Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Региональные проблемы опустынивания на примере Мали

ВАК РФ 11.00.13, Гляциология и геокриология

Автореферат диссертации по теме "Региональные проблемы опустынивания на примере Мали"

I l и V и

■п и i J

Харьковский государственный университет

На правах рукописи

Брулей KAM/-

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

НА ПРИМЕРЕ МА

Специальность 11.00.t3 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

i

г

ХТЫНИВАНИЯ И

Харьков-1996

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Харьковском государственном университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Игорь Григорьевич Черванев

Официальные оппоненты:

- доктор географических наук Александр Павлович

Ковалев

- кандидат географических наук Иван Михайлович

Волошин

Ведущая организация:

Институт почвоведения и агрохимии Украинской академии аграрных наук.

Защита диссертации состоится "29" мая 1996 г. в "13" час, на заседании специализированного ученого совета Д.02.02.01 при Харьковском государственном университете но адресу: 310077, Харьков, пл. Свободы 4, ауд. 5-67.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ Харьковского государственного университета по адресу: 310077, Харьков, пл. Свободы 4, ЦНБ ХГУ.

Автореферат разослан 26 апреля 1996 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совет;

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В соответствии с п. 12 "Программы действий" Рио-де-Жанейрской конференции на высшем уровне "Планета Земля" (1993), "Опустынивание - это процесс деградации Земли, вызванный изменением климата и деятельностью человека". По данным этого документа, из площади 6,1 млрд. га, 32% опустынен-ных и засушливых земель находятся в Африке.

Опустынивание является главной экологической проблемой и трагедией народов стран семиаридного пояса Африки. Из всех земель, испытывающих недостаток влаги, в Судано-Сахельском районе в наибольшей степени от этого страдает Мали, где более 50% всей территорий'занимает пустыня Сахара.

в Мали, как и во всех странах Сахеля, природные экосистемы считаются очень хрупкими и неустойчивыми. В основе этой неустойчивости лежат региональные климатические особенности: дефицит атмосферной влаги, длительный сухой и короткий дождливый сезоны, многолетняя изменчивость осадков, периодически повторяющиеся засухи. С ними свяЗанЫ и такие особенности природы, как чрезмерная изменчивость режима водного баланса, ограниченность водных ресурсов, пониженная продуктивность растительного покрова, большая предрасположенность почв к эрозии и т.д. Эти свойства экосистем региона, как показали исследования И. С. Зонна (1993), Я Сало (1993), являются ограничивающими для хозяйственной деятельности человека и требует от него своеобразных форм адаптации (Г.Ф. Радченко). В то же время, земли семиаридного пояса привлекательны для земледелия. Отмечается, что в последние десятилетия антропогенное воздействие на среду в сочетании с суровой и длительней Сахельской засухой вывело экосистемы за пределы естественных флуктуаций и привело к резкому нарушению экологического баланса. Поэтому изучение антропогенного опустынивания в Мали является реальной и насущной необходимостью.

Цель и задачи диссертации. Конечной целью данной работы является определение на региональном уровне некоторых свойств экосистем территории, существенных для установления оптимальных режимов природопользования, с целью снижения экологического риска и обеспечения региональной экологической безопасности.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

• всесторонний анализ физико-географических и социально-экономических условий Мали с точки зрения их влияния на возникновение опустынивания;

• определение значимых факторов, обусловливающих опустынивание;

• выработка применительно к условиям жаркого пояса методики оценки экологического риска, ландшафтного прогнозирования, нормирования антропогенных нагрузок и рациональной организации территории, базирующейся на оценке их эластичности;

• районирование страны по совокупности факторов опустынивания, выработка рекомендаций по- снижению нагрузки на ландшафт с целью предотвращения дальнейшего опустынивания страны.

Объектом исследования являются природные и антропогенные ландшафты несахарской части Мали. Апробация методик осуществлялась на двух тестовых полигонах, расположенных в разных частях указанной территории.

Предметом исследования являются устойчивость экосистем по отношению к антропогенным нагрузкам, рассматриваемая как регулятор состояния субгумидных и семиаридных территорий Сахельской зоны.

ИеП9ЛМР»»нны» материалы. В основу написания диссертации положены литературные, статистические, фондовые, картографические и полевые материалы, обработанные непосредственно автором.

Обоснованность и достоверность сделанных в диссертации выводов обеспечивается использованием общетеоретической базы и апробированной методики количественных географических исследований и оценки геоэкологических критериев состояния среды, многолетними полевыми наблюдениями по программе КИЛСС, использованием для обработки данных компьютерных технологий и сопоставлением результатов, полученных независимыми методами.

