Взаимосвязи биоразнообразия млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции с экологическими характеристиками ландшафтов

Короткий опис

Введение...4

Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика Юго-Восточной

Алтайской провинции...12

1.1. Общие замечания...12

1.2. Физико-географическое положение и границы...13

1.3. Геология, тектоника и полезные ископаемые...14

1.4. Орография и рельеф исследуемой территории...18

1.5. Климатические характеристики территории...22

1.6. Гидрологические сведения...26

1.7. Ландшафты и почвенно-растительный покров...30

1.8. Млекопитающие Юго-Восточной Алтайской провинции...34

Глава 2. Методы исследования взаимосвязей биоразнообразия

млекопитающих с геолого-геохимическим составом ландшафтов...39

2.1. Общие замечания...39

2.2. Структура и источники исходных данных...42

2.3. Сравнительно-картографические методы...50

2.4. Геоинформационные системы...52

2.5. Методы анализа статистических данных...55

Глава 3. Обзор абиотических факторов, влияющих на структуру животно-растительного сообщества и методов изучения биоразнообразия...64

3.1. Методы изучения биоразнообразия...64

3.2. Роль географических и геолого-геофизических факторов, влияющих на биоразнообразие...74

3.3. Средняя масса животных как показатель структуры сообщества...81

3.4. Взаимосвязи живых организмов со средовыми геохимическими характеристиками...88

3.5. Биологическая роль химических элементов...92

Глава 4. Биоразнообразие млекопитающих Юго-Восточной Алтайской

провинции...97

4.1. Биоразнообразие млекопитающих по ландшафтным комплексам Юго-Восточной Алтайской провинции...97

4.2. Ранговое распределение ландшафтных комплексов Юго-Восточной Алтайской провинции по количественным показателям и уровню биоразнообразия млекопитающих...110

Глава 5. Взаимосвязь биоразнообразия и количественных характеристик

населения млекопитающих с распределением химических элементов и геологических формаций в ландшафтах Юго-Восточной Алтайской провинции...135

5.1. Распределение химических элементов в почвах ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции...135

5.2. Геолого-формационный состав ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции...141

5.3. Взаимосвязь геолого-геохимических характеристик ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции с биоразнообразием млекопитающих 145

Заключение...152

Список литературы...155

Приложения...168

Приложение 1. Легенда к ландшафтной карте Юго-Восточной Алтайской провинции...168

Приложение 2. Корреляционные таблицы...171
Введение

Введение

Актуальность работы

Основным объектом исследования в сформулированной общей задаче выступают взаимосвязи биоразнообразия млекопитающих с геоэкологическими характеристиками ландшафтов. Основной единицей исследования является ландшафт. В данном контексте ландшафт — это структурное подразделение географической оболочки, включающее в себя комплекс факторов и явлений, связывающих воедино биотические, абиотические и биокосные тела, а также совокупность присущих им процессов.

Известно, что между фитоорганизмами, почвенным слоем и земной корой существует определенная вещественная химическая взаимосвязь (Мальгин, 1978; Брукс, 1986; Добровольский, 1998). Проведены многочисленные работы по определению характера и уровня этой связи. Однако вопрос о степени влияния и установления зависимостей между химическими элементами, содержащимися в почве (или поверхностной земной коре), геологическими особенностями территории и животным миром до сих пор проработан достаточно слабо. Между тем еще В.И. Вернадский утверждал, что изучение живых организмов в разрыве с окружающей их средой методически неверно, следует избегать подобных подходов и стремиться к комплексному рассмотрению характеристик живого и неживого (Вернадский, 1978; 1983).

