сложенных песками и супесями (11-25%). На обширных слаборасчлененных водоразделах этих равнин развиваются крупные болота верхового типа.

Неоднородный

Рис. 2. Распространение нарушенных болот рельеф И различные ПО-

в пределах болотных районов верхностные отложения

обусловливают неравномерное распространение болотных геосистем и разную степень заболоченности отдельных территорий области. Степень заболоченности была принята в качестве главного основания деления при районировании территории.

При районировании использовался метод наложения карты болот на тематические (гипсометрическую, геоморфологическую, карту четвертичных отложений, климатическую, ландшафтную) и общегеографическую карты, что позволило выделить болотные районы и провести корректировку границ. Эти операции осуществлялись с помощью программы МаріпГо. При выделении районов учитывались также преобладающие типы и размеры болот. Предлагаемая нами схема районирования территории Тверской области включает 30 районов (рис. 1).

Выделенные по степени заболоченности районы характеризуются сходством ландшафтных условий болотообразования. На основании анализа связи распространения и свойств болот с ландшафтными условиями (прежде всего, генетическими типами мезорельефа) были выделены 5 групп болотных районов: первая группа - очень сильно заболоченные (заболоченность 17-58%) -включает районы с преобладанием низменных озерно-ледниковых и водноледниковых равнин, вторая - сильно заболоченные (11-16,5%) - районы с преобладанием возвышенных водно-ледниковых равнин с участками моренных равнин, третья - умеренно заболоченные (5-7%) - районы с преобладанием приподнятых и возвышенных моренных равнин с участками водноледниковых равнин и конечно-моренного рельефа, четвертая - слабо заболоченные (24,5%) - районы с преобладанием возвышенных и приподнятых моренных равнин с участками конечно-моренного рельефа, пятая - очень слабо заболоченные (0,3-1,2%) - районы с моренными, водно-ледниковыми и озерно-ледниковыми равнинами с покровом лессовидных суглинков.

Неравномерное распространение естественных болотных геосистем явилось одним из факторов размещения нарушенных. Наиболее значительные площади выработанных болот находятся в пределах очень сильно заболоченных районов, расположенных вблизи крупных городов и промышленных центров (рис. 2).

Глава 2 «Этапы освоения и антропогенного изменения болотных геосистем» посвящена изучению процесса освоения болот и появления антропогенно измененных болотных геосистем.

По характеру воздействия на болотные геосистемы (масштабам, технологии и размещению торфодобычи) выделено 4 этапа освоения.

I этап. 1890 - 1940-ые гг. Открытие первых торфоразработок, добыча кустарным и машинно-формовочным способом. Появление торфяных карьеров на выработанных участках болот.

Размещение торфоразработок по территории Тверской губернии было неравномерным, что связано с различием уровней развитием производства отдельных уездов и размещением промышленных предприятий. Наибольшее их число располагалось в Тверском и Вышневолоцком уездах, вдоль железнодо-

рожных путей. В 1923 г. существовало 17 торфоразработок, причем на 13 из них добыча велась машинно-формовочным способом, на остальных - кустарными.

II этап. 1940-1960-ые гг. Рост объемов добычи и нарушенных площадей болот. Внедрение способов гидроторфа и фрезерного, появление карьеров гидроторфа и выработанных фрезерных полей.

Рис. 3. Добыча торфа в Тверской области

Доля выработанных площадей болот, % 0-2 И! 7-20

Рис. 4. Доля нарушенных болотных комплексов от общей площади болот по административным районам

Развитие промышленности в Тверской области, становление электроэнергетики увеличивают спрос на торфяное топливо. В конце 1930-х - начале 1940х гг. широкое распространение получает способ гидроторфа, который применяется до конца 1950-х гг. К 1960 г. полностью выработано 6 торфяных месторождений общей площадью 872 га. На первом и втором этапах (с преобладанием топливного использования торфа) нарушенные болота появлялись вокруг промышленных центров преимущественно вдоль железнодорожных магистралей.

III этап. 1960-1980-ые гг. Устойчивые высокие объемы торфодобычи. Фрезерный способ. Значительное увеличение площадей нарушенных болот.

В 1960-80 гг. происходило наиболее интенсивное освоение болот. Быстро росли объемы добычи, в 70-80-ые гг. они составляли в среднем около 4,5 - 5,0 млн. т в год (рис. 3). Разрабатывалось более 100 месторождений. В использовании торфа произошли существенные изменения: уменьшилась доля топливного торфа (в 1980-ые гг. почти втрое сократилась поставка топливного торфа на теплоэлектростанции в связи с их переводом на природный газ и другие привозные виды топлива), увеличилась доля торфа, потребляемого сельским хозяйством. В связи с этим шло расширение географии нарушенных болот. К 1973 г. количество выработанных болот достигло 61, а выработанная площадь 20 тыс. га. В основном это участки, выработанные фрезерным способом.

IVэтап. 1990-2010-ые гг. Спад торфодобычи. Большие площади осушенных недовыработанных фрезерных полей.

Общий социально-экономический кризис, отказ государства от кредитования торфодобычи, резкое падение платежеспособного спроса на торф в сельском хозяйстве, нарастание задолженности за топливный торф Тверьэнерго привели к спаду торфодобычи.

Негативным экологическим следствием прекращения добычи явилось широкое распространение осушенных, но не выработанных, бесхозных, пожароопасных участков торфяной залежи.

На протяжении истории происходили изменения в размещении участков торфодобычи. Основными факторами, определявшими пространственную неоднородность освоения болот, были природный, социально-экономический и экологический. В наибольшей степени были изменены болотные геосистемы вокруг промышленных центров, расположенных рядом с крупными болотными массивами (в окрестностях Твери, Вышнего Волочка, Конаково) (рис. 4). Нарушенные болотные геосистемы оказывают негативное влияние на окружающие территории (пожары, изменение водного режима и др.). Поэтому вопросы рекультивации этих объектов приобретают особую актуальность.

В последние годы сложилось представление о необходимости охраны болотных геосистем, большое количество болот (более 300) получило статус охраняемых объектов. Это позволит сохранить болота при возможном возобновлении торфодобычи.

