С.Л. Шевырев, Г. А. Анциферова, Н. И. Русова, М. Ж. Хамзикеева
Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения РАН, Дальневосточный федеральный университет, Россия Воронежский государственный университет, Россия Дальневосточный федеральный университет, Россия
В долине р. Ворона дистанционные методы использовались для выявления современных тектонических структур. Настоящие исследования продолжены в направлении изучения динамики эрозионных геодинамических процессов в пределах территории государственного природного заповедника «Воронинский». Показаны возможности использования космических снимков в проведении анализа природных и антропогенных процессов, как на водосборных площадях, так и в водоемах.
На основе использования космических фотоснимков ГЦ «Природа» (по листам масштаба 1:500000, информация 1970-х, 1980-х) и Landsat (информация 2000-х гг.), и применения автоматизированных геоинформационных систем (ГИС) был осуществлен мониторинг природных процессов в окружающей природной среде, в том числе связанных с современной тектонической активностью в среднем течении р. Ворона. При проведении ретроспективного анализа динамики эрозионной сети долины р. Ворона протяженностью от г. Кирсанов и до Уварово (площадь 5432,8 км2) были выявлены локальные поднятия и прослежено их влияние на развитие проточно-русловых озер Рамза и Кипец.
Использование дистанционных методов продолжилось в направлении выявления природных и антропогенных процессов в водоемах и на водосборной площади. Для периода 1975-2010 годов был проведен ретроспективный анализ динамики зарастания, а также выявлены участки сноса песчано-глинистого материала, приводящего к заилению водоемов. С этой целью нами осуществлена экспресс-оценка состояния прилегающей водосборной территории с применением метода неконтролируемой классификации дистанционного изображения ISODATA. Изучены изменения вегетационного индекса NDVI, отражающего концентрацию фотосинтезирующей биомассы наземной растительности. В качестве задействованных исходных материалов использованы данные спутниковой системы Landsat, представленные в виде мозаик каналов 7-4-2, а также материалы сайта Earth Science Research Institute (ESRI), позволяющие выполнить оценку изменений индекса NDVI в интерактивном режиме [6].
Спектрозональное изображение Landsat, включающее каналы 7-4-2, применяется для анализа состояния ландшафтных комплексов и растительности, позволяет уверенно распознавать элементы овражно-балочной сети и сельскохозяйственные угодья. Посредством применения алгоритма неконтролируемой классификации ISODATA, группирующего пиксели изображения на основании близости, в пределах изображения удалось уверенно выделить участки луговых и лесных ландшафтов, сельскохозяйственных угодий и, предположительно, зоны активизации эрозионных процессов. Для данных зон характерно разрежение или отсутствие растительности, защищающей почвы от эрозии. В пользу специализации последних говорит распространение в пределах указанных зон активных молодых оврагов и ложбин безрус- лового стока.
В пределах изучаемой территории была проведена оценка динамики индекса NDVI, отражающего концентрации наземной растительности и распространение зон зарастания оз. Рамза, оз. Ки- пец и русла р. Вороны, соединяющей их. В период 1990-2010-х годов на прилегающей к озерам территории происходило сокращение плотности наземной растительности, выразившееся в снижении вегетационного индекса NDVI, при этом для акваторий озер характерно увеличение этого индекса, что отражает их активное зарастание. Мониторинг изменений NDVI по материалам дистанционных съемок согласуется с данными непосредственных наблюдений, свидетельствующих об обмелении и зарастании озера [4].
В 2004 году О.Е. Потаповой и Л.Е. Борисовой (Самодуровой) было проведено комплексное обследование озера Рамза, по результатам которого составлен батиметрический план, закартированы контуры развития прибрежно-водной растительности и построена схема его зарастания [5]. К настоящему времени в центре озера глубина местами составляет 1,5-1,7 м, средняя глубина 1,2 м. Обмеление и зарастание водоема сопровождается накоплением илистых осадков, увеличением объема органического вещества.
