Исследование ландшафтных геоэкологических факторов Юго-Восточного Алтая и их влияние на млекопитающих

А.В. Каранин

Горно-Алтайский государственный университет, г.Горно-Алтайск

Ускоренное развитие информационных технологий и интенсивные интеграционные процессы в науке позволяют значительно расширить обычные методы исследования. Глобальные изменения, происходящие в географической оболочке, требуют переосмысления накопленной ранее научной информации, поиска новых путей изучения окружающего мира.

Целью предлагаемой к рассмотрению работы является предложение нового подхода и информирование о некоторых результатах, полученных с его помощью. Основу данного подхода составляет исследование биолого-географической среды, выделение комплекса факторов прямо или косвенно влияющих на общую "жизненность" территории.

Под "жизненностью" здесь понимается способность территории размещать и поддерживать в течение определенного интервала времени жизнедеятельность допустимого для этой площади количества организмов. При этом подразумевается, что чем большее количество разнообразных организмов способно рождаться и проживать на изучаемой местности, тем выше практически показатель жизненности данной территории. За единицу природно-территориального деления в силу ряда причин был принят ландшафт.

Ландшафт представляет собой структурное подразделение географической оболочки. Все взаимосвязи, циклы процессов и круговороты, присущие ей, так или иначе, находят локальное отображение и в ландшафте. Кроме того, ландшафт, сам по себе, является сложной комплексной, как бы автономной, структурой, включающей не только разные по своей сути биотические, абиотические и биокосные тела, но также и сумму факторов геолого-географической среды влияющих на них. Некоторые из их состава: уровень солнечной радиации, климат, рельеф, эндогенные и экзогенные планетарные процессы происходящие в его пределах и т.д. В широком смысле ландшафт - это комплексная пространственно-временная система со сложными внутренними и внешними связями взаимообусловленная в своем размещении и развивающаяся как единое целое в соответствующем режиме энергообеспечения.

При всем этом ландшафт не изолирован от окружающего мира, а напротив - тесно и органично связан с ним. Ландшафтная структура определяется процессами обмена веществом и энергией, как с соседствующими ландшафтами, так и иными - более обширными компонентами географической оболочки.

Естественная сложность и многомерность ландшафта и разнообразие его составляющих требует при изучении единовременного учета множества взаимосвязанных факторов. Именно эта особенность ландшафта позволяет без лишних осложнений реализовать подход "от общего к частному" и перейти к исследованию его компонентов не в отрыве друг от друга, а в едином связанном комплексе явлений и понятий. Еще В.И. Вернадский отмечал, что изучение живого организма изолированно от среды методологически ошибочно, так как и то и другое неразрывно связано и оставлять без внимания эту взаимосвязь, функциональную зависимость между окружающей средой и организмом неразумно (Владимир Вернадский: Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков., 1993).

Поэтому работа, связанная с определением особенностей влияющих на общую численность животного населения на какой-либо территории не должна и не может идти в разрыве с ландшафтными биоэкологическими, климатическими и геолого-геофизическими связями. Особенность работы такого рода состоит еще и в том, что идет определение общей численности живых организмов - независимо от их размеров и форм.

Согласно многим философским и некоторым религиозным представлениям жизнь каждого живого существа равноценна. Если это положение взять за основу и принять как данность, что каждый живой организм, так или иначе, независимо от уровня интеллекта, "осознает свое я" и в этом случае самоценен - то возникает закономерный вопрос изучения этих "мыслящих" существ. Изучение при этом должно проводиться не в рамках рода или вида, а в целом, всех вместе.

Учет количества живых существ с этой точки зрения будет своеобразным определением самоценных и самодостаточных организмов или иначе - определением отдельных единиц жизни данной территории. А изучение факторов оказывающих влияние на распространение животных по исследуемой местности поможет выделить ее жизненный потенциал.

Следует отметить важную деталь. Несомненно, трофические и межвидовые отношения играют решающую роль в поддержании именно видовой численности, но на суммарную жизненность территории такого управляющего влияния не оказывают. Дело заключается в том, что меньшее количество питательных веществ вовсе не означает, что данная местность содержит меньшее количество отдельных особей живых организмов. Зачастую бывает совсем наоборот - просто эти организмы меньше по своим размерам, в силу недостаточного питания, или просто, потому что относятся к другим более мелким видам.