Глава 3 «Формирование, классификация и динамика природноантропогенных комплексов нарушенных болот»

Нарушенные торфоразработкой болотные геосистемы - это относительно новый в географии и ландшафтоведении объект исследования. Они представляют собой природные системы, структура и функционирование которых существенно изменены деятельностью человека, поэтому могут рассматриваться как природно-антропогенные комплексы. Изъятие торфяной залежи и изменения остальных компонентов приводят к утрате системных свойств (целостности, устойчивости, преобладания внутренних системообразующих связей и др.) и кумулятивного характера функционированиия болотных комплексов. Вместе

с тем, внешние условия образования и развития болотной геосистемы (минеральное ложе болота и воздушные массы) продолжают воздействовать на нарушенное болото. Рельеф ложа болота, способствующий застою влаги, и современный климат лесной зоны благоприятствуют возобновлению болотообразовательного процесса.

По степени нарушенности литогенной основы и водного режима болотные геосистемы можно разделить на три типа: осушенные выработанные полностью, осушенные выработанные частично, осушенные невыработанные. Наиболее глубокие изменения присущи участкам с полностью изъятой торфяной залежью. Природно-антропогенные комплексы на участках, выработанных фрезерным и карьерным способами, имеют существенные различия в строении литогенной основы, водном режиме, процессах формирования и дальнейшей динамике.

Процессы формирования природно-антропогенных комплексов на участках, выработанных фрезерным способом

Изменения степени увлажнения связано с повышением уровня воды в картовых каналах. В настоящее время на большей части площади грунтовые воды располагаются вблизи поверхности и имеют выровненный общий пьезометрический уровень (рис. 5). При этом на приподнятых участках ложа болота они залегают глубже, а понижения ложа испытывают дополнительный приток грунтовых и поверхностных вод с соседних участков, поэтому являются переувлажненными, а часто затопленными. Выгоревшие западины (глубиной 20-40 см) также являются очагами переувлажнения и заболачиваются.

Для обозначения степени увлажнения природно-антропогенных комплексов были выбраны принятые в ландшафтоведении градации: нормальное, повышенное, избыточное, а также названия гидротопов: влажный (нормальное увлажнение), сырой (повышенное), заболоченный (избыточное). Поскольку часть фрезерных полей временно или постоянно покрыта слоем воды, был добавлен также - затопленный.

Мощность остаточного слоя торфа может составлять от 0 (полное отсутствие) до 0,7-1,2 м. Это связано с первичной неоднородностью залежи, обусловленной естественными (неровностями минерального ложа, повышенной увлажненностью, препятствующей добыче), антропогенными причинами (недовыработка торфа по организационным, экономическим и др. причинам) и с процессами ее преобразования в последующее время. Как правило, после снятия большей части торфяной залежи на поверхность выходят низинные или переходные слои торфа, которые подвергаются почвообразовательным процессам.

Исследования показали, что при сокращении мощности торфа содержание органического вещества уменьшается от 98% (при мощности остаточного слоя 70 см и более) до 12% (при мощности - 9 см). Основными факторами являются биохимическая минерализация, ускоренная минерализация при торфяных пожарах, привнесение минеральных частиц с поверхностными водами при временном затоплении. Влажность оставшейся залежи в период проведения

исследований колебалась от 30% (при малом содержании органического вещества на дренированных участках) до 94% (на заболоченных участках с мощностью торфа более 0,5 м).

Особенностью растительного покрова природно-антропогенных комплексов является отсутствие резких отличий в пределах верховых и низинных болот, которое было свойственно им до освоения. Преобладают мезотрофные и евтрофные растительные сообщества. Это можно объяснить выходом к поверхности низинного торфа на верховых участках болот и питанием грунтовыми водами, обогащенными минеральными соединениями.

Рис. 5. Физико-географический профиль выработанного участка болота Васильевский Мох

Природно-антропогенные комплексы: 1 - кочковатая поверхность фрезерного поля в пределах западины минерального ложа с остаточным слоем верхового и переходного торфа 0,5-0,9 м, заболоченная, с пушицевым фитоценозом с подростом осины, березы, ивы на торфяной почве; 2 - бугристо-кочковатая поверхность на приподнятом участке минерального ложа с остаточным слоем переходного торфа до 0,2 м, влажная, с сосново-березовым кустарничково-политриховым или вейниково-полигриховым фитоценозом на мелкоторфянисто- слабоподзо-листо-глееватой почве; 3 - бугристо-кочковатая поверхность на пониженном участке минерального ложа с остаточным слоем переходного торфа до 0,2 м, сырая с березовым вейниково-тростниково-политриховым фитоценозом на мелкоторфянистой глеевой почве; 4 - ровная поверхность на пониженном участке минерального ложа с остаточным слоем переходного торфа 0,3-0,5 м, сырая с осиново-березовым политриховым фитоценозом на торфяной глеевой почве; 5 - ровная поверхность на пониженном участке минерального ложа с остаточным слоем переходного торфа до 0,2 м, заболоченная с тростниковым фитоценозом на мелкоторфянистой глеевой почве; 6 - бугристо-грядовая поверхность на пологом склоне минерального ложа с остаточным слоем торфа 0,7- 1,0 м заболоченная с пушицево-осоково-сфаг новым фитоценозом на торфяной почве; 7 - кочковато-западинная поверхность на низком участке минерального ложа с остаточным слоем торфа 0,3-0,5 м, частично затопленная с осоковыми, рогозовыми и тростниковыми фитоценозами. 8 - травяные и травяно-моховые формации; 9 - древесно-травяные и древесно-моховые формации; 10 - извлеченная торфяная залежь; 11 - оставшаяся торфяная залежь; 12 - уровень грунтовых вод; 13 - поверхность болота до освоения; 14 - поверхность минерального ложа болота; 15 - современная поверхность болота; І08ІІт$ - озерно-ледниковые отложения (мелкозернистые пески и супеси).

