Автореферат к диссертационной работе

1
АННОТАЦИЯ
Никифоров
В.В.
Структурная
организация
биогеоценозов
и
биогидроценозов Среднего Приднепровья (восстановление, охрана и
рациональное использование). – Рукопись. Диссертация на соискание ученой
степени доктора биологических наук по специальности 03.00.16 – экология. –
Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара. –
Днепропетровск, 2010.
Диссертация посвящена решению научной проблемы установления
закономерностей структурной организации естественных и антропогенных
наземных и водных биоценозов Среднего Приднепровья. С позиций современной
биогеоценологии разработаны мероприятия, направленные на прогрессивное
эколого-экономическое развитие региона посредством восстановления
нарушенных (техногенных и агрогенных), а также охраны и рационального
использования природных биогео- и биогидроценозов.
Проведен анализ природно-исторических и экологических условий,
в которых формируются искусственные и естественные биогео- и
биогидроценозы
Среднего
Приднепровья.
Проведена
инвентаризация
экосистемного разнообразия и установлены причины, обусловливающие его
в условиях региона исследования. В результате биометрического анализа
результатов экспедиционных исследований Среднего Приднепровья выявлено
29 типов экосистем антропогенного происхождения, 28 – лесных, редколесных
и кустарниковых, 12 – экосистем, формирующихся в переувлажненных
экотопах, 11 – гидроэкосистем стоячих и проточных водоемов, а также по
8 типов травянистых мезофитных, травянистых ксерофитных и экосистем
геоморфологического происхождения. Из 200 типов экосистем, выделенных на
территории Украины, в регионе зарегистрировано 104, что составляет 52 % и
свидетельствует о высоком уровне экосистемного разнообразия региона.
Определены количественные показатели ведущих абиотических факторов
эдафотопа разнотипных биогеоценозов с помощью синфитоиндикации
(влажность, рН, засоление, содержание карбонатов и минерального азота) и
гидротопа
разнотипных
биогидроценозов,
главным
образом,
фотоколориметрически (рН, БПК5, концентрация О2, СО2 и минеральных
ионов), обусловливающих структурно-функциональную организацию фито-,
зоо- и микробоценозов – основных компонентов биокосных экосистем.
С использованием гидроиндикационных методов установлены уровни
загрязнения воды органическими соединениями, на основании чего проведено
разделение акватории водохранилищ на территории Среднего Приднепровья на
зоны сапробности (по данным альгофитоиндикации) и эвтрофикации
(по
данным гидрофитоиндикации). Определены уровни токсичности природной
(в местах водозабора) и питьевой воды в городах Кременчуг и Комсомольск, а
также в с. Омельник (Кременчугский р-н Полтавской обл.) с помощью методов
биотестирования.
Установлены
причинно-следственные
различия
в
структурнофункциональной организации наземных и водных биокосных систем, на
основании которых разработаны мероприятия, направленные на восстановление,
2
охрану и рациональное использование природных ресурсов Среднего
Приднепровья. Обоснована необходимость сохранения консортивного
биоразнообразия. Выявлено сродство механизмов дигрессии наземных и водных
экосистем при различных видах антропогенного воздействия на них – угнетение
популяций основных компонентов биогеоценоза происходит в одном
направлении: от высших гетеротрофов до высших автотрофов. Наиболее
устойчивыми в обоих типах экосистем являются высшие растения, а наиболее
чувствительными – позвоночные животные. В случае сохранения автотрофного
блока процесс дигрессии является обратимым, а демутационные процессы в
нарушенных биоценозах происходят в обратной последовательности.
При разработке и реализации природоохранных мероприятий,
направленных на рациональное природопользование, оптимизацию всех сред
жизни, восстановление деструктивных территорий, а также при инвентаризации
консортивного разнообразия рекомендуется учитывать выявленные различия в
структурно-функциональной организации наземных и водных, природных и
искусственных экосистем. Практическим внедрением результатов оригинальных
исследований
является
проект
региональной
экологической
сети,
функционирование которой представляет собой определяющий механизм
устойчивого эколого-экономического развития региона. Общая площадь
проектируемой экосети, включая территории (акватории) природных ядер,
экокоридоров, деструктивных объектов, территорий природного развития и
буферных зон, составляет около 20 тыс. км2 (70 % площади региона), что
полностью оправдано в условиях значительной сельскохозяйственной
освоенности (до 70 % территории), низкой лесистости (до 19 %), существенной
эродированости и других видов нарушенности земель (до 25 %), мощного
техногенного прессинга и высокой плотности населения (около 70 чел./км2)
в
регионе.
АНОТАЦІЯ
Никифоров В.В. Структурна організація біогеоценозів і біогідроценозів
Середнього Придніпров'я (відновлення, охорона та раціональне використання).
– Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук
за спеціальністю 03.00.16 – екологія. – Дніпропетровський національний
університет імені Олеся Гончара. – Дніпропетровськ, 2010.
Дисертацію присвячено розв'язанню наукової проблеми встановлення
закономірностей структурної організації природних і антропогенних наземних і
водних біоценозів Середнього Придніпров'я. Розроблено заходи, спрямовані на
прогресивний еколого-економічний розвиток регіону за допомогою
відновлення порушених (техногенних і агрогенних), а також охорони та
раціонального використання природних біогео- і біогідроценозів.
Проаналізовано природно-історичні та екологічні умови, у яких
формуються штучні й природні біогео- і гідроценози Середнього Придніпров'я.
Проведено інвентаризацію екосистемного різноманіття та встановлено
причини, що зумовлюють його в умовах регіону дослідження.
Обґрунтовано методологічні та методичні підходи і принципи
комплексного дослідження структурної організації біогео- та біогідроценозів і
3
механізми реалізації їх охорони. Вивчено структурно-функціональну
організацію основних компонентів (фіто-, зоо- і мікробоценозів) різнотипних
природних і антропогенних екосистем, досліджено едафічні і гідрохімічні
фактори, під впливом яких вони формуються.
Установлено
причинно-наслідкові
розбіжності
у
структурнофункціональній організації наземних і водних біокосних систем, на підставі
яких розроблено заходи, спрямовані на відновлення, охорону і раціональне
використання природних ресурсів Середнього Придніпров'я. Обґрунтовано
необхідність збереження консортивної біорізноманітності.
Виявлено спорідненість механізмів дигресії наземних і водних екосистем
при різних видах антропогенного впливу на них – пригнічення популяцій
основних компонентів біогеоценозу відбувається в одному напрямі: від вищих
гетеротрофів до вищих автотрофів. Найбільш стійкими в обох типах екосистем
є вищі рослини, а найбільш уразливими – хребетні тварини. У разі збереження
автотрофного блоку процес дигресії є оборотним, а демутаційні процеси в
порушених біоценозах відбуваються у зворотній послідовності.
Установлено
шляхи
оптимізації
структурно-функціонального
біорізноманіття екосистем регіону шляхом інвентаризації раритетної біоти,
аналізу існуючої мережі об'єктів природно-заповідного фонду та резервування
потенційних природоохоронних територій і акваторій. Обґрунтовано принципи
стратегії й тактики управління екологічною мережею Середнього Придніпров'я.
Ключові слова: Середнє Придніпров'я, біогеоценоз, біогідроценоз,
екосистема, структурна організація, консорція, біорізноманітність, природні
ресурси, відновлення, охорона, раціональне використання, екологічна мережа.
4
ABSTRACT
V.V. Nykyforov. The Structural Organization of biogeocenosis and
biohydrocenosis on the Middle Dnieper area (restoration, protection and rational
using). – Manuscript. Thesis for a Doctor of Science degree (Biology) by speciality
03.00.16 – ecology. – Oles Gonchar National University of Dnepropetrovsk, –
Dnepropetrovsk, 2010.
The thesis is devoted to solving a scientific problem of establishment of
regularities for structural organization of natural and anthropogenic terrestrial and
aquatic biocenosis on the Middle Dnieper area. Actions for their sustainable
development through the restoration of disturbed (technogenic and agrogenic)
biogeo(hydro)cenosis as well as protection and rational using of natural ones.
It have been analyzed the natural-historical and ecological conditions in which
the artificial and natural biogeo- and hydrocenosis on the Middle Dnieper were
formed. The inventory of ecosystem diversity has been carried out and the reasons
that made it for in the conditions of region of research were established.
The methodological and methodical approaches and principles of a
comprehensive study of the structural organization of biogeo(hydro)cenosis and
implementation mechanisms for their protection were substantiated. Structural and
functional organization of the major components (phyto-, zoo- and microbocenosis)
of different types of natural and anthropogenic ecosystems has been studied; edaptic
and geochemical factors that influenced for their formation were investigated.
On the strength of established cause and effect difference in structural and
functional organization of terrestrial and aquatic bioinert systems it have been
developed the measures aimed to restore, protect and manage of the natural resources
of the Middle Dnieper. It was grounded the necessity of preserving of the biodiversity
consorts.
It has been revealed the affinity of degradation’s mechanisms of terrestrial and
aquatic ecosystems at various kinds of anthropogenic impacts of them, namely, the
oppression of populations of the main components of ecosystem in one direction:
from higher heterotrophs to higher autotrophs. The most stable in both types of
ecosystems are vascular plants, and the most sensitive are vertebrate animals. In case
of the preserving of the autotrophic block, the process of degradation is reversible
and demutation process in violation biocenosis have take place in reverse order.
The ways to optimize the structural and functional biodiversity of ecosystems
in the region by means of the inventory of the rarity biota, the analysis of the existing
network of nature reserves fund and reservation of the potential conservation
territories and aquatories were established. The principles of strategy and tactics of
management of the Middle Dnieper Ecological Network were grounded.
Keywords: Middle Dnieper, biogeocenose, biohydrocenose, ecosystem,
structural organization, consortium, biodiversity, natural resources, restoration,
protection, rational using, Ecological Network.
5
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Комплексные экологические исследования
позволяют установить механизмы развития наземных и водных естественных и
искусственных экосистем, связанные с их структурно-функциональной и
энергопластической трансформацией. Изучение закономерностей развития
природных биогео(гидро)ценозов имеет исключительно важное прикладное
значение, поскольку позволяет путём переноса их на антропосистемы
планомерно (устойчиво) реализовывать научно-практические программы и
проекты, направленные на восстановление нарушенных техногенных и
агрогенных, а также охрану и рациональное использование природных
наземных и водных экосистем.
Актуальность темы определяется приоритетными направлениями
развития науки и техники (Закон Украины № 2623-14) «фундаментальные
исследования важнейших проблем естественных, общественных и
гуманитарных наук» и «сохранение окружающей среды и устойчивое
развитие», а также Постановлением Кабинета Министров Украины о
Государственной программе прогнозирования научно-технологического и
инновационного развития № 1086, в соответствии с которыми выполнена
работа.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертация выполнена на кафедре геоботаники, почвоведения и экологии
Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара. Тема
работы непосредственно связана с направлениями исследований Комплексной
экологической экспедиции ДНУ, а также кафедры экологии Кременчугского
государственного университета имени Михаила Остроградского.
Результаты диссертации представлены в отчётах о научноисследовательских работах, выполненных за счет финансирования из общего и
специального фондов: «Обоснование и картирование охранных (буферных) зон
Приднепровского парка и Белецковского заказника», «Результаты
гидрохимического, гидробиологического, почвенного и гидрологического
анализа территории (акватории) проектируемого регионального ландшафтного
парка «Кременчугские плавни», «Изучение Белецковских плавней возле г.
Кременчуг с целью создания РЛП», «Проект создания регионального
ландшафтного парка «Кременчугские плавни», «Исследование направлений
уменьшения техногенной нагрузки на окружающую среду в промышленном
регионе» (№ ДР 0103U008306), «Оценка эффективности биодеструкторов в
условиях городской свалки» (№ ДР 0103U008304), «Разработка обоснования
объявления территории Комсомольско-Кременчугского региона и части
Козельщинского района зоной чрезвычайной экологической ситуации» (№ ДР
6
0103U008305), «Исследование социально-экологической ситуации в регионе с
интенсивной техногенной нагрузкой на окружающую среду», «Выполнение
проекта озеленения склона по бульвару Автозаводскому» (№ ДР 0103U008307),
«Исследование изменений в некоторых составляющих социоэкосистем под
влиянием вредных факторов окружающей среды с целью улучшения состояния
техногенной безопасности» (№ ДР 0103U003987), «Создание проекта
экологической сети Среднего Приднепровья» (№ ДР 0103U008309),
«Подготовка научного обоснования создания НПП «Кременчугские плавни»,
«Обоснование типов энергетических водорослей, формирование требований к
технологии и оборудованию для выращивания и переработки» (№ ДР
0108U011186) и «Физико-химическая биология метаногенеза гидробионтов на
примере цианобактерий» (№ ДР 0108U002170).