Особенно актуальной такая постановка вопроса становится в наши дни, когда биосферные процессы испытывают многопараметрическую модификацию, вызванную глобальным изменением климата Земли и нарастанием техногенного давления (Глазовский, 1982; Дмитриев, Беляев, 1991; WMO: Statement..., 2001; Дмитриев, Шитов, 2002). Для Горного Алтая, например, все более проблемными становятся вопросы: изучения долговременных последствий ядерных испытаний на Семипалатинском ядерном полигоне и на полигоне оз. Лобнор (Мешков, 1993; Куропятник и др., 1996; Булатов, 1996; Дмитриев, Шитов, 1997); исследования экологически

негативных результатов многочисленных запусков крупнотоннажных ракет и падений вторых ступеней ракетоносителей на территорию региона (Новиков и др., 1986; Пальцын, 1998; Экологические проблемы..., 2000; Дмитриев, Шитов, 2003); трансграничного переноса техногенного загрязнения с Рудного Алтая (Робертус и др., 1997; Шитов, 1999); сокращения площади многолетней мерзлоты и ледников высокогорных зон (Окишев, 1966; Дмитриев, Шитов, 2002).

Исходя из этих положений, вопрос установления связей и степени влияния химических элементов, содержащихся в почве, а также степени влияния геолого-формационного состава ландшафтов на млекопитающих является важным и значимым. Количественная оценка связей такого рода в наименее антропоосвоенном районе позволяет выявить их естественный (природный) уровень, что немаловажно для более точного понимания сложившейся структуры взаимоотношений живой и косной среды. В дальнейшем эти данные могут использоваться для определения техногенной нагрузки на ландшафты, коррекции хозяйственной деятельности и планирования природоохранных мероприятий по изучаемой территории.

Поэтому актуально осуществить исследования по оценке взаимосвязей геолого-геохимических ландшафтных характеристик с биоразнообразием, плотностью и биомассой млекопитающих на территории Юго-Восточной Алтайской провинции, характеризующейся относительно слабым уровнем антропогенного воздействия.

В данной работе для оценки уровня взаимосвязи геолого-геохимических параметров ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции с биоразнообразием и количественными характеристиками населения млекопитающих применяются современные методы исследования, базирующиеся на основе информационных технологий. Информационные системы являются мощным инструментарием для решения вычислительно-репрезантационных проблем, которые возникают при проведении научных

исследований и с этой стороны выступают практически полезным приложением к любому методу комплексных оценок. Применяемый нами метод позволяет мобилизовать и по многим направлениям проанализировать важные для решаемой проблемы информоемкие массивы данных по изучению животного мира Юго-Восточной Алтайской провинции.

Цель работы

Выяснение ландшафтных геолого-геохимических показателей на территории Юго-Восточной Алтайской провинции для оценки величин их влияния на биоразнообразие и количественные характеристики населения млекопитающих.

Основные задачи исследования

1) Оцифровка и подготовка базовых карт исследования по территории Юго-Восточной Алтайской провинции: ландшафтной, геологической и геохимической.

2) Обработка исходных и результирующих данных и получение статистических характеристик по распределению химических элементов и геологических формаций в ландшафтах Юго-Восточной Алтайской провинции. Вынесение полученных данных на ландшафтную карту.

3) Обработка исходных и результирующих данных по классу млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции. Определение индексов биоразнообразия и равномерности распределения видов млекопитающих по плотности и биомассе для каждого ландшафтного комплекса Юго-Восточной Алтайской провинции.

4) Вычисление величины связи между распределением химических элементов и геологических формаций в ландшафтах изучаемой территории с биоразнообразием и количественными характеристиками населения млекопитающих. Выявление статистически значимых результатов.

5) Построение комплекса карт (с помощью геоинформационных технологий) по результатам оценок биоразнообразия и количественных характеристик населения млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции с целью выявления районов максимального устойчивого видового богатства.

Научная новизна

Впервые аналитическими методами выполнена оценка биоразнообразия и вычислен ряд суммарных количественных характеристик млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции: биомасса на км2, поотрядная плотность, обилие на ландшафтный комплекс, биомасса на ландшафтный комплекс, средние массы особей для всего сообщества. На основе результирующих данных проведено ранжирование ландшафтов и определены центры сгущения биоразнообразия млекопитающих (участки максимального устойчивого видового богатства) для изучаемой территории. Выявлен ряд общих закономерностей по пространственному и высотному распределению выравненности видов млекопитающих по плотности и биомассе. По полученным результатам построен комплекс карт.

