Системные законы природы и их использование для сохранения функционирования биосферных единиц, их биоразнообразия (на примере территории Омской области)
Всё большим числом населения Земли и учёных-экологов констатируются негативные изменения в биосфере и в климате Земли. Глобальное сплошное антропогенное воздействие на природу Земли ведёт к деградации эволюционных процессов макроорганизмов, к изменению эволюции микроорганизмов. Одной из причин деградационного воздействия антропогенных систем, конфликта природы и цивилизации человечества является незнание и недостаточное познание ключевых законов пространственной организации и взаимодействия природных систем. Среди них общий закон систем и такие частные законы, как бассейновой пространственной организации поверхностных систем планет с атмосферой, а также бассейновой организации биосферных функциональных единиц суши.
Выдвижение гипотезы, разработка концепции, полевые исследования и анализ систем окружающей среды и их взаимодействия позволили автору выявить и сформулировать законы пространственной организации и взаимодействия природных и антропогенных систем. В основе работ лежит ряд положений и формулировок. Материальный мир – это иерархия функционирующих по законам пространственной организации различных систем материй. Их эволюционное функционирование происходит за счёт средообразующих и средоиспользующих систем.
Общий закон пространственной организации и функционирования систем гласит: "Формирование, устойчивое функционирование и эволюционное развитие систем окружающего материального мира протекает за счёт средообразующих систем, распространённых в иерархически подчинённых подуровнях, при сбалансированном взаимодействии с адаптированными к ним средоиспользующими системами".
Многочисленные научные факты подтверждают наличие в составе материальных систем всех уровней средообразующих и средоиспользующих подсистем.
В многообразии материальных систем действие общего закона пространственной организации и функционирования проявляется в частных формах. Частный закон пространственной организации поверхностных систем планет с атмосферой и с круговоротом веществ формулируется следующим образом: "Для планет, имеющих атмосферные системы с круговоротом веществ, характерно формирование на поверхности суши эрозиционно-бассейновых подсистем".
Для нашей планеты, имеющей ещё и биосферу с развитыми формами жизни характерно проявление закона бассейновой организации биосферных (глобальных экосистемных) функциональных единиц, в силу которого: "Эрозиционно-бассейновая структурированность поверхности суши способствует формированию функциональных биосферных единиц суши с бассейновой зональностью почвенного, растительного покрова, c условиями для биоразнообразия форм жизни".
Действия этих законов раскрываются в авторских рабочих концепциях средообразующих и средоиспользущих систем (концепция систем), глобальной эрозиционно-бассейновой структурности поверхности суши (бассейновая концепция) и в собранных фактических материалах. Использование выявленных законов и рабочих концепций, их проявлений в материальных системах различных уровней позволяет объективно дать объяснение многим процессам, познать окружающий мир, найти пути экологической адаптации в них антропогенных систем.
Согласно концепции систем, окружающий нас мир состоит из средообразующих и средоиспользующих систем различных уровней. Их взаимодействие осуществляется по законам баланса систем, который проявляется в иерархии средообразующих систем и в адаптации к ним средоиспользующих систем. Иерархия средообразующих систем над средоиспользующими, кроме функциональных свойств, проявляется в преобладании ряда параметров (массы, пространственных площадей, объёмов и т.д.). Превышение средоиспользующими системами своих параметров, влияющих на функционирование механизмов средообразующих систем, в состав которых они входят, неизбежно приводит к разрушению всей системы. Случай воздействия человечества на природу является проявлением нарушения баланса средоиспользующих систем со средообразующими.
Все средообразующие системы по значимости, по масштабам, по интенсивности процессов, по привлекаемым массам веществ, подразделяются на системные подуровни. По этим параметрам высший средообразующий уровень занимают системы неживой природы. Космическое пространство с галактиками, звёздными системами, Солнце нашей системы являются макрокосмическими средоообразующими системами неживой природы, находящимися в иерархической зависимости по следующим уровням: метагалактики, скопления галактик, отдельные галактики, звездные и планетные системы.
Планетные средообразующие системы неживой природы поддерживают газовые, температурные, радиационные и другие параметры среды на поверхности планет.
На нашей планете автотрофными организмами сформирован и поддерживается кислородный компонент атмосферы, поэтому в число частных планетно-экосистемных средоообразующих систем необходимо отнести все водные и земные автотрофные сообщества. В их числе наземные растения, по своей сущности, являющиеся средоиспользующими организмами, по функциональной значимости они являются средообразующими системами. Свою атмосферную средообразующую функцию растения выполняют за счёт производства кислорода, сплошного покрова на большей поверхности суши планеты, тем самым изменяя альбедо поверхности планеты, влажность (климатообразующие свойства), создавая микроклиматические условия в каждом водосборном бассейне, оказывая воздействия на почвообразовательные процессы, выполняя функцию кормовой базы для гетеротрофов.