Почвы природно-антропогенных комплексов, как правило, содержат торфяной горизонт, но он является остаточным (реликтовым). Процесс торфона-копления прерван, и на хорошо дренированных участках идет деградация за-

лежи. В условиях избыточного увлажнения этот процесс возобновляется. Почвы с остаточным олиготрофным торфом имеют кислую реакцию (pH 4,4 - 5,2), почвы с эутрофным торфом - близкую к нейтральной (pH 6,3 — 7,5).

Разнообразие комплексов обусловило необходимость их классификации. Вследствие сложности объекта целесообразно использование многоуровневой классификации и применение комплекса признаков. На верхних уровнях использованы признаки: положение на элементах мезорельефа ложа, остаточная мощность торфа, трофность, на низких — микрорельеф, степень увлажнения и группы растительных сообществ.

Многолетняя динамика природно-антропогенных комплексов проявляется в изменении степени увлажнения, преобразовании оставшейся части залежи, зарастании, формировании почв и др.

Динамика степени увлажнения природно-антропогенных комплексов изучалась путем сопоставления составленных нами картосхем комплексов на 1970 и 2010 гг. (рис. 6). На ключевом участке болота Васильевский Мох, расположенном на относительно ровной водораздельной поверхности озерно- ледниковой равнины, через 2-5 лет после окончания добычи преобладают влажные (87% площади), зарастающие вдоль каналов комплексы с отдельными участками лесных массивов на тех полях, которые выбыли из эксплуатации раньше. К 2010 г. (через 40 лет) нормально увлажненные (влажные) комплексы остались лишь на приподнятых участках ложа и вдоль магистральных и валовых каналов (26%). На большей части площади они перешли в сырые (51,7%). Значительно распространились заболоченные комплексы (17,7%), самые низкие участки болота покрылись слоем воды (4,3%).

На ключевом участке болота Озерецко-Неплюевское повышение степени увлажнения проявилось в затоплении значительной площади болота. Это связано с расположением его в ложбине третьей надпойменной террасы Волги и значительным притоком поверхностных и подземных вод с окружающих склонов. На большей части выработанного массива в 1970 г. преобладали сырые (66,7%), на склоне впадины, примыкающем к суходолу, - влажные комплексы (30,2%). В 2010 г. значительную часть площади (42,3%) заняли затопленные комплексы.

Анализ топографических карт и аэрофотоснимков прошлых лет позволяет выделить 3 этапа развития природно-антропогенных комплексов. В первую очередь происходит восстановление утраченного элемента вертикальной структуры — растительного покрова. Основным процессом является зарастание травяной, в дальнейшем — древесной рас тительностью. На втором этапе основным фактором эволюции становится повышение уровня грунтовых вод вследствие нарушения функционирования осушительной сети. Лесные пожары и снижение уровня поверхности в результате выгорания торфа также способствуют повышению увлажнения. В условиях сильного притока поверхностных и грунтовых вод происходит затопление выработанных площадей, формируются аквальные

Рис. 6. Природно-антропогенные комплексы на ключевом участке болота Васильевский Мох в 1970 и 2010 гг.

На приподнятых участках ложа с остаточным слоем торфа: 1 — менее 0,2 м, 2 - 0,2 - 0,5 м, 3 - более 0,5 м; на относительно ровных участках ложа с остаточным слоем торфа: 4 - менее 0,2 м, 5 - 0,2 - 0,5 м, 6 - более 0,5 м; на опушенных участках ложа с остаточным слоем торфа: 7 - менее 0.2 м, 8 - 0,2 - 0,5 м, 9 - более 0,5 м; на днищах болотных впадин с остаточным слоем торфа: 10 - менее 0,2 м, 12 - 0,2 - 0,5 м, 13 - более 0,5 м. По степени увлажнения: 13 - влажные, 14 - сырые, 15 - заболоченные, 16- затопленные. 17- дачные участки, 18 - дороги, 19 - коллекторные и магистральные каналы

комплексы. Третий этап характеризуется широким развитием болотообразовательного процесса.

Формирование и классификация природно-антропогенных комплексов на участках карьерной добычи

Участки торфяных болот, выработанные карьерными способами, представляют собой сочетание сопряженных природно-антропогенных комплексов

- заполненных водой карьеров (аквальных комплексов) и осушенных, возвышающихся над ними перемычек (территориальных комплексов). Такие участки можно рассматривать как особые аквально-территориальные комплексы (рис. 7). В формировании комплексов главную роль играют несколько процессов.

Трансформация литогенной основы. Разрушения перемычек под воздействием водной эрозии и пожаров приводит к изменению морфометрии карьеров. На участках повышенного обводнения перемычки превращаются в цепочки вытянутых узких островков, с площадью 1,5 - 5,0%. На участках с менее высоким уровнем воды в карьерах разрушение перемычек протекает медленнее, но и здесь образуются промоины, шириной 0,3 - 1,0 м. В результате происходит объединение карьеров в единую систему и выравнивание уровня карьерных вод. На мелководных и осушенных участках карьеров основной причиной разрушения перемычек являются пожары, а также ветровая эрозия, минерализация и уплотнение торфа.

Перераспределение водной массы в пределах болота после торфодобычи приводит к неравномерному скоплению карьерных вод в разных частях болота. Это обусловлено рельефом минерального ложа болота: небольшие поднятия в рельефе ложа вызывают осушение карьеров и, наоборот, в наиболее низких участках ложа образуются обширные и глубокие водоемы.

Формирование химического состава карьерных вод происходит в результате поступления атмосферных осадков, выхода к поверхности грунтовых вод, взаимодействия карьерных вод с торфяной залежью, жизнедеятельности растений. Воды исследованных карьеров отличаются повышенной кислотностью, низкой минерализацией, значительным содержанием органических соединений. По водородному показателю они относятся к кислой и слабокислой группам. Наиболее низкие значения pH (3,8 — 4,6) отмечаются в пределах как верховой, так и низинной залежи на полностью покрытых сплавиной карьерах, что связано с поступления в воду гуминовых и фульвокислот, образующихся в больших количествах по всей акватории при разложении растительных остатков сплавины. Менее кислая среда (pH 5,3 - 6,5) присуща слабо заросшим карьерам (крупным слившимся карьерам гидроторфа и экскаваторным). Общая минерализация карьерных вод колеблется от 7-25 мг/л на бывших верховых болотах до 55-130 мг/л на бывших низинных. Гумифицированный характер карьерных вод, как следствие выщелачивания гуминовых веществ из торфа, определяет их высокую цветность (60 -120 град.) и окисляемость (20 - 40 мг О/л).