Научная новизна.

1. Уточнено и формализовано понятие устойчивости геосистемы применительно к условиям семиаридных и субгумидных ландшафтов жаркого пояса.

2. Определены основные факторы и степень их влияния на процессы опустынивания, протекающие в различных регионах.

3. Введено понятие эластичности как проявления устойчивости геосистемы в условиях изменчивости среды, обусловленной сочетанием природных и антропогенных факторов.

4. На основе многокритериального анализа рассчитаны показатели устойчивости на субрегиональном уровне и созданы карты эластичности территории Мали.

5. Предложены мероприятия по снижению экологического риска опустынивания и обеспечению экологической безопасности в семиаридных регионах жаркого пояса.

Практическая значимость и перспективы использования.

1. Введено, обосновано и алгоритмизовано понятие "эластичность" в качестве показателя степени устойчивости ландшафта, что позволяет развить теорию геоэкологии аридных областей.

2. Разработанная методика прогнозирования изменения ландшафтов на основании количественного расчета эластичности позволяет осуществлять прогноз поведения геосистем регионального уровня организации природной среды при известных нагрузках на них.

3. Составленные автором карты дают возможность регулировать природопользование на территории Мали с целью достижения оптимального соотношения природного состояния и антропогенной нагрузки, не приводящего к опустыниванию.

4. Работа является составной частью исследований Межправительственной организации и национальной программы КИЛСС по борьбе с опустыниванием, при осуществлении которой будут использоваться выводы, полученные в диссертации. •

5. Результаты работы, кроме того, могут быть использованы в аналогичных программах стран, имеющих сходные природные условия.

6. Отдельные положения диссертации могут использоваться при чтении курсов "Физическая география материков и океанов", "Геоэкология", "Рациональное использование природных ресурсов" и т.д.

На защиту выносятся следующие положения: •

1) Опустынивание в семиаридных и субгумидных ландшафтах есть проявление их эластичности, т.е. способности в определенных диапазонах менять свои динамические качества при воздействии внешних факторов.

2) Мероприятия по осуществлению борьбы с опустыниванием должны основываться на расчетах эластичности, характеризующей степень экологической неустойчивости территории в условиях семиаридного пояса.

3) Методики расчета эластичности и карты эластичности территории Мали.

Апробация основных результатов работы осуществлена на совещании Малийского отделения Международной организации, работающей по Национальной программе борьбы с опустыниванием на семинаре "Применение компьютеров в учебном процессе и научных исследованиях" (Харьков, 1996), научных семинарах кафедры рационального использования природных ресурсов и охраны природы Харьковского государственного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, списка литературы. ~

Общий объем работы 173 страницы, в том числе 136 страниц машинописного текста, 26 таблиц, 11 рисунков.

Список литературы содержит 126 наименований, в том числе 40 на иностранных языках .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ~ лг -

Во введении кратко обоснована актуальность темы диссертации, научная новизна и практическая ценность полуденных результатов.

В первой главе приводятся краткие сведения о территории Мали. Примдека характеристика - природных условий, ресурсов и при-родопользоадния^сочетание которых создает,, геоэкологические эффекты анфопогенного опустынивания. "

Во влюрой главе критически анализируются концепции и гипотез зы, относящиеся к процессу опустынивания,выделяются индикаторы; степень и риск опустынивания, а также механизм его пространственного распространения. -

В третьей главе рассмотрены природная и антропогенная обусловленность опустынивания. В первом случае выделена особая роль регионального климата, отличительной чертой которого является неустойчивость, лространственновременная периодичность осадков и повторяющиеся засухи. Здесь же пристальное внимание обращено на сельскохозяйственную деятельность человека в Мали как основное звено непроизвольного регулирования геоэкологических отношений. Подсечноогневая система земледелия, выжигание саванны, заготовка древесины, концентрация большого количества скота и людей вокруг редких ресурсов на фоне природной уязвимости подрывают устойчивость природных комплексов в целом.

В четвертой главе дана оценка устойчивости экосистем регионального уровня к основным антропогенным нарушениям. Установлено, что порог устойчивости ландшафта любого ранга измеряется количеством вещества, изъятого без нарушения структуры и функций экосистемы, уровнем ежегодно допустимого и максимально возможного потребления местных энергетических ресурсов, допустимого воздействия на флору и фауну, нарушением структуры отношений. Отсюда следует, что мерой устойчивости во всех вгриантах воздействия на ландшафт является величина нагрузки, которую они способны выдержать без существенных перестроек. В нашем случае самыми устойчивыми оказались южные влажные субэкваториально-тропические, далее полупустынные и пустынные ландшафты.