В иерархии материальных систем автотрофные комплексы, как средообразующие системы более низшего уровня, подчинены законам пространственной структуризации поверхности планет с атмосферным круговоротом веществ. Для всех планет с атмосферами характерно протекание интенсивного круговорота поверхностных веществ. Наличие следов эрозиционной деятельности на поверхности ряда атмосферных планет свидетельствует о проявлении частного закона эрозиционно-бассейновой пространственной организации. Но если проявление частного закона эрозиционных процессов на спутнике Сатурна - Титане происходит при круговороте метана, на планете Венера - соляной кислоты, то на нашей планете Земля эти процессы протекают при условиях круговорота воды. Круговорот веществ на поверхности планет происходит вследствие действия сил гравитации, температурных различий. Эти процессы сопровождаются явлением поверхностной эрозии. Процессы эрозии на поверхности планет являются результатом интегрированной деятельности многочисленных космических и планетных средообразующих систем – звездной инсоляции (Солнечной - в случае солнечной системы), сил гравитации, движения атмосферных газов, испарения, выпадения и стока жидкости, движения ледников и т.д.
Земной круговорот воды вызывает поверхностный сток, сопровождающийся размывами и растворением веществ водными потоками (с твёрдым и ионным стоком веществ), ведёт к повсеместному распространению эрозиционных процессов, к глобальному формированию водосборов. Эрозиционные процессы и вынос водами поверхностного стока солей в котловины, реки, озёра, болота и моря, зональность условий увлажнённости создаёт на поверхности континентов бассейновые зональные условия для почвообразовательных процессов и зонального размещения бассейновых автотрофных сообществ.
Автором проведены наблюдения за степенью выраженности гидросетей (от ярко выраженной русловой до пологих ложбинно-сетевых) и их внутрибассейновой зональностью на территориях Омской, Новосибирской, Ленинградской, Московской областей, Краснодарского, Ставропольского, Алтайского края, Алтайской республики, а так же проведён анализ космоснимков различных природных зон Земли. В экспедициях и в мониторинговых рейдах выявлено более 2 тысяч сезонных водотоков, являющихся притоками различных порядков реки Иртыш, её притоков, озёр и болот.
Водосборы на поверхности планеты можно подразделить на открытые, имеющие сток в океаны и моря, и на закрытые, со стоком в локальные понижения (котловины, болота, озёра). В составе любого из этих типов водосборов – малые водосборы. При средней площади малых водосборов в 3,5 кв. км, их количество на поверхности суши нашей планеты составляет около 42,6 млн., на территории Российской Федерации - 4,879 млн., на территории Омской области – 40 тысяч. В каждом малом водосборе, благодаря зональному распределению увлажнения, зонально формируются почвы и растительный покров.
Периодически происходящие катастрофы в различных частях света (на берегах рек острова Мадейра в 2010 году, в Европе и Азии в 2011 – 12 годах, в городе Крымске в 2012 году и другие), связанные с выходом рек из берегов во время весенних таяний снега, ливневых паводков, ураганов являются свидетельствами того, что недостаточно оценивается значение малой бассейновой организации поверхности суши нашей планеты. Снижение биоразнообразия растительного и животного мира является следствием недооценки значения бассейновой пространственной организации биосферных функциональных единиц суши. Не учитываются законы бассейновой пространственной организации природных комплексов и на территории Омской области. Следствием этого является гетеротрофное нарушение баланса взаимодействия средообразующих и средоиспользующих систем на поверхности нашей планеты. В истории эволюции биосферы явление гетеротрофикации среды всегда носило локальных характер. В случае с человечеством, идёт сплошная, не адаптированная гетеротрофикация среды, носящая глобальный характер. Экологических сценариев развития ситуации может быть в данной ситуации два. По первому - мы продолжаем расширение площадей технократических систем цивилизации за счёт уничтожения площадей занятых биосферными системами, тем самым провоцируя глобальное уничтожение биосферы, изменения климата и других средообразующих систем Земли. По другой - адаптируем антропогенные системы таким образом, чтобы сохранить основные функциональные свойства экосистем малых водосборов. Степень гетеротрофикации (нарушения систем различных территорий) диагностируется по балловой матрице изменений водосборов, растительного покрова и сплошного развития антропогенных систем.
