авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Влияние конвективного теплового потока земли на лесные экосистемы европейского севера россии (на примере архангельской области)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Дровнина Светлана Игоревна

ВЛИЯНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ЗЕМЛИ

НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ (НА ПРИМЕРЕ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ)

25.00.36 - «Геоэкология»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Москва - 2007

Работа выполнена в группе экологии леса

лаборатории экологической радиологии

Института экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук (Россия, Архангельск)

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Беляев Владимир Васильевич
Научный консультант: член-корр. РАН, доктор геолого-минералогических наук Юдахин Феликс Николаевич
Официальные оппоненты: доктор географических наук Кочуров Борис Иванович
кандидат географических наук Бызова Наталья Михайловна
Ведущее учреждение: Институт геологии Карельского научного центра РАН

Защита состоится 14 декабря 2007 г. в 11 час. на заседании диссертационного совета Д.004.007.01 в Институте географии РАН по адресу: 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 29.

Факс дисс. совета: (495) 959-00-27.

E-mail Института: igras@igras.geonet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии РАН по адресу: 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 29.

Автореферат разослан 13 ноября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат географических наук Л.С. Мокрушина

общая характеристика работы

Актуальность темы. Появление дистанционно-геотермического метода космической съемки земной поверхности, способного зафиксировать конвективный тепловой поток (КТП) Земли, позволило выявить зоны с аномально высоким показателем КТП в бореальной зоне Европейского Севера и Западной Сибири, их естественный подогрев (Горный, 1999). В условиях Севера тепловой фактор является ведущим (лимитирующим) в развитии лесных экосистем. Для более глубокого познания закономерностей пространственной гетерогенности таежных экосистем, влияющих на устойчивость управления природными ресурсами на Европейском Севере России, необходима оценка влияния КТП на лесные биогеоценозы. Данный вопрос на настоящий момент изучен слабо.

Пространственная структура объекта определяется его положением относительно комплекса факторов, влияющих на функционирование и размещение. Использование в данном случае зонально-типологической концепции не объясняет распространение в сходных условиях местопроизрастания насаждений разной продуктивности. Дифференциация по подзонам тайги основывается, в первую очередь, на различии климатических факторов. Однако, геологические, геоморфологические, микроклиматические условия в пределах сходных типов леса далеко не однородны. Это обусловливает различный водный и температурный режимы, механический и химический составы почв и другие параметры. Поэтому и продуктивность лесов существенно варьирует. Таким образом, использование ландшафтной (геоэкологической) основы позволит ответить на ряд вопросов, связанных с закономерностями распространения и функционирования высокопродуктивных лесов. Использование современных дистанционных методов исследований окружающей среды позволяет выявить ряд геоэкологических факторов, таких как тепловой поток Земли, влияние которых на биоту практически не изучалось.

На территории таежной зоны Архангельской области главное влияние на продуктивность лесных биоценозов оказывают тепло, влага и элементы минерального питания. Среди всех факторов, влияющих на лесные экосистемы, особо выделяют тепловые характеристики экотопа. Это связано с тем, что температурные параметры, такие как температура почвы и воздуха, определяют само возникновение и развитие биотических компонентов таежных экосистем (Михайлов, 2000). Согласно имеющимся данным (Горный, 1999; Горный, Теплякова, 2000), на 5 – 10 % территории Севера Европейской части России отмечается аномально высокий конвективный тепловой поток Земли, достигающий десятков Вт/м2, что составляет до 25 % летней среднесуточной нормы суммарной солнечной радиации. Это, вероятно, не может не сказаться на микроклиматических особенностях таких территорий, гидрологическом и почвенном режимах. Изменение геоэкологических условий, безусловно, влияет и на растительный покров.

Цель работы выявить влияние КТП на состояние и структуру лесных экосистем таежной зоны Европейского Севера России на примере Архангельской области.