Цель и задачи исследований. Целью работы было предусмотрено
установление особенностей структурной организации естественных и
антропогенных наземных и водных экосистем Среднего Приднепровья для
разработки мероприятий, направленных на их устойчивое развитие,
посредством восстановления нарушенных техногенных и агрогенных, а также
охраны и рационального использования природных биогео- и гидроценозов.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
– критически проанализировать природно-исторические и физикогеографические условия, в которых формируются естественные и
антропогенные экосистемы Среднего Приднепровья;
– обосновать методологические подходы и принципы комплексного
исследования структурной организации биогео(гидро)ценозов и механизмы
реализации их охраны;
– исследовать экосистемное разнообразие и установить причины,
обусловливающие его уровни на территории (акватории) региона
исследований;
– изучить структурную организацию основных компонентов (фито-, зоои микробоценозов) разнотипных естественных и искусственных наземных и
водных экосистем, а также исследовать эдафические факторы и
гидрохимические режимы, под влиянием которых они формируются;
– выявить причинно-следственные различия в структурной организации
наземных и водных биокосных систем, а также обосновать необходимость
сохранения консортивного биоразнообразия;
– разработать мероприятия, направленные на восстановление, охрану и
рациональное использование природных ресурсов региона;
– обосновать принципы стратегии и тактики управления экологической
сетью Среднего Приднепровья;
7
– установить механизмы повышения устойчивости структурного
биоразнообразия региона исследований посредством инвентаризации
раритетной биоты, анализа существующей сети объектов природнозаповедного фонда и резервирования потенциальных природоохранных
территорий и акваторий.
Особое внимание в работе уделялось исследованию экосистем природных
и антропогенных водоемов.
Научная новизна полученных результатов. Научная новизна
выполненной работы заключается в том, что с позиций современной
биогеоценологии впервые обоснованы различия и выявлены причины их
возникновения в структурной организации наземных и водных биокосных
систем. Определены различия в их функционировании на уровне консорций.
Установленные в ходе детальных исследований особенности и
закономерности структурной организации разнотипных естественных
экосистем и причины их сукцессионных смен были впервые применены при
выявлении механизмов развития искусственных биокосных систем в
конкретных природных, природно-антропогенных и антропогенных условиях
Среднего Приднепровья (интерпретация границ региона исследований
предложена автором). Это позволило разработать эффективные практические
рекомендации по восстановлению, охране и сбалансированному использованию
природных ресурсов региона.
На территории Среднего Приднепровья впервые установлены природные
ядра, региональные и локальные экологические коридоры, территории
ренатурализации и деструктивных экосистем, а также буферные зоны.
Проведены
инвентаризационные
исследования
раритетной
биоты,
зарегистрированы существующие и зарезервированы перспективные
природоохранные территории (акватории). Всё это в совокупности послужило
предпосылкой создания проекта экологической сети Среднего Приднепровья,
функционирование которой является определяющим механизмом устойчивого
эколого-экономического развития региона.
Впервые для региона исследований выявлены пороги концентраций
загрязнителей воды в природных биогидроценозах в результате их влияния на
фотосинтетическую активность элодеи канадской. Разработанный ранее метод
биотестирования уровня токсичности воды (КНД 211.1.4055-56 – 056/97) был
впервые использован на разных стадиях водоподготовки для выявления причин
ухудшения качества питьевой воды в городах Кременчуг и Комсомольск. Для
выявления зависимости заболеваемости взрослого населения этих городов по
нозологическим группам от уровней загрязнения атмосферного воздуха и воды
различными ингредиентами был использован коэффициент ранговой
8
корелляции Бравэ-Пирсона, что позволило получить оригинальные материалы
о возможном влиянии атмосферных поллютантов на формирование
заболеваемости населения указанных городов.
В ходе исследований структурно-функциональной организации
экосистемы биологических прудов Левобережных канализационных очистных
сооружений г. Кременчуг для определения баланса между продукцией и
деструкцией органического вещества предложен новый коэффициент
относительной утилизации азота водными микроорганизмами, отражающий
массовое соотношение азота в аммонийной, нитритной и нитратной формах.
Разработана новая биотехнология утилизации гидробионтов с целью
получения
биогаза,
внедрение
которой
имеет
не
только
энергоресурсосберегающий эффект, но и ряд природоохранных аспектов в
случае использования для этих целей биомассы цианобактерий, собранной в
период их массового развития на акватории водохранилищ региона
исследований. Данная биотехнология защищена патентом на полезную модель.
Практическое значение полученных результатов. Использование
выявленных закономерностей и особенностей структурной организации
разнотипных природных наземных и водных экосистем в управлении
развитием искусственных и антропогенно нарушенных экосистем позволяет
значительно интенсифицировать процессы их восстановления. Это, вместе с
разработанным комплексом региональных природоохранных мероприятий,
рекомендаций по рациональному использованию водных и лесных ресурсов, а
также оптимизации природно-заповедного фонда, положено в основу проекта
экологической сети Среднего Приднепровья.
Одним из природных ядер экологической сети является созданный в
2001 г. региональный ландшафтный парк «Кременчугские плавни» площадью
5080 га (Кременчугский р-н Полтавской обл.) с перспективой его расширения и
преобразования в Национальный природный парк (Указ Президента Украины
№ 774/2008). На территории этого природно-заповедного объекта организован
и проводится биоэкологический мониторинг.
Практическое значение имеет также оригинальный способ доочистки
сточных вод прудов-накопителей (испарителей) от неорганических и
органических поллютантов с помощью гидробионтов, иммобилизованных на
полимерном субстрате с его одновременной биоутилизацией. Указанный
способ апробирован в условиях пруда-накопителя Кременчугского
нефтеперерабатывающего завода «Укртатнафта» с положительным эффектом,
подтвержден соответствующим актом внедрения и защищен декларационным
патентом.
9
Многолетние гидрохимические и гидробиологические исследования
структурной организации экосистем прудов канализационных очистных
сооружений г. Кременчуг позволили выявить причины нарушения функций
самоочищения воды и рекомендовать ряд радикальных и перспективных
мероприятий, направленных на восстановление этих функций. Результаты
внедрения названных мероприятий на КП «Кременчуггорводоканал»
подтверждены соответствующим актом.
На
основе
проведенных исследований разработан
комплекс
природоохранных мероприятий по восстановлению растительности на отвалах
Полтавского горнообогатительного комбината (г. Комсомольск), а также по
очищению нефтешламовых картохранилищ на территории городской свалки
г. Кременчуг.
Результаты биотестирования воды питьевых источников с. Омельник
Кременчугского района Полтавской области позволили разработать и
предложить населению ряд первостепенных мероприятий по улучшению
качества используемой воды, а также перехода на альтернативные источники
водоснабжения.
Материалы диссертационных разработок применяются в учебном
процессе по нескольким дисциплинам, преподаваемым в Кременчугском
государственном университете (специальность 7.070801 – «Экология и охрана
окружающей среды»), Витебском государственном университете им. П.М.
Машерова (специальность 7.070801 – «Экология и охрана окружающей среды»)
и в университете Матея Бела г. Банская Быстрица, Словакия (специальность
«инвайронментальный менеджмент»).
Личный вклад соискателя. Научные результаты, которые представлены
в диссертации и выносятся на защиту, получены автором лично.
Преобладающее большинство публикаций – авторские. Из научных работ,
опубликованных в соавторстве, в диссертации использованы только те идеи и
положения, которые являются результатом личного труда соискателя.
В работе «Функціональне зонування території регіонального
ландшафтного парку «Кременчуцькі плавні» (Науковий вісник Ужгородського
національного університету. Біологія. – 2003, № 12. – С. 192-195; співавтор –
Гальченко Н.П.) диссертантом выполнены литературный обзор, картирование
зон, выявлены раритетные виды. В работе «Еколого-біотична характеристика
регіонального ландшафтного парку “Кременчуцькі плавні” (Екологія та
ноосферологія. – 2002. – 11, № 1-2. – С. 102-125; співавтор – Гальченко Н.П.)
соискателем составлена эколого-биотическая характеристика фаунистических
комплексов, определена раритетная ценность парка. В статье “Сучасний стан
природно-заповідного фонду Середнього Придніпров’я” (Екологія та
10
ноосферологія. – 2001. – Т.9, № 10. – С. 99-105; співавтор – Гальченко Н.П.)
диссертантом выявлено 292 объекта природно-заповедного фонда восьми
охранных категорий общей площадью 452,68 км2, проведен таксономический
анализ спонтанной и раритетной региональной биоты. В работе «Роль
комплексной фитоиндикации в мониторинговых исследованиях Среднего
Приднепровья» (Экология и ноосферология. – 1999. – 6, № 1-2. С. 117-122;
соавторы – Байрак Е.Н. и Некрасенко Л.А.) диссертантом проведен анализ
иерархии биологической, фитологической и лишайниковой индикации
абиотических, биотических и антропогенных факторов в условиях Среднего
Приднепровья. В работе «Лихеноиндикационное картирование загрязнения
атмосферного воздуха г. Кременчуг» (Вестник Днепропетровского
университета. Биология. Экология. – 2000. – 2, вып. 8. – С. 86-90; соавтор –
Онищенко И.В.) соискателем проведена оценка уровня загрязнения воздуха
центральной промзоны г. Кременчуг, рассчитаны значения индекса чистоты
воздуха. В работе «Біорізноманітність регіонального ландшафтного парку
«Кременчуцькі плавні» (Заповідна справа в Україні. – 2002. – 8, вип. 2. – С. 7881; співавтор – Гальченко Н.П.) диссертантом проведена инвентаризация
биоразнообразия фаунофонда парка. В статье «Результаты биотестирования
питьевой воды на разных стадиях ее подготовки к потреблению» (Экология и
ноосферология. – 2001. – Т.9, № 10. – С. 99-105; соавтор – Козловская Т.Ф.)
соискателем проведен сравнительный анализ уровней токсичности воды от
входа в очистные сооружения до выхода в системы водоснабжения в городах
Кременчуг и Комсомольск, полученных в результате биотестирования проб
воды.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации
докладывались на Международных научно-практических конференциях
«Актуальные вопросы охраны окружающей среды от антропогенного
воздействия» (Кременчуг, 1994), «Экологические проблемы окружающей
среды и пути их решения» (Полтава, 2002), «Ресурсоведение,
коллекционирование и охрана биоразнообразия» (Полтава, 2002); ІІ съезде
Гидроэкологического общества Украины (Киев, 1997); Всеукраинских
конференциях
учёных-ботаников
(Нежин,
1999;
Чернигов,
2000);
Всеукраинской научно-методической конференции «Экология и инженерия.
Состояние, последствия, пути создания экологически чистых технологий»
(Днепродзержинск, 1996), Всеукраинской научно-практической конференции
«Академик В. И. Вернадский и мир в третьем тысячелетии» (Полтава, 2003);
научной конференции «Новые технологии. Переработка отходов производства»
(Кременчуг, 1996); Пан-Украинском семинаре руководителей региональных
ландшафтных парков (Новоазовск, 2003); Всеукраинском научно-практическом
11
семинаре «Законодательная база функционирования и охраны природных
комплексов региональных ландшафтных парков» (Кременчуг, 2003);
Международной
научно-технической
конференции
«Экологическая
безопасность» (Кременчуг, 2003); ІV-ІХ Международных научно-практических
конференциях «Биосферно-ноосферные идеи В. И. Вернадского и экологоэкономические проблемы развития регионов» (Кременчуг, 2004-2009);
Международной конференции «Типология лесов степной зоны, их
биоразнообразие и охрана» (Днепропетровск, 2005), Семинаре Черноморской
программы «Wetlands International» «Днепровский экологический коридор:
современное состояние, проблемы и перспективы» (Киев, 2007), Семинаре
руководителей
учреждений
природно-заповедного
фонда
Украины
«Современные методы управления учреждениями ПЗФ» в рамках проекта
ЮНЕП/ГЭФ «Создание сети обучающих центров для работников охраняемых
территорий Северной Евразии» (Киев-Канев, 2007), Американо-Украинском
семинаре «Устойчивое развитие сельского хозяйства» (Кременчуг, 2008),
Международном семинаре «Роль образования и знаний для достижения Целей
Развития Тысячелетия» в рамках регионального (Турция, Украина, Молдова,
Беларусь) Митинга 5-го Всемирного Водного Форума (Кременчуг, 2008),
Международной научно-практической конференции, посвященной Всемирному
Дню воды (Кременчуг, 2009), 2 Форуме «Дни науки и технологи ПольшаВосток» (Бялысток-Бяловежа, Польша, 2009) и украинско-французском
семинаре «Биомасса и энергия» (Орлеан, Франция, 2009).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации
опубликовано 65 работ, из которых 1 монография (без соавторов), 25 статей (18
– без соавторов) в специализированных научных журналах Украины (7 –
«Экология и ноосферология», 5 – «Вестник проблем биологии и медицины», 1
– «Научный вестник Ужгородского университета», 1 – «Заповедное дело», 2 –
«Почвоведение») и 7 – в специализированных научных сборниках. 20
публикаций (15 – без соавторов) издано как тезисы докладов и материалы
научных конференций, съездов и семинаров. 25 статей опубликовано в других
журналах и сборниках. Защищены декларационный патент на изобретение и
патент на полезную модель.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из
введения, девяти разделов, выводов и списка использованных источников (395
наименований, из них 31 – иностранных). Полный объём диссертации
составляет 339 стр., из них основного текста – 275 стр. Работа содержит 56
таблиц, 40 рисунков на 49 стр. и список литературы на 34 стр.