Животные приспосабливаются к местному потенциалу жизненности и, если территория не обладает необходимым запасом питательных веществ для поддержания прежнего количества особей, но сохраняет при этом жизненный потенциал, то начинается постепенное, из поколения в поколение, уменьшение их видовых размеров, или исход из данной области, если есть такая возможность. Одновременно такая территория с уменьшением числа особей крупных по размерам видов привлечет более мелкие. Когда наступит равновесие, численность животных восстановится примерно на прежнем уровне, но их видовой состав изменится.

Таким образом, насыщенность региона питательными веществами регулирует верхний предел содержащейся здесь биомассы, но вот ее распределение между единицами жизни (или отдельными животными) может быть далеко неоднозначным. В связи с этим, целесообразно ввести понятие массы среднего существа, рассчитываемого по формуле:

1. Мср. = Мт / Ет.

Где Мср. - масса среднего живого организма, Мт. - общая биомасса территории, Ет. - общее количество животных проживающих на данной территории.

Понятие массы среднего существа позволит более точно определить потенциальную жизненность различных регионов и выявить проявление "жизненных аномалий" (т.е. резкого превышения или понижения числа единиц жизни по сравнению со средним показателем). Выявление подобных аномалий в свою очередь позволит начать выделение особенностей и отличий данной местности от других, что позволит определить процессы и явления, вызвавшие временную нестабильность в региональном распределении жизни.

Для решения поставленной задачи проводится исследование ряда пространственно-географических факторов методами геоинформационных систем, путем построения, сопоставления и анализа соответствующих карт и материалов.

Регионом для проведения работ на данном этапе была выбрана Юго-Восточная ландшафтная провинция Горного Алтая. Причинами послужили разнообразие природных условий территории, высокая вариабельность ландшафтов, пересеченность местности, обуславливающая ярко выраженную высотную поясность, изменчивость климатических показателей, удаленность и изолированность территории. Также следует отметить и уникальность видового состава региона, высокое разнообразие которого включает ряд редких и исчезающих видов (Маринин, Самойлова, 1987).

За основу для составления большинства карт, по практически полезным причинам, была выбрана ландшафтная карта Горного Алтая оцифрованная с Атласа Алтайского края (1979 года) (Каранин., 2002).

На базе ландшафтной карты был создан териологический (распространения животного населения) атлас Юго-Восточного Алтая. Для этого были использованы данные встречаемости различных животных в ландшафтах Горного Алтая накопленные сотрудниками кафедры зоологии, экологии и генетики Горно-Алтайского государственного университета (Шитов и др., 2000).

Путем подстановки необходимых для решения поставленной задачи сведений в базу данных ландшафтной карты было получено более 50 (по числу анализируемых видов) листов териологических характеристик.

В силу большой трудоемкости проводимого исследования было введено ограничение на разнообразие жизненных представителей, во внимание принимались только млекопитающие виды, как наиболее близкие по процессам жизнедеятельности и "уровню разумности" к человеку. Человек на данном этапе рассматривался не как часть природы, а как фактор, воздействующий на нее. Впоследствии область исследования в этом плане может быть расширена.

Тем же путем дополнения базы данных по ландшафтам на основе материалов ГП "Алтай-Гео" (МГХК-1000, ГЭИК-1000) была составлена карта распространения химических элементов в ландшафтах (Каранин и др., 2002). Ее создание преследовало цель задействовать в исследовании эколого-геохимический фактор.

Учтена возможность подключения к исследовательской базе данных геологической карты, также полученной с Атласа Алтайского края. Ее применение диктуется соображениями необходимости выявления особенностей геологического строения определяемых аномальных районов при их выделении.

Кроме вышеозначенных карт используются: орографическая карта, карта автодорог и населенных пунктов, карта гидросети. Среди производных от ландшафтной карты Юго-Восточного Алтая следует отметить карты, составленные с использованием программных методов работы на языке Avenue: карту плотности млекопитающих по ландшафтным комплексам Горного Алтая, карту их размещения и численности, териомассы, трансформируемой энергии.