Для достижения поставленной цели в процессе исследования на территориях с различными показателями КТП решались следующие задачи:

  1. определить особенности географического распространения данных территорий в Архангельской области;
  2. проанализировать таксационные показатели лесных насаждений, сравнить их продуктивность;
  3. изучить экологические условия в лесных экосистемах (температурный режим почвы, химический состав, активность изотопов);
  4. дать эколого-ценотический анализ лесных экосистем;
  5. оценить биоразнообразие растительных сообществ.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Размещение аномалий КТП в пределах Архангельской области неравномерно и территориально соответствует зонам разломов в земной коре, и различным генетическим типам ландшафта;
  2. КТП меняет зонально-региональный фон территории, преобразуя фоновые биоклиматические условия через эдафические факторы (температуру почвы);
  3. КТП оказывает влияние на типологическую структуры лесов Архангельской области.
  4. В зонах интенсивного выноса эндогенного тепла повышается продуктивность и разнообразие лесных биогеоценозов тайги Архангельской области.

Научная новизна работы. Впервые установлено, что лесные экосистемы в зоне повышенного выноса эндогенного тепла существенно отличаются по продуктивности, по сравнению с ареалами пониженного КТП. Установлено, что во всех изучаемых районах северной подзоны тайги доля территорий с повышенным КТП составляет более 20 % площади, а с пониженным КТП занимают в среднем от 15 до 30 % площади.

Установлена достоверная связь между площадью территорий с пониженными значениями КТП и особенностями ландшафтов: генетическим типом и высотой местности. На основе выполненного комплексного анализа состояния таежных экосистем Европейского Севера России доказано, что в ареалах с повышенным показателем КТП температура почвы достоверно выше, чем на территориях с пониженным КТП.

Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе исследования, могут быть использованы в практике лесного хозяйства, прежде всего для повышения эффективности лесовосстановления на Севере (подбор площадей для первоочередного лесовосстановления). Также данные могут применяться в лесоводстве для разработки системы природосберегающего лесного хозяйства в лесах региона, отбора территорий для восстановления и сохранения редких видов растений. Результаты переданы на естественно-географический факультет Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова для использования в вузовских лекционных курсах «Экология», «Геоэкология и краеведение», при проведении полевых практик студентов.

Связь работы с научно-исследовательскими темами. Исследования проводились в группе экологии леса лаборатории экологической радиологии Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН в рамках плана ФНИР по теме «Структура лесных экосистем Европейского Севера в условиях длительного антропогенного воздействия» (№ гос. регистрации 01.200.1 13712). Отдельные разделы диссертационной работы выполнялись при поддержке грантов конкурса научных проектов молодых ученых и аспирантов Уральского отделения Российской академии наук 2006 года по теме «Биогеоценозы тайги Архангельской области в зонах с различным показателем конвективного теплового потока» и гранта «Лучшие аспиранты 2006 года» Фонда содействия отечественной науке по направлению «Науки о Земле».

Апробация работы. Материалы и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: международная научно-практическая «Экологическое образование и экологическая наука: сотрудничество и проблемы» (Архангельск, 2004), XII Молодежная научная «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2005), Третьих Мелеховских чтениях, посвященных 100-летию со дня рождения И.С. Мелехова: Проблемы лесоведения и лесоводства (Архангельск, 2005), Всероссийской конференции с международным участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России» (Архангельск, 2006), Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в меняющемся мире» (Екатеринбург, 2006), Международной молодежной конференции «Экология-2007» (Архангельск, 2007), на заседаниях Ученого совета ИЭПС УрО РАН (2004, 2005, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 1 статья в рецензируемом журнале перечня ВАК РФ.

Структура диссертации. Диссертация объемом 198 страниц, в том числе 36 рисунков, 41 таблица, состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения на 22 страницах. Список литературы содержит 275 работ, из них 32 на иностранных языках.

Содержание работы

Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследований

В главе приведены характеристики климата, геологического строения, рельефа, почвенно-растительного покрова исследованных районов северной и средней тайги Европейского Севера России (Архангельская область).