Произведена количественная оценка распределения геологических формаций в ландшафтах исследуемой территории. Также на основе имеющихся данных составлены карты распределения химических элементов в ландшафтах.

Установлено наличие и рассчитана величина связи биоразнообразия, плотности, биомассы, средних масс, числа видов млекопитающих и их выравненности по плотности и биом.ассе с геолого-геохимическим составом ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции.

Защищаемые положения

1. Центры сгущения биоразнообразия млекопитающих располагаются в Бертекском, Елангашско-Сайлюгемском, Чихачевском и Джулукульском районах Юго-Восточной Алтайской провинции.

2. Между распределением биразнообразия млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции, их количественных характеристик по ландшафтам и геолого-геохимическим составом ландшафтов существует статистически значимая корреляционная связь, вскрывающая количественные характеристики воздействия геоэкологических факторов на животный мир.

3. Влияние геолого-формационного состава ландшафтов на распределение биоразнообразия и значения количественных характеристик населения млекопитающих по ландшафтам Юго-Восточной Алтайской провинции превышает на 10-20% аналогичное влияние химического состава почв ландшафтов.

Практическая значимость

В соответствии с подписанием различными странами мира на конференции в Рио-де-Жанейро конвенции по сохранению биоразнообразия и принятию ими концепции программ устойчивого развития (Коптюг, 1992; Концепция перехода..., 1996) становится важным рассмотрение и реализация этих положений на региональном уровне.

Одним из главных факторов устойчивого развития является биоразнообразие, рассматриваемое как высшее природное богатство и экологический резерв на будущее (Закон Российской Федерации..., 1996; Глобальная экологическая перспектива..., 2000; География и мониторинг..., 2002). Поэтому исследование биоразнообразия млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции представляет собой широкий практический интерес для пользователей различных отраслей деятельности и знания. Выявление центров биоразнообразия на исследуемой территории необходимо для ориентации видов осваивания территории.

Вычисленные показатели биоэффективности геолого-формационного и геохимического состава ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции могут служить дополнительной информацией для согласования природных и

антропогенных процессов. Комплекс составленных нами целевых карт представляет интерес для республиканского и районного масштаба управления. Эти карты отображают общие и частные характеристики млекопитающих и могут быть использованы в животноводстве, а также для коррекции сельскохозяйственной деятельности.

В целом, совокупность полученных результатов позволяет повысить качество использования геолого-геохимической среды в плане природопользования и природоохраны на территории Юго-Восточной Алтайской провинции.

Исходная информация и методические разработки

Исходная информация, использованная в работе, включала сведения:

1) по плотности и распределению млекопитающих в ландшафтных. комплексах Юго-Восточной Алтайской провинции (928 значений, включая нулевые);

2) по распределению химических элементов в почвах ландшафтов Горного Алтая (6608 значений (236 проб для 28 химических элементов));

3) по геолого-формационному составу ландшафтов (608 значений (19 формаций для всех 32 типов ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции)).

Информационные массивы по плотности и распределению млекопитающих в ландшафтах были предоставлены кафедрой зоологии, экологии и генетики Горно-Алтайского государственного университета.

Сведения по распределению химических элементов в почвах по взаимному соглашению были предоставлены госпредприятием «Алтай-Гео» (МГХК-1000, ГЭИК-1000).

Данные по геолого-формационному составу ландшафтов исследуемой территории нами были рассчитаны самостоятельно с использованием компьютерно-вычислительных средств путем совмещения ландшафтной и геологической карт Юго-Восточной Алтайской провинции.

Для запланированного исследования в качестве базовых карт нами были построены и использовались следующие цифровые карты: ландшафтная, геологическая и геохимическая. Материалом для оцифровки ландшафтной послужил атлас Алтайского Края (1978). Геохимическая карта была построена нами на основе совмещения сведений по распространению химических: элементов в почвах с ландшафтной картой. Геологическая карта на территорию Юго-Восточной Алтайской провинции была нами получена на базе геологической карты Горного Алтая из фондов госпредприятия «Алтай-Гео».