12
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНО-ИСТОРИЧЕСКИХ
И АДМИНИCТРАТИВНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ УСЛОВИЙ
СРЕДНЕГО ПРИДНЕПРОВЬЯ
Итоговый анализ основных природно-исторических и админиcтративнохозяйственных характеристик, параметров и показателей двадцати районов
Киевской, Кировоградской, Полтавской и Черкасской областей на территории
Среднего Приднепровья (рис.1) позволил прийти к следующим выводам.
Рис. 1. Картосхема физико-географического (Правобережье -----),
геоботанического (Левобережье -----) и зоогеографического
(-----)
районирования Среднего Приднепровья (-----) (пояснения в тексте)
В результате критического анализа данных физико-географического,
геоботанического, почвенного и зоогеографического районирования Украины
обоснованы оригинальные границы Среднего Приднепровья, обусловленные
современным состоянием природных и антропогенных наземных и водных
экосистем и совпадающие с границами центральной части Днепровского
национального экологического коридора.
Правобережная (Черкасско-Тясминский – 4 физико-географический
район) и левобережная (Среднеднепровский – 1, Яготино-Оржицкий – 2 и
Оболоно-Кобеляцкий – 3 геоботанические районы) части Среднего
Приднепровья расположены симметрично относительно каскада центральных
днепровских водохранилищ (Каневского, Кременчугского и верхней части
Днепродзержинского) от Киева до устья Ворсклы. Общая площадь региона
исследований составляет 29 тыс. км2, в том числе акватория – 3 тыс. км2.
13
Территория наземных экосистем оставляет 2596 тыс. га, в том числе
1580,6 тыс.га сельскохозяйственных угодий, из которых пахотные и
пастбищно-сенокосные земли занимают соответственно площадь 1327,4 тыс. га
и 222,3 тыс. га на черноземах типичных, малогумусных (до 70% в среднем по
региону). Всего на территории Среднего Приднепровья осушено 41,8 тыс. га и
орошается 94,2 тыс. га земель. Общая площадь зеркала воды 838 прудов
рыбоводческого и иного хозяйственного назначения составляет 16,67 тыс.га.
Площадь акватории водохранилищ средней части Днепра – 304 тыс.га.
Площадь естественных лесов Среднего Приднепровья составляет 488,17
тыс. га (18,8%). При этом основными лесообразующими породами являются
сосна (43%) и дуб (29%). Средняя температура января –6,00С, а июля +20,20С.
Число дней в году с температурой, превышающей 10 0, достигает 165, что
соответствует средней по региону продолжительности вегетационного периода.
Осадки составляют 482 мм за год, средняя мощность снежного покрова не
превышает 19,3 см.
Основными полезными ископаемыми Среднего Приднепровья являются
песок, глина, торф, мергель, гранит и железная руда. Добываются также бурый
уголь и известняк. Протяженность автотранспортной сети cоставляет 7510 км
дорог, в том числе 6285 км – с твердым покрытием. В растениеводстве
преобладают зерно-, свекло-, овоще- и садоводство. Специализация
животноводства ориентирована на птице-, свино- и скотоводство мясомолочного направления. На территории Среднего Приднепровья находится
1179 населенных пунктов, в том числе 31 город и поселок городского типа.
Население региона – 1753,8 тыс. чел., из них 1007,4 тыс. проживают в больших
и малых городах. Ведущими отраслями промышленности в регионе являются
машиностроительная, производство строительных материалов, а также легкая и
пищевая промышленность.
БИОГЕОЦЕНОЛОГИЯ – МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ СРЕДНЕГО ПРИДНЕПРОВЬЯ
Под структурой биогеценоза – экосистемы в пределах фитоценоза – мы
понимаем обоюдозависимое единство пространственно-временной и
функциональной организации. При этом функцией биосферы является живое
вещество, а функцией живого вещества – трансформация солнечной энергии
(продукция первичной органики и ее трансформация с последующей
деструкцией). Функция биогеоценоза заключается в энергопластическом
обмене между его косными и живыми компонентами.
При одновременном учете изменений в трехмерном измерении
(пространстве и времени), понятие гомеостаз применительно к биогеоценозам
14
необходимо заменить на гомеорезис – постоянство развития. Подобно тому, как
генотип индивида определяет его норму реакции, совокупный генофонд
биоценоза определяет норму динамики его развития. Это означает, что каждый
биогеоценоз характеризуется пределами толерантности по отношению к
внутренним и внешним факторам, обусловленными сложнейшими
комбинациями генофондов популяций доминирующих видов.
Главными регуляционными свойствами биогеоценоза являются: а)
регуляция потока веществ и энергии через систему прямых и обратных
трофических связей, со структурой которых связана устойчивость и
продуктивность биоценоза; б) вторым по значению механизмом регуляции
служит пространственная структура фитоценоза – его ярусность и мозаичность,
усложняющие и обогащающие разнообразие абиотических факторов среды и
создающие возможность совместного обитания многих экологически
различных видов.
Основными организационными свойствами биогеоценоза являются: а)
отсутствие четкой пространственной ограниченности, обусловленное
взаимопроникновением биогеоценозов в пограничных областях; б)
потенциальное «бессмертие» в результате отсутствия программирования
развития; в) самоорганизация, целесообразная саморегуляция и способность к
самовоспроизведению и г) высокая подвижность, выраженная в изменчивости
соотношения составляющих компонентов.
Специфической мерой организованности биогеоценоза является его
информативность, обусловленная биоразнообразием – фундаментальным
свойством живой природы, отражающим множество реализованных в процессе
эволюции структурно-функциональных свойств ее организации и
обеспечивающим устойчивость биосферы. Биоразнообразие многомерно, что
определяется многоуровневостью организации живого вещества и
многоплановостью использования его человеком. Особый интерес среди всего
биоразнообразия изучаемого биогеоценоза необходимо уделять редким и
исчезающим видам, а также реликтам и эндемикам, поскольку сокращение их
ареала и численности является результатом высокой чувствительности этих
видов к изменению их экотопов. Основными задачами инвентаризации
биологического разнообразия являются: а) инвентаризация основной части
разнообразия; б) инвентаризация (поиск) редкостей; в) организация
единовременной работы по инвентаризации за период 1-3 года; г) организация
непрерывного процесса инвентаризации, осуществляемого в ходе постоянного
научного освоения территории.
15
ФОРМИРОВАНИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ БИОТЫ СРЕДНЕГО
ПРИДНЕПРОВЬЯ
Изучение структурно-функциональных особенностей современных
биогеоценозов не представляется возможным без анализа трансформационных
процессов, происходивших в прошлом, несмотря на то, что палеоценотические
изменения носят исключительно природный (естественный) характер, в то
время как на современном этапе эволюции биосферы преобладают природноантропогенный и антропогенно-природный типы трансформации. Такие
данные необходимы для создания современных моделей трансформации
биогеоценозов для долгосрочного прогнозирования их развития.
Начиная с эоплейстоцена (3,5 млн. лет тому назад) на территории
Среднего Приднепровья произошло по меньшей мере семь периодических смен
теплого влажного и холодного умеренно влажного климата, одновременно с
которыми происходили замены перигляциальных лесостепей с участием
широколиственных лесов на степи. Благодаря этому, на ранее
сформировавшихся аллювиальных отложениях, перекрытых красно-бурыми
глинами, в среднем плейстоцене (300 тыс. лет тому назад) образовались лесные
почвы. Вследствие наложения тясминского лесса на лесные почвы, сначала
сформировались серые оподзоленные и бурые лесные, а затем оподзоленные
черноземы. Если смена растительности имела периодический характер, то
смена за это время (3.5 млн. лет) семи фаунистических комплексов была
необратимой. Наиболее заметными среди них были тираспольский – 700 тыс.
лет тому назад (древний слон, мосбахская лошадь, широколобый лось и др.) и
верхнепалеолитический – 50 тыс. лет тому назад (сокращение ареалов
северного оленя, бизона, песца, сайги) комплексы.
В голоцене (10 тыс. лет тому назад) на территории Среднего
Приднепровья господствовали лесостепи и степи близкого к современному
облика на современных почвенных свитах. Данные спорово-палинологического
анализа для боровой террасы р. Ворскла свидетельствуют о разделении
пыльцевого спектра древесных пород голоцена на две части: верхнюю, в
которой представлены Quercus, Ulmus, Tilia, Acer, Alnus и Corylus, и нижнюю,
где встречается пыльца Pinus, реже Piceae и Betulla. Quercus сразу пришел со
своей свитой (липа, клен, ильмовые, лещина). По пойме распространилась
Alnus glutinosa. Такой характер широколиственные леса сохранили и до
настоящего времени. Сосна же, будучи уничтожена человеком на песчаной
террасе, в последние 75-90 лет начала снова разводиться, в том числе
искусственно.
Важнейшим прогрессивным явлением эволюции является приобретение
живыми организмами независимости от окружающей среды. Чем меньше
16
зависит организм от природных условий, тем он выше стоит на эволюционной
лестнице. Поскольку природная среда определяет условия существования
человека, то на всех этапах своего развития человечество зависело от нее. По
мере совершенствования социального устройства непосредственное влияние
природы на вид Homo sapiens ослаблялось. Человек постепенно изолировал
себя от влияния окружающей среды с помощью орудий различного назначения,
огня, одежды, жилища, а также благодаря коллективной охоте и другим видам
общественных отношений, что стало результатом возникновения и
формирования абстрактного мышления вследствие развития высшей нервной
деятельности. По-видимому, вероятностный характер окружающей среды
(высокая неопределенность ее изменений) придает относительность любой
поведенческой
адаптации
и
побуждает
организм
к
вероятному
прогнозированию, что представляет собой основной фактор высшей нервной
деятельности, который, в свою очередь, претерпевает прогрессивное развитие в
динамике эволюционных и возрастных преобразований человечества.
Значительное место среди проблем взаимоотношения палеолитического
человека и природы занимает истребление различных животных того времени.
Несмотря на крайне малую численность (25 тыс. лет тому назад население
Земли составляло около 3 млн. человек), некоторые авторы считают, что
верхнепалеолитические люди воздействовали на фауну столь значительно, что
стали главной причиной исчезновения или сокращения числа видов многих
животных, в том числе мамонтов и шерстистых носорогов. Однако такие
представления не выдерживают критики. Дело в том, что вымирание и
связанное с ним сужение ареалов отмечено и в тех местах, где человека не было
(например, северные части Западной и Восточной Сибири). К тому же, издавна
губительное влияние человека на животный и растительный мир чаще
осуществляется не прямым истреблением, а посредством изменения
ландшафтов, т.е. среды их обитания. Именно поэтому сильное влияние
человека на флору и фауну началось с возникновением земледелия.
На протяжении всего своего развития человек как биологический вид
занимал определенное место в трофических цепях различных биогеоценозов,
границы которых пересекались или совпадали с ареалом Homo sapiens.
Поэтому до последних столетий антропогенеза человек не мог значительно
повлиять на численность, а тем более истребить тот или иной вид животных
или растений, хотя нельзя полностью отрицать, что изменение качественного и
количественного состава организмов происходило и в то время. Другое дело,
что они имели локальный, а потому – временный характер.
С момента возникновения жизни на Земле (3,5 млрд. лет назад)
существовало не менее 1,5 млрд. видов живых организмов. И в том, что ныне
17
существует около 4 млн. видов (причем науке из них известно около половины)
нельзя винить палеолитического человека. Виды, не сумевшие приспособиться
к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды, обречены на
вымирание. Реальная угроза для биоты возникла сравнительно недавно:
400-500 лет назад (что составляет 1/5000 периода антропогенеза), когда
увеличение численности человеческих популяций и обусловленный таким
увеличением размах сельскохозяйственной и промышленной деятельности
человека существенно изменили естественные природные ландшафты. В
результате этого с конца ХVI века до 70-х годов ХХ столетия с лица земли
исчезло 109 видов птиц, 64 – млекопитающих, 20 – рептилий и 3 вида амфибий.
ЭКОСИСТЕМНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СРЕДНЕГО ПРИДНЕПРОВЬЯ
Несмотря на то, что площадь региона наших исследований составляет 5%
от территории Украины, в Среднем Приднепровье представлены семь высших
экотаксонов (первого уровня) из восьми, выделенных в пределах страны
(отсутствуют морские и прибрежные экосистемы, сформированные под
непосредственным воздействием моря и процессов засоления), что составляет
87,5%. Такой же высокой, на наш взгляд, является репрезентативность
территории Среднего Приднепровья на уровне экотаксонов четвертого порядка
– 104 из 200, т.е. 52,0% (табл. 1).