В пятой главе введен и формализован показатель эластичности, как способности природных и антропогенных ландшафтов по-разному менять свои динамические качества в определенных пределах в зависимости от совокупности свойств, состояния и величины антропогенной нагрузки. При ее оценке нами был введен так называемый коэффициент эластичности, который представляет собой отношение темпов прироста совокупности факторов к величине изменения состояния экосистемы.

В шестой главе предложены концептуальные подходы и конкретные комплексные и дифференцированные мероприятия в соответствии с пространственными особенностями регионов.

Нормирование антропогенных нагрузок, международное сотрудничество в области охраны природы и борьбы с опустыниванием - вот главные рычаги успешного решения этой глобальной проблемы.

В заключении подчеркивается необходимость безотлагательного решения проблемы опустынивания, препятствующей экономическому развитию региона.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В соответствии с современными представлениями (Гродзинский М.Д., 1993, Ковалев А.П., 1993 и др.), воздействие на геосистемы активизируют природные механизмы, мобилизующие свойства противодействия или дестабилизации этих систем.

Базовыми понятиями, развитие которых послужило предметом исследования, являются:

• устойчивость природной геосистемы - это способность сопротивляться внешним воздействиям и восстанавливать нарушенные ими свойства (Природа; техника, геотехнические системы, 1978);

• надежность геосистемы - ее способность "бесконечно функционировать ... без резких изменений структуры и функции" (Реймерс Н.Ф., 1980);

• пластичность геосистемы - наличие у геосистемы нескольких областей устойчивого состояния, находясь у которых она имеет способность к инертности и (или) восстановлению, и ее способность под действием внешних факторов переходить из одной области в другую. (Гродзинский М.Д., 1993).

Эти понятия взаимосвязаны. Понятие надежности шире понятия устойчивости, последнее является частным случаем первого. Оценка надежности относится ко всей системе и обеспечивается ее устойчивостью к различным факторам. Таково априорное соотношение между устойчивостью и пластичностью.

Развитие названных понятий потребовало введения понятия эластичности, которое шире предыдущих. Эластичность геосистемы обеспечивается тем, что все ее элементы либо динамически изменяются без резких перестроек ее структурно-функциональной организации, либо спонтанно переходят в качественно новое состояние в результате ненормированного природопользования. Опустынивание является одним из ландшафтообразующих пролявлений эластичности субгумидных территорий под воздействием следующих факторов:

- давления на геосистему Ук как совокупности воздействий на ресурсы территорий;

- приращения давления АУк при определенном изменении фактора (чаще всего поголовья скота и плотности населения);

- эффекта давления как сочетания исходного поголовья скота X и плотности населения и приращение численности и плотности;

v к

Коэффициент эластичности, характеризующий поведение / к АХ.

^ - ДХ, •

где j обозначает каждую дискретную единицу территории.

Величины Д Y , АХ нормированы относительно Y,X и выражаются в %:

A Yw А У(*>

^-•100-z,: z, (1)

Вычисленный таким образом показатель является коэффициеь том эластичности, отражающим совокупность реакции экосистемы н внешние возмущения. Этот коэффициент тем выше, чем больше сгк собность системы реагировать на нагрузку и потому в условиях нара< тающего давления на ресурсы, по нашим оценкам, является надеи ным экологическим критерием пустынивания. Такой способ расчет показателя эластичности в литературе принято называть "дуговым т.е. оценка эластичности распространена на весь период изменени совокупности признака факторов.

После приведения (1) к общему виду его можно записать следующим образом:

9<*>

j АХ(к) ' УШ <2>

j

где Xк - каждый последующий фактор.

Выражение (2) является коэффициентом эластичности, вычисленным по приращениям. Рассмотрим предельную форму выражения (2) и осуществим предельный переход при

0(*) .. лГ/0 х{к) ДВд.) X,

hm Э; = Jim ' • ^гг- = Jim —• —7- = 1 AX(l ] ' \Xj-*o дX Y (i)

_ (1У,(Х() X, _ dYj{Xj) х,

dx, "од) dx

Итог преобразования может быть записан как:

Выражение (3) представляет собой теоретический коэффициент эластичности, так как в расчет не принимается вид аналитической функции выравнивания, зависящий от состояния территории. Иногда в литературе этот расчет называют точечным, а саму величину точечной эластичностью (например, в /-Й точке).

Показатель, определенный с учетом конкретного вида экологических и географических зависимостей территории, определим как эмпирический коэффициент эластичности. Для конкретных расчетов величины строится вспомогательная таблица, где в последнем столбце приведены точечные значения эластичности. .