Рис. 7. Аквально-территориальные комплексы ключевого участка болота Кулицкии Мох: Машинно-формовочмые кз&рьеры:

1 — 9 - глу бокообводненные: 1 - 3 - с хорошо сохранившимися перемычками, 4 - 6 - с частично сохранившимися перемычками, 7 - 9 — с остаточными перемычками; 10 - 16 - умеренно обводненные: 10 - 12 - с хорошо сохранившимися перемычками, 13 - 14 - с частично сохранившимися перемычками, 15-16 - с остаточными перемычками;

17 _ 19 _ мелководные: 17 - с хорошо сохранившимися перемычками, 18 - с частично сохранившимися перемычками, 19 - с остаточными перемычками; 20 - осушенные с хорошо сохранившимися перемычками.Степень зарастания: 21- заросшие, 22- умеренно заросшие, 23 - слабо заросшие.24 - участки, выработанные фрезерным способом, 25 - не выработанные участки.

После уничтожения естественной болотной растительности и извлечения части торфяной залежи формируются два типа растительных сообществ - на акватории карьеров и на межкарьерных перемычках.

На процесс зарастания аквальных комплексов влияют несколько факторов: 1) характер береговой зоны и глубина водоема. Наиболее распространенным типом береговой зоны является почти отвесно уходящий в воду берег карьера. У самого края карьера глубина достигает 1,0 - 1,3 м. В таких условиях зарастание идет путем развития сплавины. На мелководных участках вдоль берега развивается прибрежно-водная растительность, создающая полосу зарастания, шириной 2 - 3 м. 2) Химические свойства карьерных вод и торфяной залежи определяют видовой состав растительности. Доминирующими сплавин-ными группировками на верховых болотах являются: осоково-сфагновые, тростниково-сфагновые, пушицево-сфагновые. Несмотря на низкий уровень минерализации карьерных вод в пределах верховой залежи, в составе растительных сообществ, присутствует группа растений, более требовательных к питанию, чем типичные растения верховых болот: кубышка желтая, вахта трехлистная, сабельник болотный, тростник обыкновенный, рогоз широколистный и другие, что придает карьерам мезотрофный или олигомезотрофный характер. Сплавина на низинных болотах формируется из евтрофных и мезотрофных видов сфагновых и гипновых мхов, осок, пушицы, сабельника, хвоща, телиптериса и др. Прибрежно-водная растительность карьеров верховых болот включает небольшое количество видов: тростник обыкновенный, пушица влагалищная, осока вздутая, рогоз широколистный. В пределах низинных болот она более разнообразна. 3) Морфометрические характеристики карьеров (размеры и форма) влияют на скорость и степень зарастания. Зарастание наиболее быстро протекает в защищенных от воздействия ветрового волнения карьерах, особенно узких машинно-формовочных и гидроэлеваторных. На основе дешифрирования космических снимков 2005 г. и визуальной оценки доли покрытия растительностью каждого карьера была подсчитана площадь зарастания на ключевых участках. Она составила для машинно-формовочных карьеров 83%, карьеров гидроторфа - 53%, экскаваторных - 20%.

Наиболее распространенным типом зарастания карьеров является спла-винообразование.

По результатам дешифрирования аэрофотоснимков 1970 г. и космических снимков высокого разрешения 2005 г. были составлены карты зарастания карьеров гидроторфа (на ключевом участке болота Васильевский Мох), гидроэлеваторных и машинно-формовочных карьеров (на болотах Кулицкий Мох и Сав-ватьевское). За 35 лет увеличение площади сплавины составило в среднем для машинно-формовочных и гидроэлеваторных карьеров 43,6%, для карьеров гидроторфа - 31,6%. При этом средняя скорость латерального прироста сплавины на карьерах гидроторфа на болоте Васильевский Мох составила 90,3 м2/га -год с колебаниями на разных участках от 144,9 - 98 м2/гатод до 47,4 м2/га-год. На машинно-формовочных и гидроэлеваторных карьерах скорость нарастания сплавины- 127,6 м2/га-год.

Вертикальная скорость нарастания сплавины определялась исходя из ее мощности и времени, прошедшего после окончания добычи. В наиболее благоприятных условиях толщина накопившегося слоя составляет 60-80 см (машинно-формовочные карьеры на Савватьевском болоте, болоте Галицкий Мох). При возрасте карьеров 60 лет, скорость вертикального прироста составила около 1,0 см/год. Однако на исследованных болотах шире распространены участки, имеющие более молодую и менее мощную сплавину - от 15-20 до 30-40 см.

Развитие растительного покрова на межкарьерных перемычках протекает в целом быстрее, чем на водной поверхности карьеров и определяется тем, что торфяная залежь перемычек практически не нарушена.

При классификации природно-антропогенных комплексов на участках карьерной добычи в основу деления на первых ступенях положены исходные антропогенные и природные особенности литогенной основы: техногенный рельеф выработанного участка, обусловленный способом извлечения торфа, тип торфяной залежи. На последующих уровнях признаками классификации являются: сохранность межкарьерных перемычек, уровень обводнения карьеров, характер зарастания.

Глава 4 «Эколого-экономическая оценка болотных геосистем и рекомендации по их рациональному использованию»

Осознание ценности болотных комплексов привело к попыткам экономической оценки экологических и средообразующих услуг, производимых болотными комплексами. Всемирным банком была разработана методика оценки подобных функций природных систем. Эта методика была адаптирована и использована Т.М. Красовской для оценки лесных и болотных геосистем Севера, а также использована другими исследователями.

На ее основе была произведена первичная оценка, основанная на расчетах стоимости заготовок ягод, водоочистительных функций, депонирования углерода, стоимости «неиспользования».