Земли Омской области с общей площадью 139 700 км² размещаются примерно на 40 000 малых водосборах. Отсутствие экологического зонирования антропогенной деятельности на этих водосборах, отсутствие правого статуса этих земель, водоохранных зон и географических наименований ложбин стока, ручьёв и даже речек является одной из основных причин небрежного отношения к этим природным объектам населения, хозяйственников, проектировщиков и строителей.
Северные районы Омской области, богатые водными ресурсами, имеют большие площади болот и обширные сети малых рек и ручьёв. Биосферные средообразующие системы малых водосборов имеют специфичную для южно-таёжной зоны флору и фауну. В этой природной зоне даже сезонные водотоки имеют хорошо выраженные русла. Болота не утратили свои водоаккумулирующие свойства даже после осушительных работ. Болота и глубокая гидросетевая дифференцированность территорий при слабо развитой системе дорожной сети, затрудняет перемещение людей и техники, ведение хозяйственной деятельности. Практикуемое местными жителями создание сезонных переездов через русла ручьёв, создаваемые из завалов стволов деревьев, засыпаемых землей, или попросту засыпаемых нагребаемой бульдозером землей, ведёт к заилению, загрязнению и заболачиванию русел. Такие сезонные переправы автор наблюдал во время экспедиций по Седельниковскому и Большеуковскому районам. Лесозаготовки лесхозов, при затруднённом лесовосстановлении хвойных пород на заболоченных территориях в этой зоне, ведут к постепенному увеличению площади лиственных лесов при уменьшении площади хвойных лесов.
В средней и южной лесостепи Омской области огромное количество рек и ручьёв превратились в сезонные водотоки из-за уничтоженного лесного покрова, осушения болот на водосборах, размыва ежегодно создаваемых временных земляных переправ, распашки ложбин стока, заиления русел. Вследствие этого множество рек, в том числе Оша, Карасук, Сухокарасук, Саргатка, Тарбуга и другие стали сезонными водотоками. Для обеспечения населения технической водой, разведения рыбы, водопоя скота, для создания зон отдыха на этих реках созданы земляные плотины с каскадами прудов. Например, на реке Тарбуга, расположенной на территории Горьковского, Кормиловского и Калачинского районов, сооружено 18 плотин и трубных переездов с небольшими водоохранищами. Каскад прудов создан на реке Карасук – Поперечная - Большая, в бассейне реки Бызовка и другие. Отсутствие средств на своевременную реконструкцию этих дамб, ведёт разрушение их во время весенних и ливневых паводков, к катастрофическому сбросу вод из водохранилищ, к заилению и загрязнению русел рек огромными массами грунта. Основная часть ложбин стока, являющихся притоками малых рек Омской области, не инвентаризированы, не имеют водоохранных зон, поэтому распахиваются, используются под выпас скота. Распаханные ложбины стока во время экспедиций наблюдали вдоль всех многочисленных притоков рек Иртыш, Омь, Оша, Карасук, Камышловского Лога, Амринской, Красногорской, Ксеньевской, Тумбинской и других балок озера Эбейты и других. Уже не один десяток лет в селе Усть-Логатка после каждого размыва сооружается очередная земляная плотина в истоке реки Оша из озера Тенис-Салтаим. Смываемый грунт оседает в русле и в многочисленных ниже расположенных водохранилищах на реке Оша. Гидросеть, имеющая маломощные водотоки, распадается на многочисленные локальные водосборы, и восстанавливается только в циклы влажных лет.
На обширных пространствах Омской области и на территориях населённых пунктов, многочисленные сезонные водотоки, перекрытые дорожными профилями, в периоды паводков являются источниками подтопления и затопления земель, жилых и промышленных сооружений. На территории только города Омска и его пригородов нами было обнаружено 128 ручьёв - сезонных водотоков, не имеющих ни названий, ни водоохранных зон, притоки которых застроены как одноэтажными, так и многоэтажными домами. В русле ручья Енисейский построены торговые комплексы Континент и Лента. В русле ручья Заозёрный построен торговый комплекс Метро. Значительная часть русел и водосборов этих ручьёв находится в ужасных антисанитарных состояниях, как на территории города, так и в районах Омской области. Самые крупные из городских ручьёв - Большой и Малый Чередовые, Солнечный, Любинский, Космонавтов, Енисейский, Курганский, Казахстанский, Заозёрный, многочисленные ручьи Завертяевские, ручьи ТЭЦ-5 N1 и N2, Ростовские и другие. Антисанитарное состояние малых водосборов не может не сказаться на качестве воды в основных водотоках, озерах Омской области. Наблюдаемое в наших городах и населённых пунктах частичное канализование сезонных водотоков в ливневую канализацию, сопровождается лишением стока оставшихся частей водосборов и к переводу их в источники заболачивания и подтопления территорий города, пригородов и сельскохозяйственных земель. Многие участки городской ливневой канализации являются подземными руслами исчезнувших ручьёв. Запрятан в подземные железобетонные трубы ручей Старозагородный под коттеджным посёлком. Канализование водосборов скрывает загрязнённые ливневые стоки города, напрямую сбрасываемые в реки Иртыш и Омь. Необходимые очистные сооружения на ливневую канализацию за период многолетних исследований гидросетей автор наблюдал только в столице республики Казахстан в городе Астана на реке Сарыбулак.