1=1,п X-£ У-01 / У- к=а!+а х.1 / / " / « а + а.х . Л / *

1 2 3 4 5

1 2 3 XI х2. х3 у П1 У 121 У Р) У 1х1] У Iх 21 У

п УН У (хп1

итого ¿/Л? *■ /

где: а} - эмпирические коэффициенты; /- значения в точках.

В качестве графического представления изменения показателя эластичности используем график, по форме подобный экологической кривой {рис. 1,а).

Интерпретация этого графика такова. Ради наглядности заменим кривую ломаной. Получим трапецию, основание которой на оси абсцисс.

а

Ь

У

У

наименьшая эластичность (гомеостатическое плато)

ь

с

,/■ /' ^ /'

Ч-*-'интервал эластичнооти

А

за предел сутцест& экосистемы

X

1 2

3 4

с)

Рис.1. Характеристика эластичности системы: а - интервал существования; в - интервал смены знака; с - интервал отсутствия эластичности; 1-2, 3-4 - интервалы эластичности с разным знаком саморегулирования.

На отрезке 1-2 видим восходящую прямую, крутизна которой является показателем эластичности, которая тем больше, чем

А

больше это отношение, т.е. здесь малые изменения аргумента X могут создавать большие изменения зависимой переменной У. В качестве аргумента может выступать любой фактор, не зависящий от У. В качестве функции выступает реакция системы на изменение данного фактора. Отрезок 1-2 характеризуется восстановлением, а 2-1 постепенной деградацией.

На отрезке 2-3 наблюдается отсутствие зависимости У от X. Экосистема не реагирует на колебание фактора, "не замечая" его. В этом интервале, собственно говоря, фактор утрачивает значение аргумента, система абсолютно неэластична. Другими словами, она безразлична к любым внешним воздействиям. Здесь, несмотря на стрессовое состояние, механизмы отрицательной обратной связи способны сохранять систему. Эта область называется эластичным или гомеоста-тичным плато. В случае дальнейшего нарастающего давления происходит перелом в саморегулировании реакций, саморегулирование меняет знак.

На отрезке 3-4 наблюдаем картину, противоположную той, что описана для интервала 1-2, в том смысле, что положительное приращение аргумента создает отрицательный эффект: эластичность высокая.

Таким же путем можно рассматривать эластичность относительно двух (и большего числа) факторов воздействия. Так, для случая двух аргументов получим функцию в виде поверхности плато вида, показанного на рискнке 1,6 справа. }

Таким образом, развитие деградационных процессов, в частности, опустынивания, есть не что иное, как последствия утраты геосистемами их природной устойчивости в условиях изменения саморегулирования и природных и антропогенных нагрузок. Иными словами, происходит сдвиг с гомеостатического плато, а следовательно, и изменение системы в целом. Это подтверждается нашими расчетами, которые показали, что различные территории имеют разные коэффициенты эластичности, т.е. по-разному реагируют на антропогенные воздействия. При этом более эластичные территории сначала отзывчивы на антропогенные воздействия и увеличивают устойчивость до состояния гомеостазиса, а затем возрастает опасность деградации при достижения состояния, за которым начинается опустынивание.

На карте эластичности статистического уровня грунтовых вод относительно нагрузки хозяйствнной деятельности населения (Рис.2^ выражено изменение уровня грунтовых вод в зависимости от изменения^ плотности населения.

Самыми эластичными . регионами оказались "внутренняя дельта" и юг страны. Оба эти региона испытывают большие антропогенные нагрузки, связанные с большой долей ирригации во внутренней дельте и хлопководством на юге. Малейшее изменение грунтовых вод на фоне такой нагрузки подрывает экологическую основу ^тих территорий.

На рис, 3 показана зависимость эластичности потенциальной нагрузки скота от плотности населения. Из этого видно, что самыми экологически неблагоприятными регионами являются Сегу, Мопти, Каэс и прилегающие к ним территории. .

На рис.4 показана эластичность плотности населения по нескольким состояниям. На указанном графике четко выделяются три крупные экосистемы:

1. Неустойчивые, характеризующиеся высокой эластичностью, средней плотностью до 10 чел/км2 присахарские регионы.

2. Малоустойчивые, характеризующиеся средней эластичностью и плотностью до. 20 чел/км2 полупустыни и сухие саванны.

3. Экосистемы влажных саванн, характеризующиеся абсолютной неэластичностью и плотностью населения более 20 чел/км2.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе рассмотрены отношения, имеющие место в условиях ухудшения состояния природной среды в Мали и в связи с непрерывным расширением границы пустыни под влиянием различных факторов.