За 100 лет интенсивной добычи торфа в Тверской области было изъято около 160 млн. т торфа и нарушено более 60 тыс. га болот. Оставшиеся запасы торфа составляют 2031,4 млн. При цене 251,6 руб. за тонну (без НДС) стоимость имеющихся запасов торфа составляет 511,1 млрд. руб.

Оценка стоимости запасов ягод клюквы была произведена на основании расчетов ее средней урожайности (21,7 кг/га) и запасов (7,4 тыс. т/год), выполненных В.В. Кузовлевым для территории Тверской области. При средней цене ягод 50 руб./кг (средняя оптовая закупочная цена) стоимость запасов ягод составляет 370 млн. руб./год. С учетом транспортной доступности болот-ягодников для массового сбора эта цифра может быть уменьшена вдвое и составит 185 млн. руб.

Стоимость косвенного использования болот рассчитывалась по стоимости очищения вод и стоимости связывания углерода.

Первичная приближенная оценка стоимости водоочистительной функции болот может быть произведена путем сравнения их фильтрующей способности с фильтрующей способностью промышленной очистной установки. При расче-

тах учитывались площади болот в границах промышленной глубины торфяной залежи, обеспечивающие фильтрующую способность. Водоочистительные функции болота «выполняют» в теплое время года, с момента оттаивания торфяной залежи до момента ее замерзания, за исключением засушливых периодов, когда сток с болота минимален или прекращается полностью, т.е. период осуществления этой функции составляет около 200 суток, поэтому стоимость должна быть уменьшена в 1,8 раза.

На территории Тверской области площадь болот в границах промышленной залежи (с мощностью торфа более 0,7 м) составляет 503,6 тыс. га, при этом низинные болота занимают 166,6 тыс. га, переходные -39,1 тыс. га, а верховые

- 297,9 тыс.га. Первичный расчет показывает, что низинные болота в Тверской области потенциально экономят на очистке воды $ 8414,6 тыс./год, переходные

- $ 5925,1 тыс./год, верховые - $ 60184,1 тыс./год, т.е. всего $ 74523,8 тыс./год, или 2310,2 млн. руб./год (курс 1$ - 31 руб.).

Депонирование углерода производится болотами области на площади 799 тыс. га. При расчетах принята средняя скорость депонирования углерода в различных типах болот 40 г/м2год с учетом эмиссии (по данным Н.И. Пьявченко, А.А. Титляновой и др.). Общий объём приращения углерода в болотах области составляет 319,7 тыс. тонн в год. Для получения объемов депонирования СОг увеличиваем полученное значение в 3,(6) раза (с учетом молекулярного веса) -1172,2 тыс. т. При средней цене 1 тонны СОг по Киотскому протоколу $ 10, стоимость депонирования углерода равна $ 11721,9 тыс./год или 363,4 млн. руб./год.

Стоимость сохранения болотных ландшафтов (стоимость их «неиспользования») определялась на основании готовности местных жителей платить за неиспользование болот для торфоразработок, мелиорации и сохранение их для традиционных видов использования (сбора ягод, грибов, охоты, рыболовства) и для природоохранных целей. Согласно российским исследованиям оценка готовности населения нашей страны платить за неиспользование естественных природных комплексов составляет около 1 $/чел в год. Количество людей, имеющих доход и способных платить (работающих и пенсионеров) составляет в Тверской области около 958,1 тыс. человек. Они могут выделить 22,5 млн. руб. на сохранение природы Верхневолжья. Болота занимают 9,5% площади, поэтому на их «неиспользование» может быть выделено приблизительно 2,1 млн. руб.

Общая стоимость прямых и косвенных услуг ненарушенных хозяйственной деятельностью болотных комплексов - 2,9 млрд. руб. Она составляет 1,2% от ВРП Тверской области и сопоставима с долей сельского хозяйства в ВРП региона (5,6%).

Значительные площади нарушенных болот (около 60 тыс. га) создают существенные экологические и экономические проблемы. Рекультивация, проводившаяся в прежние годы, оказалась, в основном, не эффективной (лесные посадки выгорают или погибают от возрастающего переувлажнения), поэтому путь оптимизации использования этих территорий состоит, на наш взгляд, в за-

вершении разработки уже осушенных участков и восстановлении болотных геосистем (на научной основе) на выработанных.

В заключении сформулированы основные выводы:

1) В условиях избыточного увлажнения основным фактором, определяющим различия в размещении болотных геосистем в пределах территории Тверской области, является литогенная основа ландшафтов. Наиболее заболоченными являются низменные плоские озерно-ледниковые и водно-ледниковые равнины с преобладанием крупных верховых болот. В результате районирования территории на ландшафтной основе по степени заболоченности выделено 30 районов, объединенных в пять основных групп.

2) История освоения болотных геосистем может быть разделена по характеру антропогенного воздействия (масштабам, технологии и размещению торфодобычи) на 4 этапа. Распространение нарушенных болот обусловлено преобладающим направлением потребления торфа: при преимущественно топливном использовании торфяных ресурсов добыча производилась вокруг городов, промышленных поселков и вдоль железных дорог, с повышением доли сельскохозяйственного потребления торфоразработки стали размещаться более равномерно по территории.

3) На выработанных участках болот, не используемых в хозяйственной деятельности, формирование природно-антропогенных комплексов, происходит под воздействием природных и антропогенных факторов. К природным относятся: подверженность оставшейся торфяной залежи водной и ветровой эрозии, биохимической минерализации, пожарам; влияние мезорельефа минерального ложа болота на степень обводнения отдельных участков; физикохимические свойства оставшейся части торфяной залежи и подстилающих пород; наличие болотных растений, их спор и семян. К антропогенным - прекращение ухода за осушительной сетью и проведения противопожарных мероприятий, приводящее к деградация сети картовых каналов, пожарам.

4) Основными процессами формирования природно-антропогенных комплексов после торфодобычи являются: преобразование исходной техногенной формы поверхности (выгорание западин и межкарьерных перемычек, общее снижения высотных уровней, появление промоин и переотложение торфа на дне карьеров); перераспределения водной массы в пределах выработанного болотного массива вследствие изменения высотных отметок отдельных участков и повышения роли рельефа ложа болота; деградация торфяной залежи и формирование почв; зарастание.