Южные степные районы так же являются водосборными площадями, только русла стока вод здесь представлены сухими ложбинами различной выраженности. Южная часть левобережья Омской области относится к водосборам Камышловского Лога, озера Эбейты, казахстанских озёр и реки Иртыш. Южные районы правобережья - относятся к реке Иртыш. На территориях Исилькульского, Полтавского, Одесского, Павлоградского, Русско-Полянского районов водосборы казахстанских озёр и озера Эбейты имеют короткие русла стока вод с крутыми склонами. В эти русла вливаются многочисленные пологие ложбины, которые обычно в хозяйствах распахиваются, что вызывает смыв плодородного слоя почвы, рост оврагов, заиление водохранилищ и озёр. Многочисленные распаханные ложбины-притоки основных русел стока вод автору приходилось наблюдать вокруг Камышловского Лога, Амринского, Красногорского, Ксеньевского ручьёв в Исилькульском, Москаленском, Полтавском районах, вокруг озера Эбейты, на водосборах ручья Громогласовский Одесского района, на берегах реки Иртыш в Нововаршавском, Таврическом и Черлакском районах. Сток вод по ложбинам гидросетей степных водосборов проходит только в периоды весенних паводков и ливневых дождей. Особенно мощный сток вод бывает в многоводные циклы лет. В эти годы водные потоки выходят из ложбин стока, топят населённые пункты, сельскохозяйственные объекты, размывают дороги. В Одесском районе в 2007 году затоплению подверглась южная часть посёлка Одесское с 80 домами, окрестные поля. Устранение последствий паводка в посёлке Одесское обошлось правительству Омской области в миллиарды рублей. Ближе к Иртышу степные русла ложбины стока сезонных водотоков имеют уже глубокие русла. На территории Русско-Полянкого района начинается самая глубокая древняя ложбина стока – Алаботинская. Значительная часть Русско-Полянских, Таврических и Нововаршавских ложбинных потоков собираются в Алобатинское русло, по которому ступенями через озера и солончаковые болота вода стекает в пойму реки Иртыш. На левом и правом берегах реки Иртыш от северной границы Казахстана размещается множество русел, которые расположены поочередно друг от друга через каждые 500 – 1000 метров. Протяженность этих чётко выраженных ложбин стока вглубь от реки самая различная – от 1км до 20 - 30 км и более. В пойме левобережья реки Иртыш они впадают в старичные речки-протоки – Татарку, Булдырь (с ручьём Большегривский), Старый Иртыш (с ручьями Сибирский, Дробышевский, Сарыбаевский, Аяккольский, Солёный, Новороссийский, Нововаршавский, Красноярский, Изумрудный), Тугочайку (с ручьями Рассохинский, Теренсай, Заречный, Жар-Агачский), Ачаирку (с ручьями Новоивановский, Северо-Новоивановский, Баландинский, Луговской, Солоновский, Новотелегинский, Южнокамышинский) и т.д. В местах пересечений ложбин стока с дорогами часто происходят размывы дорожных профилей. Местами наиболее частых сезонных размывов дорожного профиля в Нововаршавском районе являются участки дорог у ручьёв Рассохинский, Теренсай, Жар-Агачский, в Таврическом районе - у ручья Новоивановский. Подобные многочисленные примеры можно привести и по правобережью реки Иртыша на территории Черлакского района.
Сезонные потоки паводковых и ливневых вод по ложбинам стока приводят к залповому сбросу огромных масс загрязняющих веществ с водосборов как транзитных, так и локальных водосборов в водные объекты. Во время экспедиции по Черлакскому району в 2009 году автор наблюдал на ручье Николаевский, впадающем в озеро Ульджай, сток с животноводческой фермы, ставший постоянным источником загрязнения речки и озера Ульджай – памятника природы Омской области.