На рассматриваемом участке акватории р. Ворона, включающем озера Рамза и Кипец, изучено эколого-биологическое состояние вод с использованием метода биоиндикации по сообществам низших водорослей. В ряде наших работ уже анализировалась положительная роль высшей водной растительности как природного биофильтра [1, 2]. Это находит подтверждение и при анализе графика эколого-биологического качества вод, представленного на рис.
Соотношение зон сапробности вод свидетельствует о высоком качестве процессов самоочищения. Наиболее интенсивно они проявляются в пределах распространения зарослей высшей водной растительности. Широко развиты зоны f -мезо- сапробных и а -мезосапробных вод. Для них характерно активное проявление окислительных процессов, нередко наблюдается перенасыщение кислородом, а среди продуктов минерализации преобладают нитриты и нитраты. Многие высшие водные растения находят в этих водах оптимальные условия для своего развития. Повсеместное развитие олигосапробных вод показывает степень интенсивности процессов переработки органических загрязнений до образования минерального субстрата, поскольку в них преобладает законченное окисление. В современных водоемах такого типа воды формируются в основном в результате минерализации из загрязненных вод. Они распространены повсеместно и достаточно равномерно. В водоемах заповедника наблюдается развитие видов ксеносапробов, которые характерны для чистых и совершенно чистых природных вод [3]. Доля ксеносапробных вод подчеркивает особенности графика эколого-биологического качества.
Рис. График эколого-биологического качества вод р. Ворона по точкам наблюдения на участке акватории устье р. Вяжля - оз. Промышленное.
Зоны сапробности: 1 - ксеносапробная; 2 - олигосапробная; 3 - /3 -мезосапробная; 4 - а -мезосапробная; 5 - полисапробная; 6 - линия средней сапробности; 7 - номера точек наблюдения
Класс качества вод определяется значениями индекса сапробности Пантле-Букка в модификации Сладечека (таблица). Анализ этих данных по точкам наблюдения, указанным на графике, показывает следующее. По качеству воды на участке устье р. Вяжля в месте ее впадения в озеро Шува- ровское (точка наблюдения 1) имеют индекс сап- робности равный 1,76, что отражает достаточно высокое качество. Значение данного индекса на участке Вяжлинский канал (точка наблюдения 2) и далее в месте впадения р. Ворона в оз. Рамза (точка наблюдения 3) повышается соответственно до 1,94 и 1,96. Это свидетельствует о понижении качества вод, при этом практически исчезают и виды ксеносапробы, а также наблюдаются виды поли- сапробы, которые указывают на низкое содержание кислорода и большие концентрации растворенной углекислоты. В полисапробной зоне происходит интенсивное разложение органического вещества с образованием в донных осадках сернистого железа и сероводорода. Однако в месте формирования речного потока, вытекающего из оз.Рамза (точка наблюдения 4) значение индекса сапробности резко понижается и составляет 1,60, что подтверждает значимость зарослей высшей водной растительности и низших водорослей в природном процессе самоочищения вод. Но речные воды потока, впадающего в оз. Кипец (точка наблюдения 5) примерно в трех километрах от оз. Рамза ниже по течению, вновь теряют свое эколого-био- логическое качество, на что указывает индекс сапробности, достигающий величины 2,09. И далее, воды, пройдя через акваторию оз. Кипец и расположенного ниже по течению оз. Промышленное (точка наблюдения 6), вновь приобретают высокое эколого-биологическое качество. Индекс сапробности составляет 1,69.
Размещение на графике линии средней сапробности, которая характеризует состояние процессов самоочищения вод в целом, отражает описанный процесс. В устье р. Вяжля она располагается в пределах олигосапробной зоны. Далее, после прохождения Вяжлинского канала, линия постепен - но смещается в поле 3 -мезосапробных вод, и это характерно также для вод речного потока, впадающего в оз. Рамза. По мере прохождения через акваторию озера, она плавно переходит в поле распространения олигосапробной зоны.