5) Динамика природно-антропогенных комплексов выражается в повышении увлажнения, смене растительных группировок, накоплении неразло-жившихся растительных остатков, развитии сплавин на торфяных карьерах. Через 35-40 лет после окончания добычи торфа на исследованных объектах выявлены затопленные (от 4 до 42% площади) и заболоченные (8 - 18%) участки. Увеличилась доля сырых комплексов (до 52%), сократилась площадь влажных (до 17%). Аквально-территориальные комплексы на участках карьерной добычи зарастают со средней скоростью на карьерах гидроторфа - 90 м2/га-год, на

машинно-формовочных и гидроэлеваторных - 128 м2/га -год. Скорость вертикального прироста сплавины составляет около 1 см в год.

6) Природно-антропогенные комплексы участков болот, выработанных фрезерным и карьерным способами, имеют существенные различия в строении литогенной основы, водном режиме, процессах формирования и дальнейшей динамики, поэтому их классификация проведена по комплексу признаков - по ведущим факторам и процессам их формирования и дифференциации.

7) Первичная эколого-экономическая оценка болотных геосистем основана на учете стоимости торфяных ресурсов, стоимости дикорастущих на болотах ягод (клюквы), водоочистки, депонирования углерода, стоимости неиспользования (готовности населения платить за сохранение болот). Общая учтенная стоимость прямого и косвенного использования болот в естественном состоянии (без стоимости торфяных ресурсов) составляет 1,2% от ВРП Тверской области и сопоставима с долей сельского хозяйства в ВРП региона.

8) В целях оптимизации природной среды на нарушенных участках болот, предотвращения торфяных пожаров целесообразна доработка уже осушенных участков и восстановление болотных комплексов на выработанных. Необходимо применять дифференцированный подход к проектированию мероприятий по рекультивации и восстановлению нарушенных болотных геосистем на участках, выработанных карьерным и фрезерным способами.

Публикации по теме диссертации включают 30 работ, общим объемом 10,35 п.л. Основные из них:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Муравьева Л.В., Тихомиров О.А., Марков М.В. Формирование акваль-но-территориальных комплексов выработанных торфяных болот и их классификация // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2010. Том 152, кн. 4. - С. 102- 115. (0,88 п.л., авторский вклад 70% - 0,62 пл.).

2. Муравьева Л.В., Тихомиров О.А. Факторы и динамика зарастания ак-вально-террнториальных торфо-карьерных комплексов на территории Верхневолжья // Вестник Тверского государственного университета Серия: Биология и экология, 2009, вып. 13. С. 200-210. (0,69 пл., авторский вклад 70% - 0,48 пл.)

Статьи в журналах, сборниках, материалах конференций

3. Муравьева Л.В. Изменение структуры природных и природноантропогенных комплексов в результате торфодобычи // Вестник ТвГУ, сер. «География и геоэкология». 2009. № 36, вып. 2(7). С. 43 - 55. (0,81 п.л.).

4. Муравьева Л.В. Первичная эколого-хозяйственная оценка природно-

антропогенных геосистем // Вестник Тверского государственного университета. Сер. «География и геоэкология». 2008. № 22(82), вып. 4. С. 30 - 37. (0,5 п.л.). '

5. Муравьева JI.B. Формирование аквальных комплексов торфяных карьеров Тверской области // Вестник Тверского государственного университета. Сер. «География и геоэкология». 2007. № 19(47). С. 98 - 104. (0,44 п.л.)

6. Муравьева JI.B. Выработанные торфяные болота как объекты геоэкологического мониторинга // Вестник Тверского государственного университета. Сер. "География и геоэкология". 2006. № ^ (24). С. 102 - 111 (0,63 п.л.).

7. Муравьева Л.В. Пути эволюции болотных ландшафтов после торфодобычи // Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика: Материалы XI Международной ландшафтной конференции М.: МГУ, 2006. С. 418-421. (0,25 п.л.).

8. Муравьева Л.В. Эволюция состояния выработанных торфяников бассейна Верхней Волги U Вестник Тверского государственного университета. Сер. «География и геоэкология». 2004. Вып. 1. С. 53 - 62. (0,63 п.л.).

9. Муравьева Л.В. История освоения торфяных болот Верхневолжья // Региональные тенденции взаимодействия человека и природы в процессе перехода от аграрного к индустриальному обществу. Материалы междунар. научн. конф. Тверь, 2003. С. 162 - 169. (0,5 п.л.).

10. Муравьева Л.В. Типы природно-антропогенных комплексов выработанных торфяников // Региональные геоэкологические исследования. Тверь, 2005.

С. 101-110. (0,63 пл.).

11. Муравьева Л.В. Природно-антропогенные комплексы выработанных торфяников // Проблемы региональной геоэкологии. Теоретические и методические аспекты. Тверь, 2000. С. 120 - 123. (0,25 п.л.).

12. Муравьева Л.В. Оценка экологического состояния территории Тверской области в связи с торфодобычей // Актуальные проблемы геоэкологии. Методологические, теоретические и региональные вопросы геоэкологии. Материалы междунар. научн. конф. Ч 1. Тверь, 2002. С. 179 - 181. (0,19 п.л.).

13. Емельянов А.Г., Муравьева Л.В. Методические вопросы мониторинга природно-антропогенных геосистем // Вестник Тверского государственного университета. Сер. «География и геоэкология». 2008. № 22(82), вып. 4. С. 24

- 29. (0,38 п.л., авторский вклад 30% - 0,11 п.л.).

14. Муравьева Л.В. Трансформация болотных геосистем Верхневолжья // Оценка экологического состояния природной среды региона /Коллективная монография под ред. Н.С.Шерстневой и О.А.Тихомирова. Тверь-Клин: ТИЭП, 2003. С. 42-47. (0,38 п.л.).

15. Муравьева Л.В. Проблема пожаров на осушенных и выработанных торфяниках // Вопросы региональной геоэкологии. Тверь, 2002. С.129 - 132. (0,25

П.Л.).