Таблица 1. Экосистемное разнообразие Украины и Среднего Приднепровья
Экотаксоны первого уровня
Морские
и
прибрежные
экосистемы,
сформированные
под
непосредственным
воздействием моря и процессов засоления
Экосистемы
стоячих
и
проточных
континентальных водоемов
Переувлажненные экосистемы
Травянистые
и
кустарниково-травянистые
экосистемы мезофитного типа, формирующиеся
в условиях достаточного увлажнения
Травянистые
и
кустарниково-травянистые
экосистемы
ксерофитного
типа,
формирующиеся в условиях недостаточного
увлажнения
Экосистемы,
развитие
которых
вызвано
геоморфологическими формами
Экосистемы с доминированием фанерофитов –
лесные, редколесные, кустарниковые
Экосистемы антропогенного происхождения
ВСЕГО
Число экотаксонов IV уровня
Украина
СП
% от
общ.
абс.
%
абс.
%
числа
Мес
то
23
11,5
–
–
–
–
16
8,0
11
10,6
68,8
II
22
11,0
12
11,5
54,5
IV
21
10,5
8
7,7
36,1
VII
15
7,5
8
7,7
53,3
V
13
6,5
8
7,7
61,5
III
60
30,0
28
26,9
46,7
VI
30
200
15,0
100
29
104
27,7
100
96,7
52,0
I
–
18
Лидирующее место в Среднем Приднепровье (96,7%) принадлежит
экосистемам антропогенного происхождения (отсутствует только один тип
агробиогеоценозов – чеки для выращивания риса), что вполне объяснимо
большой плотностью населения (более 60 человек на км2) и, как следствие,
высокая степень сельскохозяйственной освоенности земель (61%) и мощная
техногенная трансформация природных биогеоценозов (31 город и поселок
городского типа, в которых проживает 57,4% населения региона).
Второе место в Среднем Приднепровье по репрезентативности занимают
экосистемы стоячих и проточных континентальных водоемов (68,8 %), что
обусловлено наличием огромных площадей акватории в регионе. Только
поверхность водного зеркала Каневского, Кременчугского и верхней части
Днепродзержинского (до устья Ворсклы) водохранилищ занимает около 10%
площади региона исследований. По-видимому, около 1,5% составляют притоки
Днепра и, по меньшей мере, 0,6% – пруды рыбоводческого и иного
хозяйственного назначения (всего 838). Закономерным, на наш взгляд, является
третье место (61,54%), занимаемое экосистемами, развитие которых вызвано
геоморфологическими формами на территории Среднего Приднепровья
(абразивные, аллювиальные и делювиальные процессы, а также процессы,
вызванные линейным размывом и плоскостным смывом и др.).
Четвертое, пятое, шестое и седьмое места принадлежат переувлажненным
экосистемам (54,4%), травянистым и кустарниково-травянистым экосистемам
ксерофитного типа (53,3%), фанерофитным экосистемам – лесным,
редколесным и кустарниковым (46.7%), а также травянистым и кустарниковотравянистым экосистемам мезофитного типа (36,1%) соответственно.
Одной из причин биологического разнообразия экосистем Среднего
Приднепровья является разнообразие сукцессий (рис. 2), которым они
подвержены. Дигрессионно-демутационные механизмы сукцессионных
процессов представляют собой диалектически противоречивое единство. Почти
все биосферные явления в той или иной степени несут отпечаток
антропогенной деятельности. Вместе с тем, во всех открытых для внешней
среды искусственных экосистемах происходят природные, главным образом
восстановительные процессы. Поэтому облигатных «природных» и
«антропогенных» экосистем, на наш взгляд, не существует. Антропогенная
сукцессия – явление непрерывное, начинающееся с экзогенных нарушений и
заканчивающееся эндогенным прогрессом.
Наиболее крупномасштабную во времени и пространстве дигрессию
природных экосистем в Среднем Приднепровье представляют собой локальнокатастрофические сукцессии, связанные с изменениями в результате
строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений на р. Днепр.
15
ЭКЗОГЕННЫЕ ДИГРЕССИИ
СУКЦЕССИИ
ЭНДОГЕННЫЕ ДЕМУТАЦИИ
ФИЛОЦЕНОГЕНЕЗ
ГОЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ
ЛОКАЛЬНО-КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ
СИНГЕНЕТИЧЕСКИЕ
ЭНДОГЕНЕТИЧЕСКИЕ
ДИГРЕССИИ,
связанные с изменениями
генетического
разнообразия, вызванные
увеличением частоты
мутаций в результате
повышенного природного
радиоактивного фона в
местах выхода на
поверхность материнских
пород Украинского
кристаллического щита, а
также геоморфогенные
изменения в результате
меандрации русла Днепра
и его притоков
ДИГРЕССИИ,
вызванные сооружением
каскада водохранилища
(изменения влажности,
рельефа, розы ветров,
аллювиально-делювиальные
и абразивные процессы на
берегах водохранилищ и
островов-останцев), а также
загрязнение окружающей
среды в результате
превышения нормативных
концентраций поллютантов
(ПДК, ПДВ, ПДС)
промышленными и
сельскохозяйственными
предприятиями
ДЕМУТАЦИИ
на пастбищах, вырубках
и пожарищах, а также
в результате
заповедывания
антропогено-природных
и природно-антропогенных
территорий и акваторий,
особенно в условиях
абсолютного заповедного
режима, приводящие к
восстановлению
биологического
разнообразия
ДЕМУТАЦИИ
в результате
рекультивации
неблагоприятных
техногенных субстратов
(терриконы и отвалы
горнообогатительных
комбинатов, разработок
угольных и других
месторождений), а также
зарастания искусственных
водоемов, в том числе с
высокой техногенной
нагрузкой (прудынакопители, хвостохранилища и т.п.)
Рис. 2. Классификация дигрессий и демутаций наземных и водных экосистем Среднего Приднепровья
16
гидроценозы
геоценозы
Аллогенные сукцессии, составляющие этот тип гологенеза, являются
постоянными и необратимыми, первичными по происхождению и средними по
продолжительности (от нескольких десятилетий до нескольких столетий).
Характер изменений структуры экосистем, подверженных дигрессии,
противоречивый – регрессивный и прогрессивный одновременно, поскольку в
самой сущности дигрессии кроются причины и движущая сила
восстановительных (демутационных) процессов.
Функциональное (консортивное) разнообразие биогеоценозов – наиболее
уязвимая составляющая его структурной организации. Под антропогенным
влиянием она первой претерпевает изменения, приводящие к оскудению
видового разнообразия гетеротрофного блока (консументов и редуцентов).
Структура
биогеоценозов,
обусловленная
строением
фитоценоза
(парцеллярность и синузиальность) и формирующая консортивное
разнообразие биоценоза, нарушается значительно позже и, как правило, в
результате деструкции эдафотопа, вызванной приостановлением процессов
минерализации и разрывом биогенных круговоротов благодаря массовой
гибели редуцентов. Причем, если деструкция консорций произошла на уровне
зооценоза, то его восстановление может длиться десятилетия (рис. 3).
высшие
гетеротрофы
(млекопитающие
птицы
рептилии)
высшие
гетеротрофы
(земноводные
рыбы)
низшие
гетеротрофы
(насекомые)
низшие
гетеротрофы
(ракообразные
простейшие)
высшие
травянистые
автотрофы
высшие
древесные
автотрофы
низшие
автотрофы
(водоросли)
высшие
травянистые
автотрофы
(гидрофиты)
Рис. 3. Схема основных трендов дигрессионно (
)- демутационных (
процессов в наземных и водных экосистемах
)
При этом всегда приходится помнить, что наиболее уязвимыми в
автотрофном блоке биоценоза являются популяции редких и исчезающих, в
том числе эндемичных и реликтовых видов растений, численность которых в
результате антропогенного нарушения их экологических ниш постоянно
уменьшается.
Различия между абиотическими факторами, работающими в условиях
наземных и водных экосистем (рис. 4) (химизм и плотность средообразующего
фактора, физико-химические свойства эдафотопа и бентотопа, приоритет
гидротермического или фототермического режима в наземной и водной среде
17
соответственно), обусловливают различия в структурно-функциональной
организации их биотических компонентов (подвижность водных продуцентов,
специфика соотношений между биоморфами и экологическими группами,
разница в продуктивности и биомассе автотрофного и гетеротрофного блоков,
моно- и полидетерминантность консорций, различия в функциях наземных и
водных гетеротрофов, механизм формирования устойчивости экосистемы).
ГИДРОТОП - ВОДА
(косное вещество)
АЭРООТОП
(воздух - биогенное вещество)
БИОЦЕНОЗ
(живое
вещество)
БИОЦЕНОЗ
(живое вещество)
ФИТОЦЕНОЗ
(продуценты)
E
E
E
ФИТОЦЕНОЗ
(продуценты)
E
ЗООЦЕНОЗ
(консументы)
МИКРОБОЦЕНОЗ
(редуценты)
E
ЗООЦЕНОЗ
(консументы)
E
E
E
МИКРОБОЦЕНОЗ
(редуценты)
ЭДАФОТОП
(почва - биокосное вещество)
ЭДАФОТОП - ГРУНТ
(биокосное вещество)
Рис. 4. Структурно-функциональная организация наземных и водных экосистем
ПРИРОДНЫЕ НАЗЕМНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ. СТРУКТУРНАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
При изучении экологических факторов, под влиянием которых
формируются биогеоценозы Среднего Приднепровья, была поставлена задача
выявить диапазоны изменения этих факторов в пределах региона исследований
путем усреднения выбора геоботанических описаний основных типов
биогеоценотических систем: сосновых, дубовых и пойменных лесов, а также
болотных, прибрежно-водных, луговых и степных биогеоценозов. Поэтому в
качестве критерия выбора описаний для обработки на ПК во избежание
погрешностей результатов использовались сходство видового состава
однотипных биоценозов при условии их максимального видового разнообразия.
В целом, полученные данные свидетельствуют о том, что режимы всех
исследованных экологических факторов абиотической составляющей
биогеоценозов достаточно стабильны и изменяются в пределах Среднего
Приднепровья незначительно, за исключением гидрорежима. Максимальная
стабильность изменения влажности почв зарегистрирована для сосновых лесов
– 11,3-12,3 балла, что соответствует глубине залегания грунтовых вод 5-7 м и
дефициту влаги во второй половине лета. Также незначительно изменяется
диапазон влажности (7,7-9,1) в условиях степных биогеоценозов Среднего
18
Приднепровья, что характерно для степного типа увлажнения с нерегулярным
весенним смачиванием атмосферными осадками, количество которых не
превышает 450-500 мм в год. Водный режим эдафотопов, в которых
формируются биоценозы дубовых лесов Среднего Приднепровья, изменяется в
пределах 11-12,5 баллов, что соответствует влажно-лесолуговому типу почв с
капилярно-подпертою повышенной влажностью и расположению грунтовых
вод на глубине 1-2 м.
Напротив, низкими, на наш взгляд, величинами характеризуется
гидрорежим пойменных лесных почв (10,3-11,3), хотя и не во всех экотопах.
Диапазон влажности почв, на которых сформировались луговые биогеоценозы
разных типов, изменялся в пределах от 7,9 до 12,7 баллов, что соответствует
трем типам увлажнения – лугостепному (грунтовые воды на глубине до 10 м),
сухолесолуговому (5-7 м) и влажнолесолуговому (1-2 м). Содержание
карбонатов в разнотипных почвах на территории Среднего Приднепровья
колебалось в пределах 4,7-9,7 баллов. Минимальные величины содержания
карбонатов выявлено в эдафотопах биогеоценозов дубовых лесов (5,1-6,7).
Максимальные значения общего солевого режима зарегистрированы в луговых
эдафотопах (10,9-12,3 балла), что соответствует достаточно засоленным
солончаковым черноземам, на которых развиваются галофильные ценозы.
Большое значение среди анализируемых физико-химических факторов
эдафотопа имеет реакция почвенной среды, поскольку концентрация
гидроксония определяет степень растворимости и подвижность ионов,
составляющих минеральные соли. В данном случае она влияет на содержание
минерального азота, общий солевой режим и накопление карбонатов в
частности. Реакция почвенной среды в различных экотопах Среднего
Приднепровья изменялась в пределах 6,4-10,2 баллов, что соответствует
слабокислым (рН=5,5-6,5), нейтральным (рН=6,5-7,2) и слабощелочным почвам
(7,5-8,0).
Таким образом, структура биогеоценоза вообще и фитоценоза, в
частности, обусловлена многообразием экологических факторов, в условиях
которых они формируются. Среди них ведущими являются комплексные
факторы: климатические и эдафические. По-видимому, функциональная роль
растительности является промежуточным звеном в обратной связи «структура
фитоценоза  абиотическая среда», деятельность которого направлена на
адаптацию растительных организмов к постоянно изменяющимся факторам
окружающей среды. На наш взгляд, такая закономерность (без учета функций
зооценоза) особенно хорошо прослеживается в детритных экосистемах, где
практически вся фитомасса опада утилизируется не консументами, а
редуцентами, т.е. минерализуется.