В ходе выполнения исследовательских задач нами была отработана методика оценки взаимосвязей геолого-геохимических характеристик ландшафтов с биоразнообразием и количественными характеристиками животного населения с использованием методов непараметрической статистики и компьютерно-вычислительных средств.

Апробация работы

По материалам работы опубликовано 11 статей, представлены и прочитаны доклады: на международной научно-практической конференции «Сохранение этнокультурного и биологического разнообразия горных территорий через стратегии устойчивого развития» (Горно-Алтайск, 2002); на международной научно-практической конференции «Геоинформатика-2000» (Томск, 2000); на международной конференции «Геоинформационные системы в геологии» (Москва, 2002); на 10-й Всероссийской конференции по графическим информационным технологиям и системам (2000 г., Нижний Новгород); на первой и второй Сибирской конференции пользователей ESRI & ERDAS (Новосибирск, 2001, 2003); на научной конференции «Проблемы геологии и географии Сибири» (Томск, 2003); на научной конференции «Изучение и охрана природы Алтае-Саянской горной страны» (Горно-Алтайск, 2002); на первом, втором и третьем научно-практических семинарах «Использование геоинформационных систем в Республике Алтай» (Горно-Алтайск, 2001, 2002, 2003).

ю

Работа поддержана грантами: «Создание единой информационной системы для изучения, управления и рационального природопользования республики Алтай» и «Картирование животного мира Республики Алтай» от правительства Республики Алтай, а также грантом «Университеты России» (грант -УР.09.01.056).

Объем работы

Работа выполнена на 185 листах, включает 41 рисунок, 12 таблиц, библиографический список состоит из 140 наименований.

Работа выполнялась в отделе геоинформационных систем центра новых информационных технологий Горно-Алтайского государственного университета.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю д.г.-м.н., к.ф.-м.н. А.Н. Дмитриеву. Большую благодарность за помощь и. рекомендации автор выражает соруководителю к.г.-м.н. А.В. Шитову. Автор признателен Ю.П. Малкову, за помощь в обсуждении, советы и предоставление данных по плотности млекопитающих в ландшафтах Юго-Восточной Алтайской провинции. Автор благодарит В.Е. Кац за содействие во время выполнения работы и предоставление сведений по распределению химических элементов в почвах ландшафтов Горного Алтая. Автор выражает признательность А.Ю. Гвоздареву за внимание, консультации и обсуждение работы. Автор благодарен А.В. Кудашову за осуществление программно-аппаратной поддержки. Также автор выражает глубокую признательность и благодарность за всемерную помощь, содействие и рекомендации сотрудникам кафедры физической географии, кафедры геоэкологии и природопользования, кафедры зоологии, экологии и генетики, отдела геоинформационных систем центра новых информационных технологий Горно-Алтайского государственного университета, сотрудникам госпредприятия «АлтайГео» и института систематики и экологии животных СО РАН.

и

Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика Юго-Восточной Алтайской провинции

1.1. Общие замечания

Территорией для проведения исследования нами была выбрана Юго-Восточная Алтайская провинция, выделяемая по физико-географическому районированию Г.С. Самойловой (Атлас Алтайского Края, 1978). Поскольку существует несколько подходов к районированию Алтая, следует пояснить причины выбора нами в качестве главного именно районирования по Г.С. Самойловой. Основаниями для него послужили структура и характер исходных данных. Часть из этих данных (по плотности млекопитающих, например) изначально была приурочена к указанной территории. Их дальнейшая интерпретация, при использовании районирования других авторов, могла бы быть сильно затруднена. Это также предопределило и характер картопостроительных работ. Все карты для исследования создавались нами на территорию Юго-Восточной Алтайской провинции. Так как не было каких-либо объективных причин для принятия за основу районирования других авторов, то в дальнейшем мы опирались на физико-географическое районирование Алтая по Г.С. Самойловой (Атлас Алтайского края, 1978).

12

1.2. Физико-географическое положение и границы

Юго-Восточная Алтайская провинция является частью Алтае-Саянской горной страны, входящей в систему гор Юга Сибири.