16. Муравьева Л.В. Болота Верхневолжья как фактор стабилизации природной среды и объект экологического туризма // Туризм и устойчивое развитие регионов. Тверь, 2005. С. 97-98. (0,13 п.л.).

Подп. к печ, 19.01.2012

Объем 1.25 п.л. Зак. № 28 Тир. 100 экз. Типография МПГУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Муравьева, Любовь Валерьевна, Тверь

61 12-11/69

ФГБОУ ВПО «Тверской государственный университет»

На правах рукописи

Муравьева Любовь Валерьевна

Освоение, антропогенные изменения и современное состояние болотных геосистем Тверской области

25. 00. 23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук,

профессор А.Г. Емельянов

Тверь -2011

Оглавление

Введение..............................................................................................4

Глава 1. Болотные геосистемы Тверской области, условия их формирования и распространение..............................................................................9

1.1. Развитие научных представлений о формировании, свойствах и распространении болотных геосистем..............................................................................9

1.2. Краткая характеристика болот..............................................................................12

1.3. Факторы болотообразования..................................................................................15

1.4. Районирование болот....................................................................................26

1.5. Анализ дифференциации территории по степени

заболоченности............................................................................................^ 2

Глава 2. Этапы освоения и антропогенного изменения болотных геосистем.....................................................................................^

2.1. Развитие торфодобычи и нарушение болотных геосистем..........40

2.2. Технологии добычи торфа и формирование литогенной основы природно-антропогенных комплексов........................................._ 49

2.3. Распространение нарушенных болотных геосистем...................53

Глава 3. Формирование, классификация и динамика природно-антропогенных комплексов нарушенных болот....................... 57

3.1. Природно-антропогенные комплексы нарушенных болот как объект исследования и методы их изучения................................... 57

3.2. Формирование, свойства и классификация природно-антропогенных комплексов болот, выработанных фрезерным способом....65

3.2.1. Морфометрические особенности...............................65

3.2.2. Степень увлажнения...............................................55

3.2.3.Состояние оставшейся торфяной залежи.......................69

3.2.4. Растительный покров....................................................................72

3.2.5. Почвы.................................................................................................75

3.2.6. Классификация природно-антропогенных комплексов на участках фрезерной добычи...........................................

3.3. Динамика природно-антропогенных комплексов на участках фрезерной добычи....................................................................... . 86

3.4. Формирование, свойства и классификация природно-антропогенных комплексов болот, выработанных карьерном способом......91

3.4.1. Морфометрические характеристики............................91

3.4.2. Литогенная основа............................;..................... .95

3.4.3. Воды карьеров.......................................................96

3.4.4. Растительность карьеров и перемычек.........................99

3.4.5. Классификация природно-антропогенных комплексов на участках карьерной добычи............................................................ЮЗ

3.5. Динамика аквально-территориальных комплексов.................Л10

Глава 4. Эколого-экономическая оценка болот и рекомендации по их рациональному использованию....................................................118

4.1. Оценка стоимости экологических услуг болотных геосистем Тверской области....................................................;.............. ......118

4.2. Пути рационального использования нарушенных болотных

геосистем........................•...........................................................124

Заключение......................................................................... 127

Список литературы.............................................................. 131

Введение

Актуальность темы. Болотные геосистемы являются неотъемлемым элементом ландшафтной структуры территории Тверской области. Занимая около 9,5% площади, они выполняют важные средообразующие и экологические функции, играют роль «стабилизаторов» экологической обстановки, являются частью экологического каркаса территории Верхневолжья, находящейся между двумя крупными промышленными центрами - Москвой и Санкт-Петербургом. Вместе с тем, болотные геосистемы активно осваиваются человеком. Наиболее существенным видом антропогенного воздействия за последние 100 лет стала разработка торфяных ресурсов. Нарушенные болотные комплексы занимают сегодня около 7,5% общей площади болот, в наиболее развитых и заселенных районах (Калининском, Конаковском и др.) этот показатель достигает 2629%. Нарушенные торфоразработками болота являются источником экологических проблем, связанных, прежде всего, с торфяными пожарами.

Объект исследования - болотные геосистемы Тверской области, в том числе измененные добычей торфа. Предмет исследования -закономерности размещения, процессы формирования и динамика природно-антропогенных комплексов.

Цель работы - изучение процессов формирования, динамики и современного состояния природно-антропогенных комплексов

выработанных торфяных болот. Основными задачами работы являются:

-выделение этапов освоения болотных геосистем;

- изучение многолетней динамики природно-антропогенных комплексов;

- эколого-экономическая оценка болотных геосистем Тверской области.

Научная новизна работы

• болотные геосистемы, нарушенные добычей торфа, рассматриваются как природно-антропогенные комплексы, сформировавшиеся в результате антропогенной трансформации литогенной основы и изменения водного режима;

• выделены этапы освоения болотных геосистем Верхневолжья и закономерности размещения нарушенных болот;

• выявлены факторы формирования и современное состояние природно-антропогенных комплексов на участках болот, выработанных разными способами;

• впервые изучена многолетняя динамика степени увлажнения и

зарастания, природно-антропогенных комплексов выработанных болот;

• впервые дана эколого-экономическая оценка болотных геосистем для территории Тверской области.

Теоретическое значение и практическая ценность работы

Результаты исследования могут найти применение в решении вопросов рационального использования торфяных болот Тверской области при возобновлении добычи торфа и восстановления нарушенных болотных комплексов. Материалы диссертации могут быть использованы в учебном процессе в высших учебных заведениях при подготовке специалистов по географии, геоэкологии и природопользованию.

Объекты и методы исследований Исследования проводились на территории Верхневолжья на выработанных торфяных " болотах верхового и низинного типа, разрабатывавшихся карьерным и фрезерным способами в 1920-1990 гг.

космоснимков разных лет проводилось в программе Мартй). Собирались и анализировались фондовые и архивные материалы.