Глава 2. Состояние вопроса и обоснование темы

В главе рассмотрены понятие, виды, причины возникновения, формы проявления и значение конвекции (Череменский, 1972; Хораи, Уэда, 1972; Гогель, 1978; England, 1980; Sclater et al., 1980; Смирнов, 1982, 1984; Трубицын, Фрадков, 1985; Поляк (Pollack), 1982, 1988; Лысак, 1988; Кутас, Цвященко, Корчагин, 1989; Горный и др., 1993, 1999, Горный, 1997, 2000, 2005; Сорокин, 1994; Булгаков, Соловьев, 2001; Ранцман, Гласко, 2004 и др.) и условия формирования лесных биогеоценозов на Европейском Севере России (Морозов, 1949; Анненская и др., 1963; Lambert et al., 1972; Крауклис, 1974; Киреев, 1975; Раменская, 1975; Львов, Ипатов, 1976; Калашников, 1977; Калашников, Киреев, 1978; Дылис, 1978; Сочава, 1978; Мильков, 1981; Солнцев, 1981; Киреев, 1984; Волосевич, 1984; Бострем, 1984; Горячкин, 1990, 1996; Еруков, 1991; Мильков и др., 1993; Федорчук, 1994; Дьяконов, Пузаченко, 1995, 2000; Грибов, 1996; Чураков, 1996; Angelstam, 1997; Fjeldsa et al., 1997; Ипатов, Кирикова, 1999; Кружалин, 2001; Точилов, 2003;Хорошев, 2003; Цветков, 2004; Коломыц, 2006). Показано, что работы по изучению влияния КТП на лесные экосистемы появились лишь с 2001 года (Горный, Теплякова, 2001; Беляев, 2003; Беляев, Потапов, 2003; Шварцман, Болотов, 2005; Беляев, Бурлаков, 2005; Болотов, 2006), и данная тема является слабо изученной.

глава 3. Материалы и методика исследования

Изучение лесных экосистем Европейского Севера России в пределах Архангельской области проводили в течение трех лет – в летне-осенние сезоны 2004-2006 гг. Проведено 1109 измерений температуры почвы на глубине 30 см, 400 - в приземном слое воздуха. Отобрано 36 проб почв. Составлено 150 геоботанических описаний.

При проведении анализа фактического материала автором применялись растровые карты: конвективного теплового потока масштаба 1:1 000 000, выполненная Научно-исследовательским центром экологической безопасности РАН в 2000 году (авторы: Т.А. Давидан и др., редактор В.И. Горный), и тепловая карта Северо-Западного региона России (по данным спутника NOAA) масштаба 1:1 000 000, выполненная в 1999 году (авторы: Т.А. Давидан и др., редактор В.И. Горный), любезно предоставленные В.И. Горным. Анализ по карте КТП проведен для Пинежского, Плесецкого, Холмогорского, Онежского, Лешуконского, Мезенского и Приморского районов. С помощью программы Map Info 6.5 методом полигонов подсчитана площадь аномальных зон (повышенного и пониженного КТП) в пределах указанных районов. Для сравнения полученных данных нами был введен и рассчитан коэффициент КТП по формуле:

Доля площадей с повышенным КТП, % = ККТП (1)

Доля площадей с пониженным КТП,%

Затем на основе полученных значений ККТП выделены районы: с ККТП < 1 были признаны «холодными», районы с ККТП = 1 – 2 – «умеренно-теплыми», районы с ККТП = 2 – 3 – «теплыми», а районы с ККТП = 3 – 4 и более – «очень теплыми». По тому же принципу нами рассчитан коэффициент аномалий ночных температур на основе результатов анализа данных тепловой карты по формуле:

Доля площадей с повышенными ночными температурами, % = КНТ

Доля площадей с пониженными ночными температурами, % (2)

Доля площадей с пониженными ночными температурами, %

Затем в программе MapInfo 6.5. построены карты-схемы районов области по коэффициентам КТП (рис. 4) и ночных температур.

Для выяснения взаимосвязи между КТП и генетическими типами ландшафтов в пределах северной подзоны тайги нами рассчитано в программе MapInfo 6.5 распределение площадей с повышенным и пониженным КТП по физико-географическим районам области, по результатам построены карты-схемы. Проведен однофакторный дисперсионный анализ полученных данных в программе SPSS 11.0 для выявления коэффициента детерминации между типами ландшафтов и показателем КТП.

Для сравнения групп типов леса использовали коэффициент увлажненности групп типов леса (КУТЛ) с различным увлажнением по формуле:

Доля долгомошно-сфагново-травяной группы, % = КУТЛ (3)

Доля кислично-черничной группы типов леса, %

По материалам Севергеолкома и отчета ВИМСа «Коры выветривания и россыпи массивов формации ультрамафитов, ийолитов и карбонатитов» (С.А. Постников, Е.М. Эпштейн и Н.А. Данильченко, 1986); Отчета о научно-исследовательской работе «Создание геофизической основы для листов Государственной геологической карты России масштаба 1:1 000 000» (ответственный исполнитель Ю.В. Асламов, СПб: ВИРГ - Рудгеофизика, 2000), исследовался геологический состав пород изучаемой территории, характеристика подземных вод, пространственное размещение разломов; по лесоустроительным материалам были проанализированы таксационные характеристики выделов на территории области, предоставленные Архангельской лесоустроительной экспедицией.

Для заверки аномалий КТП, выделенных на основе дешифрирования данных дистанционного зондирования, были проведены наземные исследования теплового состояния почв и геоботанические исследования территорий. Пробные площади расположены на севере Русской равнины в пределах северной (Ижемское и Новодвинское лесничество Архангельского лесхоза – Приморский и Холмогорский районы Архангельской области) (рис. 1, табл. 1) и средней (Моржегорское лесничество Виноградовского района Архангельской области) (рис. 2) подзон тайги.

 Расположение пробных площадей в районе Ижмы в пределах зон с различным-1

Рис. 1. Расположение пробных площадей в районе Ижмы в пределах зон с различным показателем КТП. Условные обозначения: 1 – зона пониженного КТП, 2 – зона повышенного КТП, 3 – местоположение пробных площадей (с повышенным КТП - 6446'50''с.ш. 4050'08''в.д.; с пониженным КТП - 6448'20''с.ш. 4048'02''в.д.).

Изучение роста, продуктивности и морфологической структуры лесных биогеоценозов проводилось по существующим общеизвестным методикам (Леонтьев, 1935; Соколова, 1935; Ниценко, 1969; Методические рекомендации к экологической…, 1987; Малышев, 1991; Леса Республики Коми, 1999; Пузаченко и др., 1999; Структура и динамика…, 2000; Оценка и сохранение…, 2000; Дегтева и др., 2001; Санникова, 2003; Методы экологического мониторинга…, 2005; Смирнов и др., 2006). По фитоиндикационным шкалам Л.Г. Раменского нами проведена экологическая оценка изучаемой территории Целезерской системы озер (Методические рекомендации…, 1987; Методы полевых…, 2001).

 Схема района исследований в пределах Целезерской системы озер Моржегорского-2

Рис. 2. Схема района исследований в пределах Целезерской системы озер Моржегорского лесничества Виноградовского района.

Цифрами обозначены:

1 – территория с повышенным уровнем КТП,

2 – расположение разломов,

3 – участки геоботанических описаний,

4 – направление течения рек.

Таблица 1

Характеристика пробных площадей Ижмы.

Показатели Пробная площадь
С повышенным КТП С пониженным КТП
Тип леса Ельник черничник свежий
Состав древостоя 8Е2Б 9Е1Б
Полнота 0,5 0,6
Средний возраст, лет 200 220
Средняя высота, м 26 26
Средний диаметр, см 32 28
Почва подзолистая супесчаная на суглинистой морене


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.