Для решения задач указанного профиля было проведено исследование геохимических параметров ландшафтных характеристик Горного Алтая. С использованием программы Statistica был построен ряд гистограмм для 23 типов ландшафтов по 28 химическим элементам. На основе гистограмм была выделена фоновая концентрация микроэлементов по ландшафтам региона по почвенному горизонту A1.

В связи с разнородностью анализируемых факторов и недостаточной информационной базой на отдельные типы ландшафтов исследование было переведено на базу ландшафтных комплексов.

На основе полученных результатов были построены карты фоновой концентрации химических элементов по ландшафтным комплексам Горного Алтая.

Для более детального обнаружения общих закономерностей распределения микроэлементов были произведены статистические расчеты. Были рассчитаны: модальные значения, среднее геометрическое, среднее арифметическое, дисперсия, учтены также и предельные значения. Расчетные величины были сопоставлены с аналогичными, более ранними данными (Экогеохимия Западной Сибири. Тяжелые металлы и радионуклиды., 1996). Сопоставление помогло дополнить информационную базу исследования.

На следующем этапе была проведена оценка биоразнообразия млекопитающих Юго-Восточной ландшафтной провинции Горного Алтая. Были учтены индексы разнообразия и равномерности распределения по численности и биомассе млекопитающих. Расчеты производились по формулам Симпсона и Шеннона (Бигон и др., 1989). В основу исследования положены результаты, полученные по формуле Симпсона.

Также был обработан значительный статистический материал по размещению, численности, биомассе и трансформируемой энергии изучаемых видов.

Итоговые данные позволили выделить центры биоразнообразия региона (средний индекс D>4) расположенные в Джулукульском, Бертекском, Чихачевском, Елангошско-Сайлюгемском районах Юго-Восточной ландшафтной провинции Горного Алтая, установить ряд территориальных закономерностей присущих местным видам.

Далее были установлены корреляционные характеристики млекопитающих с фоновыми значениями микроэлементов по ландшафтным комплексам Юго-Восточного Алтая. Была отмечена высокая зависимость и повышенная чувствительность отдельных отрядов млекопитающих от ряда химических элементов (например, ртути), посчитана статистическая значимость.

В настоящий момент работа продолжается. В дальнейшем к исследованию для выявления особенностей геологического строения изучаемых территорий будет подключена геологическая карта. Также для повышения точности результатов будет расширена информационная база по химическим элементам и проведена комплексная верификация итоговых данных.

Автор выражает благодарность за постановку задачи и всестороннюю помощь Дмитриеву А.Н., Шитову А.В., Малкову Ю.П., а также всему отделу геоинформационных систем центра новых информационных технологий Горно-Алтайского государственного университета.

1. Владимир Вернадский: Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков. - М.: Современник, 1993. 688 с.
2. Экогеохимия Западной Сибири. Тяжелые металлы и радионуклиды. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 1996. 248 с.
3. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества: В 2-х т. Т.2: пер. с англ. - М.: Мир, 1989. 477 с.
4. Каранин А.В. Цифровая ландшафтная карта - основа для изучения биоразнообразия Горного Алтая. // Новые информационные технологии в науке и образовании: Сборник научных трудов. - Горно-Алтайск.: Универ-Принт, 2002. с.24-26.
5. Каранин А.В., Бачурин А.С., Шитов А.В., Осокин А.Е. Использование языка программирования Avenue для создания ландшафтно-геохимической карты Республики Алтай. // Новые информационные технологии в науке и образовании: Сборник научных трудов. - Горно-Алтайск.: Универ-Принт, 2002. с.31-33.
6. Маринин А.М., Самойлова Г.С. Физическая география Горного Алтая. - Барнаул: 1987. 109 с.
7. итов А.В., Малков Ю.П., Каранин А.В., Исов А.В. Изучение биоразнообразия, археологических и культурных памятников (Международный биосферный заповедник "Алтай"). // "Геоинформатика-2000": Труды Международной научно-практической конференции. - Томск.: Изд-во Том. Ун-та, 2000. с.357-359.