19
ИСКУССТВЕННЫЕ НАЗЕМНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ.
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
Преобразование наземных биотопов в результате антропогенной
деятельности неразрывно связано с созданием искусственных экосистем. С
точки зрения двух основных видов производственной деятельности человека –
сельскохозяйственной и промышленной, на наш взгляд, следует различать два
основных типа искусственных биогеоценозов: культурные и техногенные. И те,
и другие являются антропогенно-природными образованиями. При этом,
культурценозы несомненно являются первичными (появление примитивного
земледелия относится к 10 тысячелетию до н.э.), а их возникновение
обусловлено переходом людских популяций, численность которых начинает к
тому времени увеличиваться в геометрической прогрессии, к «автотрофному»
питанию. В начале XVII века н.э., когда дальнейшее развитие земледелия стало
невозможным без использования механизированного труда, начинается
развитие примитивной промышленности, в результате чего формируются
вторичные искусственные экосистемы техногенного характера.
На наш взгляд, переход людского общества к автотрофности
сопровождается серьезным последствием, угрожающим настоящему и
будущему биосферы, – глубоким биогеохимическим противоречием между
человеком и природой. Чтобы удовлетворить свои трофические потребности,
цивилизация использует (главным образом сжигает) отложения биогенных
веществ, вступая в противоречие со вторым началом термодинамики. Нефть,
каменный уголь, торф, горючие сланцы, мел, известняк, диатомиты, доломиты,
бишофит и многие другие полезные ископаемые биогенного происхождения,
которые в свое время были выведены живым веществом под воздействием
абиотических факторов минулого из биогеохимических циклов биосферы,
теперь снова вводятся человеком, но уже в упрощенные им, а потому
нестабильные и деструктивные биогеохимические циклы современной
техносферы. Таким образом, уничтожение и изменение природных
биоге(гидро)ценозов в результате земледелия и связанными с ним разработкой
полезных ископаемых и промышленностью (в том числе агрогенное и
техногенное загрязнение окружающей среды) являются основными
деструктивными причинами локальных и глобального нарушений гомеостазиса
биосферы как планетарной экосистемы. По-видимому, названные причины
обусловлены автотрофностью человечества, а решение порожденных нею
проблем, связанных с восстановлением, сбалансированным использованием и
охраной окружающей среды, возможно только благодаря разуму в условиях
качественно нового состояния биосферы – ноосферы.
20
Руководящими
факторами
в
формировании
продуктивности
агробиогеоценоза,
на
наш
взгляд,
являются
почвенные.
Синфитоиндикационный анализ эдафических факторов экотопов Среднего
Приднепровья, занимаемых типичными агробиогеоценозами позволил
установить: а) кислотность почвы изменялась в пределах от 7,2 до 8,6 баллов,
что соответствует близким к нейтральным почвам (рН=6,5-7,2); б) общий
солевой режим находится в диапазоне 7,8-8,3 баллов, что характеризует
содержание солей от 16 до 30 мг/100 г почвы; в) содержание минерального
азота варьировало в пределах 5,7-8,0 баллов, что соответствует почвам,
достаточно обеспеченным азотом (0,3-0,4%); г) влажность почвы оценивалась
10,0-11,1 балла, что отвечает сухолесолуговому типу увлажнения; грунтовые
воды находятся на глубине около 5-7 м; д) содержание карбонатов от 5,8 до 7,6
балов свидетельствует об их количественном присутствии до 16 мг/100 г
почвы.
Синфитоиндикационный анализ эдафических факторов экотопов
Среднего Приднепровья, в которых созданы лесные культурбиогеоценозы,
позволил установить: а) кислотность почвы изменялась в пределах от 6,9 до 8,1
баллов, что указывает на их принадлежность к слабокислым почвам (рН=5,56,5); б) общий солевой режим находился в диапазоне 6,8-7,9 баллов, что
характеризуется содержанием солей от 150 до 200 мг/дм3 водной почвенной
вытяжки; в) содержание минерального азота варьировало в пределах 4,2-6,8
баллов, что соответствует обедненным азотом почвам (0,2-0,3%); г) влажность
почвы колебалась от 9,6 до 11,7 баллов, что свидетельствует о сухолесолуговом
типе увлажнения с полным весенним промачиванием почвы атмосферными
осадками с дополнительным транзитным стоком на склонах; во второй
половине лета ощущается дефицит влаги; грунтовые воды находятся на
глубине 5-7 м; д) содержание карбонатов от 6, до 7,3 баллов, что составляет не
более 16 мг HCO-3/100 г почвы.
Во время исследования зеленых насаждений санитарных зон северного и
южного промышленных узлов г. Кременчуг установлено, что накопление
растворимых в воде веществ на поверхности листовых пластинок превышает
массу нерастворимых веществ пыли в пересчете средних величин веса на
площадь – для тополя – в 1,4 раза, робинии – в 2,5 раза и березы – в 1,5 раза.
Этот вывод подтверждается данными ингредиентного состава выбросов в
атмосферный воздух указанных промузлов, свидетельствующих о
преобладании в них хорошо растворимых в воде веществ. Максимальный
уровень пыленакопления выявлен для листьев тополя и клена в условиях
исследованных санитарно-защитных зон, второе место относительно
пылеулавливания принадлежит березе и робинии; меньшее накопление пыли
21
зарегистрировано для ивы. Необходимо указать, что среди изученных
древесных пород береза бородавчатая находилась в наиболее угнетенном
состоянии.
Заслуживают также внимания результаты, полученные в ходе
оригинального эксперимента в камеральных условиях по интенсификации
прироста фитомассы стандартизированной газонной травосмеси (Festuca rubra
и
др.)
на
гранодеоритной
вскрышной
породе
Полтавского
горнообогатительного комбината (г. Комсомольск), вокруг которого площадь
деструктивных территорий превышает 50 км2. Для интенсификации прироста
фитомассы использовался экспериментальный препарат швейцарского
производства
«Бионатура»,
любезно
предоставленный
нам
проф.
Кучерявым В.А. Всхожесть стандартизированной газонной травосмеси
составила 86,5%, масса семян при посеве – 30 г/м2. Полив осуществлялся 3 раза
в неделю по 2 л/м2. Дозировка «Бионатуры» при поливе 125 мл препарата на
150 л воды (рекомендованный производителем полив в условиях нарушенных
земель 150 л/га 2 раза в месяц на протяжении вегетационного периода).
Определенная в ходе эксперимента плотность раствора «Бионатура»
(1, 23) навела на мысль о возможном содержании в препарате солей, в том
числе тяжелых металлов, многие из которых являются важными для митоза
микроэлементами. Качественный химический анализ частично подтвердил
предположения: в растворе были обнаружены следы Fe 3+, Mo2+, Cu2+, Co2+,
Mn2+, а также Mg2+ и K+. В числе анионов выявлены H2PO4-, NO2-, NO3-, а также
следы AsO33-. Результаты камеральных исследований фитомелиоративной
активности препарата «Бионатура» свидетельствуют о потенциальной
возможности применения данного препарата, а также создания его аналогов для
интенсификации демутационных процессов в деструктивных биогеоценозах.
Еще одним примером техногенного влияния на компоненты природных и
антропогенных биогео(гидро)ценозов является негативное воздействие около
50 МКu различных радионуклидов в результате аварии на Чернобыльской АЭС
в апреле 1986 года. Впервые для территории Кременчугского района выявлены
корреляционные связи между содержанием радионуклидов в сырье
лекарственных растений и почвах. Выявлена закономерная зависимость
содержания радиоактивных веществ в растениях от типов почв, их
кислотности, а также от химического состава низкомолекулярных
биологически активных соединений растений, их принадлежности к различным
семействам и от того, какая часть растения используется в качестве
лекарственного сырья. Полученные результаты дают возможность проследить
пути миграции радиоактивных веществ из почв в лекарственные растения в
зависимости от названных факторов.
22
ПРИРОДНЫЕ ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ. СТРУКТУРНАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Абиотическими факторами, определяющими структуру гидроэкосистем и
отсутствующими в наземных условиях, являются высокая плотность и
теплоемкость средообразующего фактора; отличие донных грунтов от почвы по
структурно-механическим и физико-химическим свойствам; течение воды, её
вертикальная и горизонтальная турбулентность и стратификация, химизм
(особенно рН и минерализация) и прозрачность. Руководящим фактором в
водных экосистемах является фототермический режим. Основными
функциональными отличиями
являются доминирование альгофитов по
биопродукционным характеристикам; плохо выраженная ярусность даже у
высших гидрофитов на мелководьях; мобильность редуцентов (оомицетов,
гифомицетов, актиномицетов и бактерий), равномерно распределенных по
всему гидротопу; подвижность некоторых фототрофных продуцентов
(монадных альгофитов и факультативных планктеров), а также широкое
распространение миксотрофизма (цианобактерии, эвгленовые и золотистые
водоросли и др.).
Альгофлора днепровских водохранилищ на территории Среднего
Приднепровья включает 1243 вида и разновидности, в том числе 403 – для
Каневского и 514 – Кременчугского. Коэффициент флористической общности
Кj – 0,78. Ее таксономический спектр представлен четырьмя отделами
(Cyanophyta 68:153; Chromophyta 168:416; Euglenophyta 34:120; Chlorophyta
244:433)
и
восемью
классами.
Для
Каневского
водохранилища
зарегистрировано 142 (28%), а для Кременчугского – 255 (22,5%) видов
сапробных индикаторных водорослей. 47% акватории исследуемого региона
относится к β-мезосапробной зоне, а олигосапробная и α-мезосапробная зоны
представлены по 10%. Репрезентативны (до 27%) переходные зоны
сапробности (о-β и β-o = 11,7%; β-α и a-β = 8,1%; x-o и o-x = 4,6%; α-p и p-α =
2,7%). Наименьшими в регионе являются ксеносапробная (2,3%) и
полисапробная (1,3%) зоны (рис. 5).
2,3
10
47
10
1,3
Х
О
В
А
Р
4,6
11,7
8,1
2,7
Рис. 5. Схема распределения акватории водохранилищ Среднего
Приднепровья по зонам сапробности
В ходе экспедиционных исследований выявлено 22 наиболее
распространенных в Среднем Приднепровье формации макрофитов
(коэффициент встречаемости Кв ≥ 20 %), которые относятся к трем классам
23
типа Aquiherbosa и составляют 50 % от общего числа формаций, известных для
каскада днепровских водохранилищ. Доминируют формации тростника
обыкновенного, рогозов узколистного и широколистного, манника большого и
элодеи канадской – всего около 40 % высшей водной растительности.
Содоминирующее положение занимают виды рдестов – 23,6%.
Таксономический спектр макрофитов представлен тремя отделами
(Equisetophyta, Polypodiophyta и Magnoliophyta), четырьмя классами, 28
порядками, 43 семействами и 84 родами, к которым относится 162 вида.
Коэффициент флористической общности Жаккара для Каневского и
Кременчугского водохранилищ составляет 0,79.
К числу семейств с наибольшим наполнением видов относятся
Cyperaceae 9:15, Poaceae 11:13, Potamogetonaceae 8:9, Lamiaceae 6:7 и
Polygonaceae 7:6.. Выявлено 96 видов-индикаторов разных уровней
эвтрофирования водоемов, в том числе 2 вида-индикатора олиготрофных, 4 –
олиго-мезотрофных, 16 – мезотрофных, 29 – мезоэвтрофных, 44 – эвтрофных и
1 – гипертрофных водоемов. Об интенсивных процессах органического
загрязнения свидедельствуют 45,8 % индикаторных видов, относящихся к
эвтрофированным зонам. Один вид – Spirodella polyrrhyza – указывает на
гиперэвтрофикацию воды в его местообитаниях. Около 30% макрофитов
находятся в гидротопах мезоэвтрофного характера. Мезотрофная зона
составляет 16,7 %. Местообитаний с чистой водой на исследованной акватории
почти не осталось: 4 % олиго-мезотрофных и 2 % олиготрофных видов от всех
выявленных (рис. 6). Зарегистрировано девять видов – индикаторов
слабосолонцеватых и солонцеватых вод, распространение которых в регионе в
целом указывает на повышение минерализации воды.
Олиготрофные
2
Олигомезотрофные
4
Мезотрофные
16
Мезотрофные
29
Эвтрофные
44
Гипертрофные
1
Рис. 6. Схема распределения акватории водохранилищ Среднего
Приднепровья по зонам эвтрофикации
Установлена высокая экологическая пластичность и толерантность
одного из самых распространенных в регионе гидрофита – элодеи канадской.
Одной из возможных причин устойчивости этого вида к высоким
концентрациям гидрополлютантов является их абсорбция слизью,
покрывающей растения, а возможно детоксикация, обусловленная деструкцией
и утилизацией этих соединений микроорганизмами, для которых
24
ослизняющиеся полисахариды являются прекрасным субстратом. Поэтому,
включение Elodea canadensis в информационно-измерительную систему в
качестве датчика уровня загрязнения природных водоемов, на наш взгляд, не
представляется целесообразным. Однако, в условиях промышленных сточных
вод, использование этого гидробионта как тест-объекта для определения их
токсичности вполне возможно и оправдано (рис. 7).
9.2
9.5
К
9
К
0,
1
8.8
1,0
10,0
8.6
9
8.5
8.4
8
8.2
7.5
8
G
7.8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,05
0,5
5,0
7
50,0
6.5
1
2
3
4
а)
5
6
7
8
9
10
б)
8.8
К
8.6
0,01 8.5
К
9
0,001
0,1
8.4
8
0,01
1,0
8.2
7.5
0,1
8
7
7.8
6.5
1,0
10,0
7.6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
в)
г)
Рис. 7. Изменения интенсивности фотосинтеза элодеи канадской в зависимости
от концентрации и продолжительности влияния: а) свинца, б) нефтепродуктов,
в) цинка, г) фенола (OY – концентрация растворенного кислорода, мг/л; ОХ –
период экспозиции, сутки; К – контроль; - - - – при ПДК данного элемента)
В ходе биотестирования питьевой воды г. Кременчуг острой летальной
токсичности для Ceriodaphnia affinis на всех стадиях ее подготовки не
выявлено. Максимальное значение летальности тест-объекта составило 30%
для воды, подвергнутой прехлорированию и коагуляции; среднее значение
летальной токсичности независимо от стадии ее подготовки не превышало 15%.
Для питьевой воды г. Комсомольск было зарегистрировано два "пика" ее
летальной токсичности – 73,3% и 100% соответственно (рис. 8).
80
100
80
летально сть, %
100
ле тал ьно сть, %
25
60
60
40
40
20
20
5
10
15
20
25
30
5
10
15
20
25
30
а)
б)
Рис. 8. Результаты биотестирования питьевой воды городов Кременчуг (а) и
Комсомольск (б) (сентябрь, 2000) (––– вход в очистные сооружения, – – – после
прехлорирования, –.–.– на выходе в городские системы водоснабжения
Результаты биотестирования в другом населенном пункте (с. Омельник
Кременчугского района) с проблемными источниками питьевого снабжения
позволили разработать ряд профилактических мероприятий: а) проведение
развернутого гидрохимического анализа проб из источников, для которых
зарегистрирована гибель свыше 50% дафний, с целью выявления конкретных
причин, обусловливающих токсическое действие воды; б) перевод
пользователей источников с глубинами менее 6 и более 9 м. (где
регистрируется летальность тест-объекта > 50%) на альтернативные – с
глубиной от 6 до 9 метров; в) при отсутствии альтернативных источников
нужна профилактика застойных явлений в колодцах и артезианских скважинах
(спуск воды объемом 1-2 м3 3-4 раз в год); г) проведение доступных
мероприятий по снижению уровня возможной токсичности питьевой воды
(открытое кипячения в течение 10–15 минут, отстаивание на протяжении суток
или – с активированным углем не менее 3-х часов).
В рамках региональной программы рационального использования
гидробионтов разработана новая биотехнология утилизации цианобактерий в
период их массового развития, обладающая рядом природоохранных эффектов:
а) применение экологически безопасного, не требующего особенных
энергозатрат, способа сбора сестона; б) восстановление нарушенной
структурно-функциональной организации экоситем мелководий днепровских
водохранилищ (газового баланса, гидрохимического режима, условий нереста и
нагула рыбы, снижение токсичности воды и др.); в) улучшение качества
природной и питьевой воды; г) оздоровление среды и населения прибрежных
26
территорий; д) использование отходов производства в качестве
минералорганических удобрений в сельском и лесном хозяйстве; е) социальный
и финансовый эффект для обеспечения устойчивого эколого-экономического
развития приднепровских регионов.
Рациональное использование цианобактерий и других гидробионтов
кроме природоохранного обладает также альтернативно энергетическим и
энергоресурсосберегающим эффектом: а) использование бесплатного сырья в
качестве субстрата для ферментации; б) внедрение дешевой биотехнологии
производства метана с последующей его трансформацией в электроэнергию; в)
локальное обеспечение тепловой и электрической энергией эксплуатации
очистных сооружений населенных пунктов; г) в результате сбора сестона на
акватории мелководий только одного Кременчугского водохранилища
площадью 2250 км2 (глубина мелководий до 2 м, площадь – 18,4 % зеркала
водоема) в количестве 50 кг/м3 из объема 828 млн. м3 воды его биомасса
составит 4,14·107 т за вегетационный период (70 дней); д) подвергнув эту
биомассу ферментации в процессе метаногенеза, можно получить до 107,69
млн. м3 биогаза (≈ 86,4 млн. м3 метана), что эквивалентно 75,4 млн. л нефти или
64,6 млн. л дизельного топлива.
ИСКУССТВЕННЫЕ ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ. СТРУКТУРНАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Поступление в водную экосистему дополнительных количеств биогенных
элементов (азота, фосфора и калия), а также других трофических
предшественников,
неизбежно
приводит
к
немедленной
реакции
биогидроценоза в виде увеличения численности и биомассы (продуктивности)
первичных продуцентов органического вещества (вплоть до «цветения» воды) –
представителей сложного, многовидового альгобактериального комплекса.
Автоматически происходит «всплеск» развития гетеротрофных гидробионтов
(простейших, нематод, низших ракообразных и др.), питающихся бактериями и
микроводорослями. Затем трофическая «волна», как правило, демпфируется
благодаря процессу минерализации избытка органики в результате
жизнедеятельности организмов-деструкторов (редуцентов).
Такой многоступенчатый комплекс консорционных процессов называется
“самоочищением” воды и является главным критерием реактивности и
резистентности биогидроценозов различного происхождения и хозяйственного
назначения. Поэтому управление развитием гидроконсорций должно быть
постоянно в центре внимания работников водоснабжения. Овладеть умением
контролировать
(интенсифицировать
или
ингибировать)
процессы
самоочищения в теории означает на практике получить качественную с
27
санитарно-биологической точки зрения воду на любой стадии её очистки (при
входе в систему водоснабжения, после выхода из канализационной системы
или при сбросе её в природные водоёмы).
При полной (глубокой) биологической очистке достигается удаление
окисляемых веществ, увеличивается прозрачность воды, снижается ее
зараженность патогенными бактериями. Для биоочистки природных вод от
промышленных загрязнений используют также способность некоторых
гидробионтов аккумулировать различные поллютанты (диатомовые водоросли
накапливают кремний, железобактерии – железо и марганец, высшие водные
растения, моллюски и другие беспозвоночные очищают воду от тонких взвесей
и
т.д.).
Поэтому
эффективность
биологической
очистки
прямо
пропорциональна
полноценности
(полноте)
трофических
сетей
и
биоразнообразию консорций в водных экосистемах.
Средние значения содержания изучаемых соединений и показателей
качества сточных вод левобережных канализационных очистных сооружений
(КОС) г. Кременчуг в период гидробиологических исследований (зима
2006/2007 гг.) после вторичного отстаивания первого и второго каскадов
биопрудов (БП) соответственно составили: С(NH4+) – 0,76; 4,66 и 4,37 мг/дм3;
C(NO2-) – 0,32; 1,97 и 1,88 мг/дм3; C(NO3-) – 51,00; 48,55 и 49,71 мг/дм3; C (РO43-) –
5,71; 7,21 и 6,23 мг/дм3; C (взвеси) – 13,30; 7,45 и 5,20 мг/дм3; C (O2) – 8,40; 8,68 и
10,16 мг/дм3; ХПК – 56,60; 128,00 и 66,20 мг О2/дм3; рН – 8,25; 8,09 и 8,28 (рис.
9).
А
Б
В
Обозначения: __ PO43- __ взвеси __ О2 __ NH4+ __ NO2__ NO3А
5,71
13,3
8,4
0,76
0,32
51
Б
7,21
7,45
8,68
4,66
1,97
48,55
В
6,23
5,2
10,16
4,37
1,88
49,71
3
Рис. 9. Гидрохимическая характеристика сточных вод (мг/дм ) после
вторичного отстаивания (А) и биологической очистки в первом (Б) и втором (В)
каскаде прудов
Зарегистрированные усредненные значения предлагаемого коэффициента
относительной утилизации азота водными микроорганизмами, отражающий
направленность биохимических процессов обмена органического и
минерального азота, за весь период исследований химического состава воды до
28
(0,39) и после (0,37) биологической очистки, указывают на преобладание
процессов нитрификации над процессами аммонификации, что обусловлено
избытком растворимых органических веществ в результате вторичного
загрязнения, причем названное преобладание усиливается в БП второго
каскада.
В соответствии с полученными результатами гидробиологического анализа
по общему планктону исследованные водоемы распределяются по классам
сапробности следующим образом: БП № 2 – α-полисапробная, РЧ и БП № 6 –
β-полисапробная, БП № 4, 5 – β-α-мезосапробная, БП № 1, 3 и ОВ –
β-мезосапробная вода. При этом, чем выше сапробность воды, тем активнее
протекают процессы минерализации в ней. Следовательно, разложение
органических веществ интенсивно начинается уже в РЧ № 1 и по мере
прохождения воды через каскад БП постепенно снижается на выпуске ее в
р. Псел.
Результаты
сопоставления
данных
гидрохимического
и
гидробиологического анализа (рис. 10) свидетельствуют о выраженной
корреляции между значениями сапробности и содержанием в воде
обследованных водоемов биогенных элементов (азота и фосфора) (рис. 11).
Высокая концентрация азотистых соединений (аммоний, нитриты и нитраты)
лишний раз доказывает наличие процессов вторичного органического
загрязнения в биопрудах КОС.
30
25
20
15
10
5
0
ьн
д іл
о
зп
ро
а
аш
ач
№
б/п
1
№
б/п
2
№
б/п
3
№
б/п
х 10000 кл/л
біомаса, г/л
сапробність, од.
4
№
б/п
5
6
д
№
ихі
б/п
йв
и
ьн
ал
заг
Рис. 10. Показатели сапробности воды, численности и биомассы планктона
29
60
50
40
30
20
10
0
ьн
д іл
о
п
з
ро
а
аш
ач
№
б/п
1
№
б/п
2
№
б/п
3
№
б/п
фосфати, г/л
азот, г/л
сапробність, од.
4
№
б/п
5
№
б/п
6
ал
заг
в
ий
ьн
д
ихі
Рис. 11. Показатели сапробности и концентрации биогенных элементов
Выявлено выраженное увеличение площадей водного зеркала, покрытых
гелиофитами от первого БП к последнему. При этом степень зарастания,
главным образом рогозом узколистым, составила 34,5, 39,3, 43,8, 50,0%, 61,3 и
77,6% соответственно. На наш взгляд, недопустимое зарастание БП второго
каскада (в хвостовом, шестом пруде площадь открытого зеркала воды не
превышает четверти) резко снижает их функциональную способность очищать
сточные воды, а также является основной причиной вторичного органического
загрязнения, о чем свидетельствует повышенное содержание нитритов и
фосфатов в воде и требует неотлагательного вмешательства.
Среди радикальных (первоочередных) мероприятий следует обеспечить:
– остановку и вывод из эксплуатации БП второго каскада № 4 – № 6);
ликвидация основного источника вторичного загрязнения воды органическими
веществами – избыточной фитомассы высших водных растений (макрофитов),
главным образом рогоза узколистного в БП второго каскада, особенно в БП
№ 6. При этом следует оставить прибрежноводные ассоциации тростника
обыкновенного, поскольку этот
вид
является аккумулятором и
биофильтратором, а также не распространяется вглубь водоема, произрастая в
пределах береговой линии по периметру прудов;
– переход от двух каскадов из трех прудов к трем каскадам по два пруда,
что позволит службе эксплуатации существенно повысить эффективность
ежегодных профилактических работ по удалению накопленных осадков и
30
излишней фитомассы макрофитов без перегрузки функционирующих в этот
период БП;
– удаление верхнего (жидкого) слоя илистых отложений на открытых
участках с помощью иловых насосов, ассенизационных машин или ковшевых
погрузчиков после спуска воды. Твердый остаточный ил, содержащий
корневища рогоза, следует удалять с помощью скрепера. Толщина слоя ила, в
котором произрастает рогоз, достигает 15-25 см. Ил удаляют по мере его
накопления в мае-июне (если он хорошо перегнил) или в августе (если
процессы брожения не закончились) и складируют его на иловых площадках, с
последующим использованием в качестве эффективного минералорганического
удобрения;
– интродукцию автохтонных представителей гидробионтов из р. Псёл,
отсутствующих (выпавших) трофических уровней в экосистеме биологических
прудов: продуцентов – зеленых водорослей с нитчатой структурой таллома,
планктонных и перифитонных диатомовых водорослей, консументов –
детритофагов и биофильтраторов – брюхоногих и двустворчатых моллюсков,
консументов І порядка (фитофагов) – растительноядных костистых рыб и
консументов ІІ и ІІІ порядка (зоофагов) – мелких хищных костистых рыб
(окунь и др.).
– сооружение биологических инженерных систем или растительных
канализационных очистных станций требует дополнительных затрат, однако их
можно рассматривать как альтернативный вариант существенного повышения
эффективности биоочистки в случае отказа от строительства дополнительных
БП. Следует помнить, что названные системы и станции всегда должны
замыкать процесс биологической доочистки сточных вод;
– проведение натурного эксперимента на участке одного из биопрудов по
апробации нового способа биологической доочистки сточных вод (ДП
№2003065098 UA) посредством иммобилизации на полимерном субстрате
гидробионтов всех трофических уровней (продуцентов, консументов и
редуцентов) с одновременной его биоутилизацией с целью последующего
сооружения биореакторов. Способ позволяет за 25 суток полностью избавиться
от аммонийного азота и фосфатов, снизить значение БПК5 почти в два раза, а
концентрацию сульфатов, хлоридов и железа – на 42, 25 и 31% соответственно,
а также уменьшить на треть общую минерализацию воды;
– камеральные исследования влияния кислотности воды на скорость и
объемы процессов окисления растворимых органических веществ (корреляция
между рН и БПК5) с целью выявления оптимальных значений рН, при которых
окисляемость РОВ является максимальной;
31
ПРИНЦИПЫ СТРАТЕГИИ И ТАКТИКИ СОЗДАНИЯ,
ОПТИМИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ
СРЕДНЕГО ПРИДНЕПРОВЬЯ
Интегральной идеей в организации сохранения генетического, видового и
экосистемного разнообразия является создание экологической сети (ЭС). На
европейской арене она уже достигла определенного уровня развития. ЭС
представляет собой новый методологический уровень современной прикладной
созологии, позволяющий учитывать потребности человеческой цивилизации
при условии сохранения биоразнообразия. Функционирование ЭС является
определяющим механизмом устойчивого эколого-экономического развития
регионов. Разработка и оптимизация экологической сети на любом уровне:
паневропейском, национальном или региональном, – предполагает
обязательное проведение мониторинговых исследований.
Основным принципом организации мониторинговых исследований
экосистем Среднего Приднепровья (СП) является полиологический подход при
выявлении механизмов и степени трансформации окружающей среды,
поскольку изучаемый регион представлен широким спектром разнотипных
естественных (лесных, степных, луговых, болотных и водных) и антропогенных
(урбоценозов, агроценозов, культурценозов и т.п.) биогеоценозов. Особый
акцент при этом сделан на мониторинг геофизических, физическогеографических, гео- и гидрохимических, а также биоэкологических
параметров (всего около 100), которые нашли отражение в перечне,
характеризующем структуру и функционирование биогеоценозов в их
динамике, названном нами Curriculum vitae и представляющим по сути паспорт
для каждого конкретного биогеоценоза.
Проводимый мониторинг носит сравнительный характер изучения
структуры и фукционирования биогеоценозов до и после сооружения
днепровских водохранилищ. В качестве основного критерия оценки степени
трансормации биоты использовано биоразнообразие, а главное внимание
уделено экологической валентности, пластичности и толерантности
инвентаризируемых видов. Изучены исчезающие, регионально редкие,
эндемичные и реликтовые виды растений и животных, являющиеся наиболее
чувствительными к изменениям окружающей среды. Немаловажное место в
оригинальной
системе
мониторинговых
исследований
занимает
биотестирование с использованием в качества тест-объектов представителей
различных трофических уровней пресноводных биогидроценозов – зеленых
микроводорослей, низших ракообразных и костистых рыб с целью выявления
хронической и острой токсичности вод изучаемой акватории.
32
Следующим интегральным параметром изменений окружающей среды
является здоровье населения как функция от многих переменных, поскольку
здоровье населения и важнейший его показатель – заболеваемость –
представляют
собой
главный
критерий
оценки
качества
среды
жизнедеятельности человека. Для выявления зависимости заболеваемости
взрослого населения этих городов по нозологическим группам от уровней
загрязнения атмосферного воздуха и воды различными ингредиентами впервые
был использован коэффициент ранговой корреляции Браве-Пирсона, что
позволило получить оригинальные материалы о возможном влиянии
атмосферных поллютантов на формирование заболеваемости населения
городов Кременчуг и Комсомольск (табл. 2). На основании анализа влияния
факторов окружающей среды на здоровье населения определены меры и их
последовательность по ее оздоровлению, в том числе мероприятия по очистке
сточных вод и атмосферных выбросов от загрязняющих веществ, которые
играют ключевую роль в формировании наиболее распространенных
патологий.
Таблица 2. Характеристика вероятного воздействия атмосферных поллютантов
на формирование заболеваемости в условиях г. Кременчуг
Нозологическая группа
Болезни костно-мышечной
системы
Болезни кожи и подкожной
клетки
Осложнения беременности
Болезни мочеполовой системы
Болезни органов пищеварения
Болезни органов дыхания
Бронхиальная астма
Болезни системы кровообращения
Болезни нервной системы и
органов чувств
Болезни крови и кроветворных
органов
Болезни эндокринной системы
Новообразования
Вещества в порядке уменьшения влияния
Корреляция не выявлена
1. СО. 2. CxHy. 3. H2S. 4. NO2. 5. Фенол.
6. Сажа. 7. Пыль
Корреляция не выявлена
1. SO2. 2. Фенол. 3. CxHy. 4. H2S. 5. NO2.
6. СО. 7. NO
1. Фенол. 2. SO2
1. CxHy. 2. СО. 3. H2S. 4. NO2. 5. SO2.
6. Сажа. 7. Пыль. 8. Фенол. 9. NO
Корреляция не выявлена
Корреляция не выявлена
1. SO2. 2. СО. 3. Пыль
1. Фенол. 2. H2S. 3. NO. 4. NO2. 5. CxHy.
6. SO2. 7. СО
1. SO2. 2.СО
Корреляция не выявлена
33
Современная сеть объектов ПЗФ Среднего Приднепровья включает 296
природных, природно-антропогенных и искусственных охраняемых объектов,
которые занимают территорию 55967,2 га, что составляет 2,22% от площади
региона. Таким образом, показатель заповедности для Среднего Приднепровья
почти в 2 раза ниже общегосударственного. Такое состояние, на наш взгляд,
требует расширения сети ПЗФ, особенно, если учитывать, что для Украины
Днепр представляет собой крупнейший экологический коридор, связывающий
биогеоценотические системы в широтном и меридиальном направлениях.
Доминирующее положение среди иных категорий объектов ПЗФ в
Среднем Приднепровье как в количественном (119), так и территориальном
(82,6%) отношении, занимают заказники. Численно им уступают памятники
природы (91) и заповедные урочища (49). Однако, последние по площади
(9,7%) существенно превышают первые (2,1%). Заметную часть территории
ПЗФ региона занимают парки-памятники садово-паркового искусства (5,1%).
Незначительны по площади и количеству в СП зоологические и
дендрологические парки. Важно отметить, что существенную часть площади
регионального ПЗФ занимают заказники, памятники природы и паркипамятники садово-паркового искусства общегосударственного значения (всего
40) (табл. 3).
Таблица 3. Объектно-территориальная структура природно-заповедного фонда
Среднего Приднепровья
Объекты
парки
Памятн.
ПЗФ ЗаказПамят- Ботан. Заповед.
природ
ДендВсего
ники
сады урочищ
Зооники
ы
рообласть
СПИ
8
2
1
1
12
3
5
32
Киевская
6214,9
30,0
39,5
6,5
2412,3 205,5
579,9
9488,6
Черкас44
68
1
–
15
–
15
143
ская
15986,0 1011,3
8,0
400,5
2886,5 20292,3
Полтав59
18
–
1
3
–
19
100
ская
23548,3
54,4
8,9
55,0
1811,8 25478,4
Кирово8
3
–
–
–
–
10
21
градская
463,2
89,7
155,0
707,9
119
91
2
2
30
2
49
296
Итого
46212,4 1185,4 47,5 15,4 2867,8 205,5 5433,2 55967,2
Примечание: в числителе указано количество объектов, а в знаменателе – их
площадь, га.
34
В результате синтеза литературных и оригинальных данных на
территории (акватории) СП зарегистрировано 238 видов, занесенных в
Красную книгу Украины, в том числе 142 вида животных, 84 вида растений, 11
видов грибов и 1 вид лишайников. Из них 30 включены в Европейский
Красный список видов растений и животных, которые находятся под угрозой
исчезновения в мировом масштабе. Таким образом, региональная раритетная
биота составляет 26,2% от общенациональной, в том числе 37,2% животных,
36,7% грибов и 16,6% растений от числа видов, занесенных в Красную книгу
Украины (табл. 4).
Таблица 4. Таксономический состав и природоохранный статус биоты Украины
и Среднего Приднепровья (СП)
Таксономические
группы
Число
видов
ФИТОБИОТА
Сосуд. растения
Моховидные
Водоросли
Лишайники
МИКОБИОТА
ЗООБИОТА
Хордовые
Млекопитающие
Птицы
Пресмыкающиеся
Земноводные
Рыбы
Беспозвоночные
Моллюски
Членистоногие без
насекомых
Насекомые
Кольчецы
Нематоды
Кишечнополостные
ВСЕГО:
10900
5100
800
4000
1000
>15000
>45000
>740
108
до 400
21
17
200
>44000
600
3440
Занесено
в
Красную
книгу, %
511/4,7
439/8,6
28/3,5
17/0,4
27/2,7
30/0,2
382/0,8
155/20,0
41/38,0
67/16,8
8/38,1
5/29,4
34/17,0
287/0,7
12/2,0
31/0,9
>35000
440
1600
36
>70000
173/0,5
71,6
2/0,1
2/5,6
923/1,3
Природоохранные Число
% от
категории
рарит. рарит.
видов
видов
І
ІІ ІІІ IV
в СП Украины
158 189 156 5
85
16,6
154 171 106 5
76
17,3
1
27
–
–
4
14,3
1
7
9
–
4
23,5
2
11 14 –
1
3,7
11
2
17 –
11
36,7
63 136 145 37
142
37,2
25 57 47 25
152
41,6
6
12 18 4
17
41,5
10 28 18 11
29
43,3
2
4
2
–
2
25,0
4
1
–
–
–
–
7
9
8 10
4
11,8
38 79 98 12
97
33,8
3
4
5
–
–
–
16
2
9
4
6
19,4
18 69 78 8
1
2
4
–
1
1
–
–
1
1
–
–
232 327 318 42
89
1
1
–
238
51,4
14,3
50,0
–
25,8
Примечание: І – исчезающие, II – уязвимые, III – редкие, IV – неопределенные.
35
Важнейшим природным ядром национального значения в Среднем
Приднепровье является Каневский природный заповедник, где сосредоточено и
сохраняется около 80% регионального видового разнообразия. Не смотря на то,
что Каневский заповедник репрезентирует Лесостепь Украины, в нем
отсутствует целый ряд природных комплексов, характерных для Среднего
Приднепровья. Поскольку остальная территория региона из-за высокой степени
освоенности лишена крупных, подобных каневскому, природных ядер,
заслуживающих присвоения категории абсолютных резерватов, особого
внимания здесь заслуживает создание национальных природных парков и
развитие сети региональных ландшафтных парков.
В перспективе первый национальный природный парк в Среднем
Приднепровье будет организован на базе двух региональных ландшафтных
парков – существующего «Кременчугские плавни» (5080 га, Кременчугский
район Полтавской области) и проектируемого «Белецковские плавни» (2000 га,
Светловодский район Кировоградской области). Природными ядрами в
региональной ЭС являются также заказники общегосударственного значения. В
СП их функционирует 20 на общей площади 47810,7 га.
Центральное место в ЭС СП занимает крупнейший национальный
экокоридор – «Днепровский», который наряду с «Днестровским», соединяет в
пределах Украины все четыре национальных широтных коридора
(«Полесский», «Галицко-Слободской», “Степной” и “Приморско-степной”) в
меридиальном направлении и имеет протяженность в пределах региона (от
Киева до устья Ворсклы) 310 км (площадь около 15,5 тыс. км 2). Важную
функциональную роль в Среднем Приднепровье играют экокоридоры
регионального и локального значения. К числу региональных относятся долины
правобережных (Росава, Рось, Ольшанка, Тясмин) и левобережных (Трубеж,
Супой, Сула, Псел, Ворскла) притоков Днепра, а к локальным – полосы лесных
насаждений
различного
хозяйственного
назначения:
полезащитные,
водоохранные, снегонакопительные, примагистральные, противоэрозионные и
др. Протяженность региональных экокоридоров составляет около 250 км
(общая площадь около 2,25 тыс. км2) (рис. 12).