Основные защищаемые положения:

Апробация работы. Основные положения работы доложены и

обсуждены на Международных и Всероссийских конференциях и семинарах:

«Актуальные проблемы геоэкологии» (Тверь, 2002), «Региональные

тенденции взаимодействия ? человека и природы в процессе перехода от

аграрного к индустриальному обществу» (Тверь, 2003), «Туризм и

устойчивое развитие регионов» (Тверь, 2005), «Проблемы рационального

природопользования на торфяных болотах России» (Москва-Тверь, 2005), на XI Международной ландшафтной конференции «Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика» (МГУ, Москва, 2006), на IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), на II Международной научной конференции «Геоэкологические проблемы современности» (Владимир, 2008), на III Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2008), на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь, 2007), на Международной научно-практической конференции «Проблемы физической географии и геоэкологии: научные и образовательные аспекты» (Н.Новгород, 2007), на Всероссийской научно-практической конференции «Общие проблемы мониторинга природных экосистем» (Пенза, 2007), на региональных научных конференциях «Северо-Запад России: Эколого-хозяйственные проблемы и перспективы трансграничного сотрудничества» (Псков, 2007), «Экологические и социальные проблемы Северо-Запада России и стран Балтийского региона» (Псков, 2008), на VII Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2007).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 30

работах. Статей в журналах, рекомендованных ВАК - 2.

Глава 1. Болотные геосистемы Тверской области, условия их формирования и распространение

1.1. Развитие научных представлений о формировании, свойствах и распространении болотных геосистем

Интерес к возможности практического использования болот в нашей стране возник около 300 лет назад. Во второй половине XVIII века распространилась практика использования болот для добывания торфа на топливо и осушения болот под сельскохозяйственные угодья. В это время появляются первые научные работы, посвященные торфу и болотам: работы М.В. Ломоносова, И.Г. Лемана, А.Т. Болотова, В. Севергина и других. Ряд новых данных о болотах получает экспедиция И.И. Жилинского по исследованию и осушению болот Полесья.

К концу XIX в. появляются крупные работы Г.И. Танфильева [1897], A.B. Фомина [1898], А.Ф. Флёрова [1897] и др., посвященные растительности, образованию и распространению болот. Начало изучению водного режима болот положено А.Д. Дубахом [1930, 1936]. В его трудах впервые подвергнуты обобщению материалы наблюдений над элементами водного режима болот и показаны специфические особенности болот как водных объектов.

С развитием учения о географическом ландшафте в болотоведении появляется стремление рассматривать болота как определенный физико-географический ландшафт или как некоторую определенную категорию географических комплексов. Одно из первых предложений в этом направлении принадлежит Р.И. Аболину [1914]. Им предлагалось все известные типы болот рассматривать как стадии единого процесса развития физико-географических комплексов. Выделяя элементарные участки и объединяя их в обобщенные типологические единицы, Р.И. Аболин делает первые шаги к построению системы классификации единиц, которые впоследствии стали называться ландшафтными или биогеоценологическими. В.Н. Сукачев [1926]

развивает учение о биогеоценозах, свою исследовательскую работу он начал именно с изучения болот.

Однако более широкое признание «ландшафтный» подход к исследованию болот получает в 30 и 40-х годах XX столетия, когда в работах ряда исследователей: Ю.Д. Цинзерлинга [1938], А.Я. Бронзова [1930], Е.А. Галкиной [1946], В.Д. Лопатина [1947] и др. появляется анализ закономерностей в распределении растительного покрова по территории болотных массивов и выделяются ландшафтные таксономические единицы.

Е.А. Галкина развивает идею о качественном различии болотных образований. Она выделяет "болотные микроландшафты»

(соответствовавшие комплексам ассоциаций И.Д. Богдановской-Гиенэф [1928], «болотные мезоландшафты» (соответствующие простым болотным массивам К.Е. Иванова [1957]) и «болотные макроландшафты» или «болотные системы». Позже Е.А. Галкина заменила эти термины на заимствованные из ландшафтоведения: «болотные фации», «болотные урочища» и «системы болотных урочищ». Сегодня использование этих ландшафтных единиц при изучении восстановительных процессов на нарушенных болотах позволяет выявить особенности развития комплексов ранга фаций и урочищ.

В первой половине XX в. работами Р.И. Аболина [1914, 1928], Е.В. Оппокова [1909], В.Н. Сукачева [1906, 1926], B.C. Доктуровского [1925, 1935], В.П. Матюшенко [1931], Ю.Д. Цинзерлинга [1938], И.Д. Богдановской-Гиенэф [1928], Н.Я. Каца [1948], Е.А. Галкиной [1946] и других исследователей заложены основы учения об образовании и развитии болотных массивов.

Индустриализация хозяйства в первой половине XX в., рост

потребности в топливном торфе способствовали развитию ресурсно-

сырьевого направления изучения болот. Основным объектом многих

исследований становятся торфяные месторождения. Необходимость

совершенствования методов разведки, описания, классификации и

картографирования торфяных месторождений, их рационального и комплексного использования определяет направление научных изысканий. В трудах Д.А. Герасимова [1932], С.Н. Тюремнова [1949, 1976], A.C. Оленина [1975], И.Ф. Ларгина [1968], A.B. Пичугина [1967] и других ученых решаются вопросы генезиса, стратиграфии, свойств торфяной залежи, классификации, гидрогеологии, процессов развития торфяных месторождений.

Во второй половине XX в. исследования захватили вопросы водного баланса, взаимодействия лесов и болот, региональные реконструкции климата, динамики растительности и торфонакопления. Работами М.И. Нейштадта [1971], Н.Я. Каца [1971], И.Д. Богдановской-Гиенэф [1967, 1969], Е.А. Галкиной [1955, 1967], В.В. Романова [1961], К.Е. Иванова [1957, 1972, 1975], A.A. Ниценко [-1967], Н.И. Пьявченко [1967, 1972, 1985], М.С. Боч [1958, 1974, 1979], В.В. Мазинга [1958, 1965] и других созданы фундаментальные основы науки о болотах: их происхождении, функционировании и развитии, гидрологии, растительных сообществах, делении на иерархически соподчиненные природные

Информация о работе

Муравьева, Любовь Валерьевна
кандидата географических наук
Тверь, 2011
ВАК 25.00.23

Диссертация

Освоение, антропогенные изменения и современное состояние болотных геосистем Тверской области - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы