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 | 4 |

Влияние техногенеза на биогеохимические параметры геосистем

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 502.7: 911.2+504.54

ВИНОКУРОВ

Игорь Юрьевич

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕНЕЗА НА БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГЕОСИСТЕМ

Специальность: 25.00.36 – геоэкология (науки о Земле)

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

доктора географических наук

Санкт – Петербург

2011 г.

Работа выполнена на кафедрах химии и географии Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор географических наук, профессор

Петров Кирилл Михайлович

доктор географических наук, профессор

Кочуров Борис Иванович

доктор биологических наук, профессор

Атаев Геннадий Леонидович

Ведущая организация: Российский государственный

гидрометеорологический университет

Защита состоится «27» января 2012 года в 15.00 часов на заседании Совета Д 212.199.26 по защите докторских и кандидатских диссертаций Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена по адресу: 191186, г. Санкт- Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 5, ауд. 16.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена

191186, г. Санкт- Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 12, ауд. 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена

Автореферат разослан « ______ » _______________ 2011 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета И.П. Махова

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационного исследования. Новая концепция устойчивого нелинейного развития биосферы в землепользовании, в частности, биогеохимии агрофитоценозов, предполагает переход от качественных к количественным критериям. В этом контексте особое значение приобретает разработка количественных критериев описания почвенно-биогеохимических свойств геосистем, связанных с миграцией веществ между компонентами географической оболочки (В.В. Добровольский, 2003). Ключевой проблемой становится учет влияния рельефа на свойства и структуру ландшафтов для изучения влияния их загрязнений на водосбор в бассейнах рек (Карлович И.А., Федоров С.Г., 2009), разработка проектов адаптивно-ландшафтных систем земледелия. (В.И. Кирюшин, А.Л. Иванов, 2004, А.Т. Волощук, 2004), решение проблем точного земледелия (Н.А. Лопачев, 2008) и оценка распространения экотоксикантов в окружающей среде (Н.А. Клюев и др., 2003, В.Г. Горский, В.А. Петрунин и др., 2002), а также решение на этой базе прикладных военно–технических задач (С.П. Присяжнюк, В.Н.Филатов, И.Н. Степанов, 2008). Решение этой проблемы предполагает развитие представлений об устойчивости экосистем и ландшафтов как способности в условиях возмущающих воздействий сохранять структуру и саморегулирующее функционирование (В.В. Снакин, 1992, Фокин А.Д., 1995). Эти эмпирические представления об устойчивости ландшафтов, как и качественные представления В.М. Фридланда (1972) о неаддитивности почвенных систем необходимо переводить на количественный уровень.

Объектом исследования являются локальные плоские и локальные криволинейные почвенные системы (ландшафтные катены), локальный и региональные водосборный бассейны.

Предметом исследования выступают тенденции изменения биогеохимических параметров геосистем при техногенном воздействии и тенденции в изменении макроскопических параметров, характеризующих экологическое состояние локального и регионального водосборного бассейна.

Цель исследования. Обосновать возможности использования фундаментальных представлений для описания устойчивости экосистем и ландшафтов, а также возможности выявления с использованием картографических моделей биогеохимических профилей почвенной системы для решения проблемы управления ландшафтами при экспериментальных и полевых исследованиях.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- составить впервые для агрофитоценозов Владимирской области крупномасштабную (М 1:10 000) карту обзорных свойств местности (КОСМ), все почвенные показатели которой выражены числами, привязанными к структурам КОСМ, выполняющим роль нелинейной системы отсчета (системы координат);

- исследовать возможность описания откликов минерального техногенного воздействия на почвенную геосистему для разработки биогеохимической модели ее устойчивости;

- разработать биогеохимическую модель устойчивости почвенной системы, которая выявляет более тонкие особенности биогеохимических свойств и процессов, применить ее для определения биогеохимических параметров элементарных ареалов ландшафтов и сравнить результаты применения на примере плоских почвенных тел и локальных ландшафтных катен;

- используя принцип сопряжения ландшафтов, перейти от локальных ландшафтных катен к более сложным геохимическим системам – бассейну рек Каменка и Мжара, бассейну рек Клязьма и Ока и оценить загрязнения этих территорий экотоксикантами.