Площадь изучаемой территории составляет около 15,5 тыс. км2, 17% от общей площади республики. Восточная часть провинции более протяженная с севера на юг (около 115 км) чем западная (около 70 км). С запада на восток территория простирается на 220 км.

Юго-Восточная Алтайская провинция делится на 8 районов: Джулукульский, Чихачевский, Курайско-Чуйский, Елангашско-Сайлюгемский, Джазаторский, Бертекский, Кара-Алахинский, Кийтынский (Атлас Алтайского края, 1978). Самым крупным из них является Курайско-Чуйский, а самым небольшим - Кийтынский.

На территории Горного Алтая провинция занимает окраинное положение. Граничит на северо-востоке с Восточно-Алтайской, а на северо-западе с Центральноалтайской провинциями. С востока исследуемая территория смыкается с Саянской горной системой, с запада с Казахстаном и с юга с Монгольским Алтаем.

1.3. Геология, тектоника и полезные ископаемые

История формирования территории Юго-Восточной Алтайской провинции неразрывно связана с формированием территории всего Горного Алтая.

Геосинклинальная стадия развития продолжалось до палеозоя. На месте гор существовало море, на дне которого накапливались мощные толщи отмиравших животных и растений. Без доступа воздуха под действием большого давления эти толщи постепенно преобразовывались в известняки. К" концу палеозоя, в связи с общепланетарным изменением климата, на Алтае наблюдается морская регрессия, начинается платформенная фаза развития. Основной горообразовательной эпохой на территории Юго-Восточной Алтайской провинции, как и всего Горного Алтая, была каледонская эпоха (ордовик-силур). Замыкание геосинклинали в позднем палеозое (герцинская фаза складчатости) привело к созданию геологической основы рельефа с разломами, определившими ориентировку элементов орографии северозападного простирания (Нехорошее, 1958). Разность высот рельефа привела к закономерному образованию рек в понижениях гигантских складок. Поэтому большинство достаточно крупных рек текут в направлении простирания горных хребтов. Для Юго-Восточной Алтайской провинции это западное и северозападное направление: Джазатор, Чуя, Башкаус, Чулышман.

Около 400 млн. лет назад под влиянием горообразовательных процессов (Каледонский горообразовательный цикл) морское днище поднимается на большую высоту, а реки по мере поднятия врезаются на значительную глубину. Формирование гор сопровождалось интенсивной вулканической деятельностью и землетрясениями. Под действием вулканогенных факторов шло образование минералов и руд, содержащих ртуть, вольфрам, железо и редкие металлы. В конце мезозоя - начале палеогена при равновесии эндогенных и экзогенных процессов или при преобладании последних происходит денудационное выравнивание складчатых гор. Обломочный материал благодаря деятельности

14

рек постепенно сносится с возвышенностей и накапливается в понижениях, где мощность рыхлых отложений достигает 3 — 4 км.

Формирование современного горного рельефа на месте увалистой невысокой страны происходило под влиянием дифференцирующих восходящих движений (альпийский орогенез). Для этого цикла характерны глыбово-надвиговые перемещения земной коры и формирование основных элементов рельефа. Одни глыбы поднимались и; образовывали складчато-глыбовые горные хребты, а другие опускались, создавая крупные межгорные котловины (Курайская, Чуйская и т.д.). Большинство рек к концу альпийской фазы складчатости сформировали современные русла. В речных долинах в это время формируются аллювиальные, озерно-аллювиальные и ледниково-коллювиальные отложения (Девяткин, 1965; Нехорошее, 1966).

В плане неотектоники также необходимо отметить, что Юго-Восточная Алтайская провинция относится к участкам с повышенной толщиной земной коры. Как известно, таким участкам соответствует и повышенный уровень встречаемости геологических энергоемких процессов (землетрясений).