Таблица
Значения класса и разряд качества вод по показателям индекса сапробности Панкле-Букка в модификации Сладечека
| Номер точек наблюдения (отбора проб) | Расположение точек наблюдения | Значения индекса сапробности | Класс качества вод | Разряд качества вод |
| 1 | Река Вяжля | 1,76 | 3 Умеренно (слабо) загрязненные - Удовлетворительной чистоты | 3 а Достаточно чистая |
| 2 | Вяжлинский канал | 1,94 | ||
| 3 | Впадение Вороны в оз. Рамза | 1,98 | ||
| 4 | Ворона, вытекающая из оз. Рамза | 1,60 | ||
| 5 | Впадение Вороны в оз. Кипец | 2,09 | 3 б Слабо загрязненная | |
| 6 | Промышленное озеро | 1,69 | 3 а Достаточно чистая |
В целом воды относятся к классу 3 - умеренно (слабо) загрязненные (удовлетворительной чистоты). Согласно разряду качества, в пределах данного класса они имеют высокий статус «достаточно чистых» вод. Однако на участке в месте впадения Вороны в оз. Кипец показатель индекса сапробности 2,09 позволяет отнести воды к разряду «слабо загрязненных» (таблица).
Заросли высшей водной растительности, и связанные с ними сообщества низших водорослей, создают благоприятные условия для эффективного проявления природных процессов самоочищения вод. Более того, они значительно сглаживают негативное влияние поступающих в водную экосистему загрязнений с участков водосбора, где проявляется разреженность наземной растительности, эрозия почвенного покрова. Эти выводы подтверждает анализ данных, отображенных на космофотоснимках.
Современные методы дистанционного зондирования и обработки спутниковых изображений обеспечивают комплексный подход в оценке факторов, формирующих облик ландшафтов, качество вод, дает возможность распознавать природные процессы, и процессы, связанные с деятельностью человека, достаточно оперативно контролировать и прогнозировать направленность их дальнейшего развития. В результате возможна выработка адекватных мер, направленных на сохранение компонентов окружающей природной среды и препятствующих активизации неблагоприятных природных и природно-антропогенных процессов. Это, по сути, вносит свой вклад в достижение основной цели деятельности государственных природных заповедников, в той ее части, которая направлена на сохранение и изучение естественных природных процессов и явлений, которых происходят в наземных и водных экосистемах.
Список литературы
Анциферова Г. А. Биоиндикация в геоэкологии: об эвтрофировании межледниковых, голоценовых и современных поверхностных водных систем бассейна Верхнего Дона / Г. А. Анциферова // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Геология. - Воронеж, 2001. - № 1. - С. 240-250.
Анциферова Г. А. Озера долины реки Ворона как естественный современный рефугиум диатомовых водорослей в центре Восточно-европейской равнины / Г А. Анциферова, Л. Е. Борисова // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. География. Геоэкология. - Воронеж, 2009. - № 2. - С. 85-92.
Анциферова Г. А. Виды ксеноспробы в сообществах низших водорослей как показатель экологобиологического качества воды / Г. А. Анциферова,
Н.И. Минникова // Проблемы современной палинологии : материалы 13 Рос. конф. - Сыктывкар : ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2011. - С. 249-252.
Анциферова Г. А. Происхождение межледниковых и современных озерных котловин бассейнов Верхнего и Среднего Дона / Г А. Анциферова, С. Л. Шевы- рев, А. О. Калашников // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. География. Геоэкология. - Воронеж, 2012. - № 1. - С. 42-49.
Потапова О. Е. Комплексное обследование озера Рамза / О. Е. Потапова, Л. Е. Самодурова // Труды государственного природного заповедника «Воронинс- кий». - Тамбов : Изд-во Першина Р. В., 2009. - Т. 1. - С.107-117.
Landsat NDVI Change Imagery [Электронныйресурс] - Режимдоступа: arc gis. com/home/ itcm.html?id=a1c44a0cdc484dd88a0901c65624d327. Дата обращения: 25.10.2012.