Основные положения, выносимые на защиту

- в качестве важнейших скрытых параметров, отражающих изменения внутренних тенденций элементарных ареалов ландшафта, могут быть выбраны параметры нитрификации, связанные с естественной генерацией нитратов и определяющие продуктивность почвенного покрова;

- для определения кинетических параметров элементарных ареалов ландшафта не может использоваться фиксированное астрономическое время;

- кинетика нитрификации почвенных систем может быть описана в рамках модели Ферхюльста, отражающей популяционные изменения в биологических системах;

- нитрификация как биогеохимический процесс обладает триггерным характером, т.е. возможно «переключение» биогенных процессов: генерации и поглощения нитратов;

- биогеохимические (нитрификационные) параметры элементарных ареалов ландшафта плоских почвенных геосистем при минеральном техногенном воздействии могут быть описаны в рамках фундаментальных геохимических представлений;

- на техногенное воздействие, приводящее к варьированию нитратов – главному фактору повышения продуктивности локальной плоской почвенной системы, следует биогенный ответ – скорректированное изменение интенсивности нитрификационого процесса, т.е. между техногенным воздействием и биогенным ответом на него существует управление по принципу отрицательной обратной связи. Это неаддитивное фундаментальное свойство почвенного покрова определяет его устойчивость, снижающее потерю минерального азота из педосферы в тропосферу и грунтовые воды;

- биогеохимические параметры элементарных ареалов ландшафта криволинейных почвенных геосистем при техногенном воздействии обнаруживают волнообразный характер и подчиняются закономерностям нелинейной симметрии, что невозможно отобразить на плоских ареалах традиционных почвенных карт;

- асимметричное полостное техногенное воздействие может приводить к изменению оси симметрии биогеохимического профиля по криволинейному контуру криволинейного почвенного тела, т.е. другому дискретному состоянию гесистемы;

- протяженное полосное техногенное воздействие на криволинейную почвенную геосистему симметричное и асимметричное приводит к эффектам выравнивания по кривизне в рамках закономерностей нелинейной симметрии;

- параметры ландшафтной катены не могут быть сведены к параметрам локальной плоской почвенной системы путем введения поправочных табулированных коэффициентов.

Научная новизна. Впервые предлагается новая методология оценки влияния рельефа на важнейшие параметры почвенных геосистем. Методология заключается в том, что в системе землепользования в почвенные модели стали включать количественные параметры. К этим параметрам привязываются все опытные данные, полученные нами при полевых многолетних исследованиях агрофитоценозов на стационарах Владимирского ополья. В результате получены:

- принципиально новые результаты, позволяющие развить новые представления о поведении почвенных геосистем при техногенном воздействии;

- разработана биогеохимическая модель устойчивости почвенных систем на основе изучения кинетики нитрификации по ее элементарным ареалам ландшафтов;

- доказана принципиальная невозможность переноса параметров для элементарных ареалов ландшафтов (ЭАЛ) плоских почвенных геосистем на криволинейные ЭАЛ;

- установлены количественные связи между биогеохимическими параметрами криволинейной почвенной геосистемы при симметричном и асимметричном минеральном техногенном воздействии;

- установлено, что геохимическая система, в пределах которой размещены сельскохозяйственные ландшафты локального бассейна рек Каменка – Мжара, не оказывает негативного экологического воздействия на створ бассейна, в котором расположен г. Суздаль.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в развитии теоретических положений об устойчивости геосистем, сопряжении их с биогеохимическими положениями, позволяющим перейти от качественных к количественным представлениям, включающим такие понятия как дискретно – волнообразный характер геосистем, подчинение их свойств закономерностям нелинейной симметрии. Это составляет новый концептуальный подход к биогеохимической параметризации ландшафтов.

Практическая значимость работы:

1.На основе разработанной модели устойчивости решаются на практике в конкретных хозяйствах на больших площадях (Владимирский НИИСХ, Орловский уч. хоз.) задачи оптимизации таких важнейших параметров как продуктивность, воспроизводство плодородия. Внедрение полученных результатов в практику осуществлено в форме методических рекомендаций.

2.Разработанная нами кинетическая модель устойчивости использована во Владимирском государственном университете и Владимирском государственном гуманитарном университете для системных оценок влияния на почвенные геосистемы различных химических загрязнителей.

3.Результаты оценки экологического состояния бассейна рек Каменка и Мжара использованы в мероприятиях по очистке русла реки Каменка и организации государственного регионального заказника «Ильинский луг».

4.Результаты обследования загрязнений Владимирской области диоксинами, диоксиноподобными токсикантами и полиароматическими углеводородами как типичными для регионов Европейской части РФ использованы в мероприятиях федеральных и областных природоохранных структур администрации, направленных на предотвращение сжигания хлорсодержащих органических отходов, и учтены при обращении бытовых отходов. Эта практика широко использовалась и в деятельности общественных организаций, а после доклада на международной экологической конференции "Д ни Волги" вышла за пределы Центрального региона России. Она находит применение и в планировании мероприятий ГО и ЧС при координации совместных учений формирований Гражданской обороны, и пожарных подразделений МВД, направленных на отработку навыков тушения пожаров, осложненных эмиссией диоксинов.

5.Карты обзорных свойств местности (КОСМ) успешно использованы в мероприятиях повышения устойчивости сельскохозяйственных ландшафтов на примере восстановления древних дубрав Владимирского ополья. Благодаря этому выбраны участки почв с оптимальными условиями, что способствовало быстрому росту саженцев в дубравах.

6.Материалы диссертации использованы при подготовке доклада на слушаниях в Комитете Совета Федерации Федерального собрания РФ по природным ресурсам и охране окружающей среды 27 марта 2008 г.

Обоснованность и достоверность диссертационного исследования заключается в том, что работа экспериментальная, она заканчивается теоретическими обобщениями. Экспериментальные и опытные работы проводились в течение 20 лет с участием ведущих ученых биологического факультета и факультета почвоведения Московского государственного университета, Московского аграрного университета им. Тимирязева, Владимирского государственного университета, Владимирского государственного гуманитарного университета, Орловского аграрного университета, Института физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской академии наук. В работе использованы современные методы анализа, разработанные научно – исследовательскими институтами РАН: Институтом проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, Институтом физико-химических и биологических проблем почвоведения, аттестованные Госстандартом РФ. Полевые опыты проводились в рамках требований методических рекомендаций Россельхозакадемии. При обработке экспериментального материала широко использовались статистические методы и компьютерные программы.

Личный вклад автора:

1.Автор, как доцент Владимирского государственного университета и руководитель Лаборатории агроландшафтов Владимирского НИИ сельского хозяйства, руководил и непосредственно осуществлял все полевые работы на стационарах Владимирского НИИ с.х.

2.Автор официально координировал выполнение Федеральной целевой программы «Диоксин» во Владимирской области. В его обязанности входила разработка технического задания и частных технических заданий, организация отбора проб в рамках требования Госстандарта РФ, обсуждение результатов, участие в совместных экспериментах и представление отчетов по программе и финансирования.

3. Автор усовершенствовал методику определения нитрифицирующей способности почв до возможностей определения кинетических параметров нитрификации. Непосредственно планировал, проводил эксперименты, обсуждал на научных конференциях полученные результаты и теоретически их обобщил.

4. Автор непосредственно руководил восстановлением дубрав Владимирского ополья как элемента устойчивых культурно – исторических ландшафтов. В его обязанность входила обоснование границ залесения на основе КОСМ, организации работ и их финансирование.

Апробация. Результаты исследований доложены и обсуждены на XIII Симпозиуме по загрязнению окружающей среды хлорорганическими соединениями в Стокгольме (Швеция,1998), на Международной конференции, организованной «Русским салоном» в Стокгольме (Швеция,2009), XI. XII,XIII Международных конференциях «Математика, компьютер, образование» в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, 2004 г.) и Институте биофизике клетки (РАН) (Пущино, 2005, 2007 гг.), II и III съезде биофизиков России (Москва, 1999 г., Воронеж, 2004 г.), на научной секции «Лаборатории Земли» IV Конгресса Terra madre в Турине (Италия, 2010 г.), III съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000 г.), на 10-й Международной конференции МЧС по проблемам защиты населения от чрезвычайных ситуаций (Москва, 2005 г.), на первом междисциплинарном семинаре памяти С.П. Курдюмова (Тверь, 2005 г.), III и VI Международной конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2005,2011 гг.), Международной научно-практической конференции «Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия» (Владимир, 2005 г.), 2-й национальной конференции с международным участием «Организация почвенных систем. Методология и история почвоведения» (Пущино, 2007 г.), национальной конференции с международным участием «Математическое моделирование в экологии» (Пущино,2009 г.), III Международной конференции Геоэкологические проблемы современности (Владимир 2010 г.), VII Международной конференции «Геология и цивилизация» (С. Петербург, 2010, 2011 гг.), 10 региональных научно-практических конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 69 работ, в том числе их содержание изложено в монографии автора «Эволюция почвенных экосистем: саморегуляция, самоорганизация, стойчивость», журналах «Известия высших учебных заведений: химия и технология», «Успехи современного естествознания», «Нанотехника», в зарубежном журнале Organohalogen Compounds, в 2-х коллективных монографиях под редакцией акад. РАСХН В.И. Кирюшина, акад. РАСХН А.Л. Иванова и под редакцией А.Т. Волощука, из них 9 опубликовано в изданиях рекомендованных ВАК и 25 - в материалах международных конференций.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, приложения, 35 табл., 76 рис., 400 ссылок на литературные источники, из них 79 – на зарубежные, изложена на 380 стр.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновано значение разработки моделей устойчивости геосистем с учетом неоднородностей почвенного покрова, которые отображаются на современных картографических моделях, подчеркнута необходимость использования биогеохимического принципа В.И. Вернадского, обозначена связь устойчивости геосистем с практическими задачами, имеющими геоэкологический характер.

В первой главе «Общая характеристика работы» приводится общая характеристика работы, актуальность, цель и задачи исследования, основные положения диссертационного исследования, выносимые на защиту, достоверность полученных результатов, научная новизна, практическая значимость работы

Во второй главе «Состояние проблемы» обозначено состояние проблемы, приведен аналитический обзор. Современный анализ многолетнего опыта изучения геосистем указывает на стыковой характер проблемы описания экосистем и ландшафтов. Базовые хрестоматийные представления об устойчивости ландшафтов развиты в геохимии (Н.П. Солнцева,1977, А.Д. Арманд, М.А. Глазовская, Ю.Г. Пузаченко, В.С. Преображенский, Ю.Г. Липец, 1983). В то же время исключителен вклад «живого вещества» в устойчивость геосистем, поэтому без биогеохимических моделей учета его роли, невозможно развить количественные представления ландшафтов. Такой подход представляет собой дальнейшее развитие представлений В.В. Добровольского (2003) о конструктивной связи геохимии и биогеохимии. Важно учесть и положение В.И. Вернадского о необходимости применения биогеохимических представлений к сельскохозяйственным ландшафтам. Значимость этого положения нам представляется возможностью четкой фиксации фаз развития растений в процессе их вегетации и привязки к этим фазам параметров геосистем, что позволяет рассмотреть эволюцию конкретных почвенных тел, как географических объектов. Такой стыковой подход геохимия- биогеохимия-агроэкология позволяет зафиксировать дискретные изменения параметров геосистем как некие временные срезы (профили) географических объектов.

В третьей главе «Объекты, методология и методы исследования» отображены объекты исследования на картографических моделях, приведена методология и теоретические и экспериментальные методы исследования.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 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.