Таким образом, проведённые нами многолетние исследования на территории Омской области показали, что экосистемы малых бассейновых природных комплексов Омской области испытывают значительное воздействие антропогенных систем. Для уменьшения негативного воздействия на природу, для сохранения биоразнообразия растительного и животного мира Омской области необходимо антропогенную деятельность привести в соответствие с законами бассейновой пространственной организации: 1. разработать новое поколение проектов водоохранных зон, в которых были бы учтены малые притоки рек, озёр и болот Омской области – сезонные ложбины стока, 2. перевести земли водоохранных зон в земли особоохраняемых природных территорий с различной степенью ограничения природопользования для создания экологических каркасов приоритетных малых водосборов для охраны; 3. проведение экологического зонирования водосборов, выделение водоохранных зон малых водотоков, проектирование рекреационных зон с различной степенью ограничения природопользования (спортивных, туристических, охотничьих и рыболовных баз). Экологическое благоустройство земель у местных водных объектов является гарантом наличия чистой воды, безопасности от подтоплений, засоления и эрозии почв в любом районе, населённом пункте, в любом хозяйстве Омской области.
Исходя из содержания выше сформулированных положений и законов, основная цель охраны природы в сохранении функциональных свойств биосферы, её биоразноообразия, в сохранении экосистем на малых водосборах. Малые водосборы являются биосферными пространственными функциональными единицами и являются объектами, на которых должны проводиться основные природоохранные мероприятия.
Эволюционно сбалансированность биосферы достигалась как преобладанием функциональных площадей средообразующих систем (фитоценозов) над средоиспользующими (гетеротрофными), так и диффузным, адаптированным размещением гетеротрофных систем в фитоценозных системах. Сохранить баланс природных систем, остановить деградацию биосферы, сохранить её биоразнообразие возможно через адаптивное экологическое зонирование если не 42,6 млн. малых водосборов нашей планеты, то, по крайней мере, 40% от них, отобранных по приоритетным критериям сохранения генофонда и биоразнообразия растительного и животного мира. Адаптация в биосфере антропогенных систем возможна через бисистемное землеустройство, с выделением в малых бассейнах антропогенных и биосферных земель с созданием экологических каркасов - сетей особо охраняемых природных территорий с различной степенью ограничения природопользования. Таким образом, экологические каркасы малых бассейнов водосборов – основа сохранения биоразноообразия растений, животных и сохранения биосферы Земли. Охрана экосистем малых водосборов, по мнению автора, должна включать следующие этапы: выявление, исследование и инвентаризацию малых водосборов, их экологическое зонирование с последующим постоянным мониторингом за их состоянием и соблюдением их степени проектного ограниченного природопользования.
Литература
Букварёва Е.Н. Роль наземных экосистем в регуляции климата и место России в посткиотском процессе. Товарищество научных изданий КМК. 2010. 97 с.;
Валитов Р.Г. Принципы гидроэкологического зонирования территории города Омска – Омск.: Природоохранное предприятие "Мерк", 2008, - 59 с., с ил.карт;
Валитов Р.Г. Проблемы по особо охраняемым территориям в Омской области // "Марш парков – 2006", посвященный 90-летию государственной заповедной системы России: материалы информационной конференции.- Омск: ИП Долгов Р.Н., 2006. – 22-24 с, 120 экз.;
Валитов Р.Г. Экологические каркасы биосферных единиц – основа сохранения биоразнообразия фитоценозов Омской области // Проблемы биоразноообразия Омского региона: Материалы региональной научно-методической конференции. – Омск: ИП Долгов Р.Н., 2006. – 235-238 с.;
Валитов Р.Г. Экологические каркасы России и Омской области / Актуальные проблемы охраны воздуха, перспективы развития мониторинговых исследований на территории Омской области. Материалы научно-практической конференции. – Омск: Изд-во "Манифест", 2006. - 83-88 с.;
Валитов Р.Г. Принципы гидроэкологического зонирования территорий /Водные инициативы: проблемы и перспективы – Материалы IV Международной конференции "Реки Сибири". – Омск: Полиграфический центр КАН, 2008. 24 – 27 с.;
методист по естественнонаучному направления областного бюджетного учреждения Омской области дополнительного образования Областной детско-юношеский цент туризма и краеведения, руководитель природоохранной комиссиии Омского регионального отделения "русское географическое общество, организатор и руководитель 56 автотранспортных экспедиций по Омской, Новосибирской и Тюменской областей, по северу Казахстанской республики
Валитов Ринад Габдрахимович