Если посмотреть на сейсмическую карту Большого Алтая, куда входит Русский (Горный), Монгольский, Гобийский Алтай, то за последние 100 лет катастрофические землетрясения (землетрясения с магнитудой (мера полной энергии сейсмических волн данного землетрясения) превышающей семь баллов (М7)) происходили в почти пустынных Монгольском и Гобийском Алтае. В Горном Алтае, за период регистрационной службы на шести сейсмостанциях (Чаган-Узун, Усть-Кан, Тюнгур, Иогач и др.) выявлено, что происходили на указанной площади только мелкие или средние землетрясения. Тем не менее, палеосейсмологи по детальным геоморфологическим исследованиям установили, что в среднем течении реки Чуй в обрамлении Курайской долины и в западной части Чуйской впадины были землетрясения катастрофической силы, с сотрясаемостью на поверхности до 9-10 баллов по шкале MSK-64 (т.е. М8). Зафиксировано это по сейсморазрывам горных пород и по многочисленным сейсмогравитационным срывам вершин гор.

15

Период повторения таких землетрясений обычно не более 3 тысяч лет. В Горном же Алтае радиоуглеродный метод определения возраста катастрофических землетрясений даёт период встречаемости землетрясений с М8 всего в 1000 лет. Поскольку неизвестно когда были последние сейсмические толчки такой силы, то все виды технических сооружений должны воздвигаться с учётом факта возможного их повторения. Кроме того, планетофизиками в целом по земному шару отмечаются процессы, которые свидетельствуют о значительном оживлении глубинных и коровых геодинамических процессов, особенно в горных системах (Дмитриев, Шитов, 2002).

Новейшая тектоника предопределила и события ледникового периода. Первые оледенения Алтая, включая среднечетвертичные, оставили мало конкретных следов и отложений в рельефе, хотя именно с ними следует связывать формирование главных черт альпийского рельефа гор.

Всего на Алтае выделяются 3 ледниковые эпохи: Башкаусское, Катунское и Майминское (Раковец, Шмидт, 1963). Оледенения определили особенности формирования ландшафтов на территории гор (высокогорные и среднегорные ландшафтные комплексы, обогащенные северными видами флоры и фауны). Первое, максимальное оледенение, развивающееся в среднечетвертичное время было покровным, а в высоких горах - горно-долинным. Морены максимального оледенения выдвинуты далеко в котловины. Кроме морен, в котловинах встречаются камы и озы. На склонах гор, вокруг котловин, существует множество кар и ледниковых цирков.

Геологическое строение и полезные ископаемые Юго-Восточной Алтайской провинции изучались в разное время многими исследователями и геолого-разведывательными экспедициями. В связи со сложной историей формирования территории здесь встречаются породы самого разного возраста. Преобладающими из них являются кембрийско-ордовикские, девонские и кайнозойские формации, тогда как доля пород других возрастов и интрузий невелика и не превышает в общей сложности 15%.

16

Полезные ископаемые района представлены Калгутинским месторождением полиметаллических руд, содержащих молибден, вольфрам, селен, теллур и другие металлы, приуроченных к гранитным массивам позднегерцинского времени; Кызыл-Шинским месторождением флюорита, Чаган-Узунским месторождением ртути и Талду-Тюрганским месторождением бурого угля (лигнита) с запасами 40 млн. тонн, которые являются прекрасным сырьем для получения органических удобрений, богатых гумусовыми компонентами.

Каракульское комплексное месторождение кобальта и висмута обладает очень большими запасами этих металлов, но руды низкого качества.

Крупнейшее ртутное месторождение - Чаган-Узунское. Это месторождение разведано и обладает большими запасами высококачественных

РУД-

Основные компоненты в рудах Калгутинского месторождения —

вольфрам и молибден, а второстепенные — медь, висмут, бериллий. Эти руды очень высокого качества, хотя запасы в целом месторождения и его флангов небольшие.

Крупное месторождение лития представлено Алахинским штоком сподументовых гранитов, расположенным вблизи одноименного озера. Месторождение уникально по своему происхождению и представляют большую научную ценность.

Среди гранитов наилучшими декоративными свойствами обладают граниты Юстыдского массива, в ореоле которого распространены черные и бело-зеленые роговики и белые кварциты.

17

Список литературы