' 1. Установлено, что любое изменение среды неизбежно приводит к развитию определенных цепных реакций, протекающих либо в сто-

рону нейтрализации произведенного изменения, либо в сторону формирования новых состояний экосистем. Введен, обоснован и исследован новый показатель устойчивости экосистем - эластичность.

2. Взаимодействие вещественно-энергетических компонентов, динамических качеств природных систем количественно нелинейно, т.е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильное отклонение в других (и во всей системе в целом), но может оказаться и несущественным.

3. Изменение степени устойчивости экосистем, наблюдаемое при преобразовании субгумидного в семиаридный тип ландшафта, характерном для зоны Сахеля, происходит благодаря переходу показателя эластичности через минимум, в результате чего временно утрачивается способность экосистемы к саморегуляции-, в дальнейшем наблюдается изменение знака саморегулирования.

4. Процессы, которые влияют на эластичность экосистемы, зарождаются вне семиаридного пояса в субгумидном ландшафте, в связи с чем они оказываются вне территории повышенного внимания служб мониторинга и природоохранных программ.

5. Карты эластичности территории, созданные для внесахарской части Мали, могут служить средством оценки экологического риска и выявления потенциально опасных территорий, будущих очагов опустынивания и планированию мероприятий на национальном и межправительственном уровне.

6. На фактическом материале подтверждается полученный предварительно вывод Сало Б. (1993) о целесообразности изменения стратегии борьбы с опустыниванием путем концентрации усилий на профилактике процесса в ядрах опустынивания, зарождающихся вдали от фронта пустыни в субгумидном поясе.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СТАТЬЯХ:

1. Проблема разработки индикаторов опустынивания/ Харьк.унт. Харьков, 1995. 12 с. Библиогр.: с.12. Деп. в ГНТБ Украины 16.08.95, N 1945 Ук95.

2. Компьютерная модель для анализа эластичности аридных ландшафтов // Тез. докл. конф. по применению персональных компьютеров в научных исследованиях и учебном процессе. Харьков, 1996. С.55.

3. Особенности и характер распространения опустынивания в Мали/Харьк. унт. Харьков, 1995. 5с. Библиогр.: с. 5

Деп. и ГНТБ Украины 16.08.95, N 1946 Ук95.

4. Проблемы опустынивания в Мали / Харьк. унт. Харьков, 1995. 13с. Библиогр.: с.13. Деп. в ГНТБ Украины 16.08.95, N 1944 Ук95,

Сахара

Кот Д Ивуар

Рис.2.. Эластичность, статического уровня грунтовых вод относительно хозяйственной деятельности человека

Мавритания

Сенегал

Гвинея

Кот Д Инуар

Условные обозначения абсолютная неэластичность

единичная эластичность

умеренная эластичность

сильная эластичность

очаги опустынивания

сл

Рис.4 Эластичность плотности населения по параметрам 2, 3, 4, 5:

£ - средний статистический уровень грунтовых вод: - ^

3 - зависимость инфильтрации от восполнения грунтовых вод;

4 - потенциально возможная нагрузка скота на пастбища Мали:

5 - резерв наргрузки скота С потенциальная минус действительная нагрузка)

Брулей Камара. Репональж проблеми опустелювання на прикладг Мал1. Автореферат дисертаци (у вигляш рукопису) на здобутгя наукового ступеня кандидата географ1чних наук по спешальносп 11.00.13 - еколопя. Харивський державний ушверситет. 1996.

В робот! розглянуп репональш проблеми опустелювання на приклад1 Mani. Показано, що трансформация ар1аних i селйарщних репонов Mani е результат комбшованого " впливу антропогенного тиску i кл1матичних змшювань. Комп'ютерна модель анайзу еластичностт арщних ландшафт, що розроблена автором, е одним з можливих варианпв розвитку опустелювання.

Ключоеп слова: опустелювання, антропогенний тиск, стжюсть, стабшыпсть i еластичшстъ екосистем.

Broulaye Camara. The regional problems of desertificatin for Mali as an example. The candidate's thesis on the subject 11.00.13 - ecology. Kharkov State University, 1996.

Regional problems of desertification for Mali as an example are presented in the dissertation. The transformation of arid and semiarid regions of Mali is shown to be the result of combine influence of antropogenic pressure and climatic changes. Computer model of arid land elasticity developed by the author is one of the possible alternative for desertification development.

Вщповщальний за випуск: проф. В.Ю.Некос