На территории СП наиболее крупным по площади (более 300 км2) и
мощным по техногенному воздействию (около 70% всех выбросов по
Полтавской области) является «деструктивный треугольник», в углах которого
находятся города Кременчуг, Комсомольск и Светловодск. Население этой
полиурбосистемы составляет около 350 тыс. человек. Особую угрозу
окружающей
среде
в
регионе
представляют
собой
Полтавский
горнообогатительный комбинат (ст. Золотнишино под Комсомольском), где
площадь нарушенных земель составляет около 50 км2, пруд-накопитель
36
Кременчугского ВАТ «Укртатнафта» площадью 360 га и захоронение
радиоактивных отходов Светловодского завода чистых металлов.
Рис. 12. Экологическая сеть Среднего Приднепровья
Примечания:
– национальный меридианальный экологический коридор
«Днепровский»;
– разнонаправленные региональные экологические
коридоры;
– природные ядра (Каневский природный заповедник,
Сульские орнитологический и ландшафтный заказники и региональный
ландшафтный парк «Кременчугские плавни»).
Перспективная территория объектов природно-заповедного фонда
общегосударственного значения (национальный уровень) составляет 386 тыс.
га, планируемые природоохранные территории регионального значения
достигают площади 150 тыс. га. Перспектива создания охраняемых объектов на
локальном уровне (местного значения), включая деструктивные территории,
организацию буферных зон и территорий природного развития оценивается
проектными площадями не менее 50 тыс.га. При этом соотношение
природоохранных территорий общегосударственного, регионального и
местного значения составляет 8:3:1, что наш взгляд является оптимальным для
региона вариантом. В результате реализации национальной Программы
экологического оздоровления Днепра, общегосударственной Программы
формирования экологической сети Украины и настоящих разработок
37
территория объектов природно-заповедного фонда Среднего Приднепровья
достигнет площади 586 тыс. га, что увеличит региональный процент
заповедности в 11 раз, который в два раза превышает планируемый на 2015 г.
общегосударственный показатель.
Таким образом, общая площадь проектируемой экологической сети
Среднего Приднепровья, включая территории (акватории) природных ядер,
экокоридоров, деструктивных комплексов, территорий природного развития и
буферных зон составляет около 2 млн. га (70% от площади региона), что вполне
оправдано в условиях значительной сельскохозяйственной освоенности (до
65% территории), низкой лесистости (до 19%), существенной эродированности
и других видов деградирования земель (до 25%), мощного техногенного
прессинга и высокой плотности населения (до 70 чел. на 1 км2) региона.
ВЫВОДЫ
1. В результате критического анализа данных физико-географического,
геоботанического, почвенного и зоогеографического районирования Украины
обоснованы оригинальные границы региона исследований – Среднего
Приднепровья (СП) в связи с современным состоянием природных и
антропогенных наземных и водных экосистем. Установлено, что они совпадают
с границами центральной части Днепровского национального меридианального
экологического коридора. Правобережная (Черкасско-Тясминский физикогеографический район) и левобережная (Среднеднепровский, ЯготиноОржицкий и Оболонско-Кобеляцкий геоботанические районы) части СП
расположены симметрично относительно каскада центральных днепровских
водохранилищ от Киева до устья Ворсклы.
2. Общая площадь региона исследований составляет 29 млн. га (5%
территории Украины), из них 3 млн. га – акватория водных экосистем.
Территория наземных экосистем оставляет 2,6 млн. га, в том числе 1,6 млн. га
сельскохозяйственных угодий, из которых пахотные и пастбищно-сенокосные
земли занимают соответственно площадь 1,3 млн. га и 0,2 млн. га на
черноземах типичных, малогумусных (до 70%). Общая площадь зеркала воды
838 прудов рыбоводческого и другого хозяйственного назначения составляет
16,7 тыс. га. Площадь естественных лесов СП составляет 0,5 млн. га (18,8%).
Основными лесообразующими породами являются сосна (43%) и дуб (29%).
3. С использованием обоснованных в работе методологических подходов
комплексно исследована структурная организация разнотипных биогеоценозов,
обусловленная строением их компонентов – биогеоценотических горизонтов и
парцелл, а также автотрофного блока – фитоценоза. Проанализирована
функциональная организация биогеоценозов, связанная с трофической
38
деятельностью консортов, разнообразие которых является соединяющим и
объединяющим звеном между экосистемным, видовым и генетическим
биоразнообразием. Установлено, что топические границы консорций, как
правило совпадают с границами экологической ниши центрального вида
(автотрофа), благодаря чему гиперобъем консорций соответствует
многомерному пространству экологической ниши детерминанта. Разработана
трофическая классификация консорций для наземных и водных экосистем в
условиях СП.
4. В результате биометрического анализа в СП выявлено 29 типов
экосистем антропогенного происхождения, 28 – лесных, редколесных и
кустарниковых, 12 – экосистем, формирующихся в переувлажненных экотопах,
11 – гидроэкосистем стоячих и проточных водоемов, а также по 8 типов
травянистых мезофитных, травянистых ксерофитных и экосистем
геоморфологического происхождения. Из 200 типов экосистем, выделенных на
территории Украины, в СП зарегистрировано 104, что составляет 52% и
свидетельствует о высоком уровне экосистемного разнообразия региона.
5. Современное региональное биоразнообразие экосистем обусловлено
богатством сукцессионных смен, дигрессионно-демутационные механизмы
которых представляют собой диалектически противоречивое единое целое.
Наиболее крупномасштабной во времени и пространстве дигрессией
естественных экосистем в СП является локально-катастрофическая сукцессия,
связанная с изменениями
в результате строительства и эксплуатации
гидротехнических сооружений на р. Днепр. Антропотехногенные сукцессии,
составляющие эту форму экзогенеза, являются необратимыми, первичными по
происхождению и средними по продолжительности (до нескольких столетий).
С созологической точки зрения особенный интерес в СП представляют собой
сингенезисные демутации природно-антропогенных комплексов вследствие их
заповедывания, особенно в условиях абсолютного режима охраны.
6. Определены количественные показатели ведущих абиотических
факторов
эдафотопа
разнотипных
биогеоценозов
с
помощью
синфитоиндикации (влажность, рН, засоление, содержание карбонатов и
минерального азота) и гидротопа разнотипных биогидроценозов главным
образом фотоколориметрически (рН, БПК5, концентрация О2, СО2 и
минеральных
ионов),
обусловливающих
структурно-функциональную
организацию фито-, зоо- и микробоценозов – основных компонентов
биокосных экосистем. С использованием гидроиндикационных методов
установлены уровни загрязнения воды органическими веществами, на
основании чего проведено разделение акватории водохранилищ на территории
СП на зоны сапробности (по данным альгофитоиндикации) и эвтрофикации (по
39
данным гидрофитоиндикации). Определены уровни токсичности природной (в
местах водозабора) и питьевой воды в городах Кременчуг и Комсомольск, а
также в с. Омельник (Кременчугский р-н Полтавской обл.) с помощью методов
биотестирования.
7. Доказано, что причинно-следственные расхождения в механизмах
функционирования наземных и водных экосистем заключаются в особенностях
их структурной организации. Если в формировании структуры биогеоценоза
приоритетной является гидротермическая пара факторов, то в биогидроценозах
руководящую роль играет фототермический режим. Различия между ведущими
абиотическими факторами определяются типом экотопа: в наземных
экосистемах – атмо- и эдафотопа, в водных – гидротопа, а также их физикохимической спецификой. В результате этого лесные экосистемы
характеризуются высоким уровнем структурно-функциональной организации
благодаря вертикальной и горизонтальной дифференциации автотрофного
блока, где аккумулируются основные энергоматериальные запасы.
Гидроэкосистемы
отличаются
низким
уровнем
организации
из-за
примитивного структурирования и высокой дифференциации гетеротрофного
блока, вследствие чего энергия и вещество в них не концентрируется, а
благодаря водной среде рассеивается и мигрирует на значительные расстояния
в пределах гидротопа.
8. В функционировании водных консорций, в отличии от наземных,
выявлены следующие особенности: а) мобильность редуцентов (оомицетов,
гифомицетов, актиномицетов и бактерий), равномерно распределенных по
всему гидротопу, н депонированных главным образом в биогенном субстрате –
поверхностных слоях донного грунта; б) подвижность большинства
фототрофных продуцентов (планктонных водорослей); в) широкое
распространение миксотрофизма (цианобактерии, эвгленофиты, хризофиты и
др.); г) высокий уровень видового разнообразия детерминантов (в среднем – в
100 раз); д) зоомасса гидробионтов на порядок выше.
9. Выявлено закономерное сходство в последовательности выпадения
представителей разных трофических уровней наземных и водных экосистем в
результате их дигрессии: подавление популяций основных компонентов
экосистемы в разных условиях происходит в одном и том же направлении – от
высших гетеротрофов до высших автотрофов. Наиболее устойчивы к
изменениям факторов окружающей среды в обоих типах экосистем высшие
растения, а наиболее уязвимы – позвоночные животные. В случае сохранения
автотрофного блока процесс дигрессии является обратимым. Подтверждено,
что демутационные процессы в нарушенных биоценозах осуществляются в
противоположной последовательности.
40
10. Выявленные структурно-функциональные особенности формирования
естественных и антропогенных наземных и водных экосистем СП положены в
основу разработанного комплекса мероприятий, направленных на повышение
устойчивости природных и интенсификацию восстановления деструктивных
биогео(гидро)ценозов путем их рациональной эксплуатации и планомерной
охраны в регионе.
11. Практическим внедрением результатов оригинальных исследований
является проект экологической сети СП, функционирование которой
представляет собой определяющий механизм устойчивого экологоэкономического развития региона. Общая площадь проектируемой экосети,
включая
территории
(акватории)
природных
ядер,
экокоридоров,
деструктивных объектов, территорий природного развития и буферных зон,
составляет около 20 тыс. км2 (70% площади региона), что полностью оправдано
в условиях значительной сельскохозяйственной освоенности (до 65%
территории), низкой лесистости (около 19%), существенной эродированости и
других видов нарушенности земель (до 25%), мощного техногенного прессинга
и высокой плотности населения (около 60 чел./км2) в регионе.
12. Таким образом, исследования структурной организации экосистем
Среднего Приднепровья является новой теоретической разработкой в области
научно-практических программ и проектов, реализующих воссоздание,
восстановление, повышение устойчивости, рациональное (сбалансированное)
использование и охрану биогеоценотических систем. В перспективе результаты
добросовестных
и
более
совершенных
исследований
механизмов
сбалансированного природопользования позволит положительно управлять
качеством окружающей среды, от чего непосредственно зависит дальнейшее
обогащение менталитета, улучшение благосостояния и зажиточное
процветание нашего народа.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1 Никифоров В. В. Экологическая сеть Среднего Приднепровья: современное
состояние и пути оптимизации / В. В. Никифоров. – Днепропетровск: Изд-во
ДНУ, 2003. – 240 с.
2 Никифоров В. В. Роль комплексной фитоиндикации в мониторинговых
исследованиях Среднего Приднепровья / В. В. Никифоров, Е. Н. Байрак,
Л. А. Некрасенко // Екологія та ноосферологія. – 1999. – Т. 6, №1-2. – С. 117-122.
Здобувачем проведений аналіз ієрархії біологічної, фітологічної та
лишайникової індикації абіотичних, біотичних та антропогенних чинників в
умовах Середнього Придніпров'я.
3 Никифоров В. В. О методологии изучения биогеоценозов с целью их охраны
/ В. В. Никифоров // Екологія та ноосферологія. – 1999. – Т. 7, №3. – С.11-22.
4 Никифоров В. В. Основные принципы организации мониторинговых
41
исследований в Среднем Приднепровье / В. В. Никифоров // Вісник
Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. – 2000. – Вип.7. – С.45-48.
5 Никифоров В. В. Природоохранный статус и таксономический спектр
исчезающих видов биоты Среднего Приднепровья / В. В. Никифоров // Екологія
та ноосферологія. – 2000. – Т. 9, №1-2. – С.64-66.
6 Никифоров В. В. Лихеноиндикационное картирование загрязнения
атмосферного воздуха г. Кременчуга / В. В. Никифоров, И. В. Онищенко // Вісник
Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. – 2000. – Т. 2, вип. 8. –
С. 86-90.
Здобувачем проведено оцінювання рівня забруднення повітря центральної
промислової зони м. Кременчук, розраховано значення індексу чистоти
повітря.
7 Никифоров В. В. Результаты биотестирования питьевой воды на ранних
стадиях ее подготовки к употреблению / В. В. Никифоров, Т. Ф. Козловская //
Екологія та ноосферологія. – 2001. – Т. 9, №10. – С. 99-105.
Здобувачем проведено порівняльний аналіз даних токсичності води від входу
в очисні споруди до виходу в системи водопостачання в містах Кременчук і
Комсомольськ, отриманих у результаті біотестування проб води.
8 Никифоров В. В. Сучасний стан природно-заповідного фонду Середнього
Придніпров’я / В. В. Никифоров, Н. П. Гальченко // Зб. наук. праць ПДПУ
ім. В.Г. Короленка. Екологія. Біологічні науки. – 2001. – Вип. 3(7). – С.182-187.
Здобувачем виявлено 292 об'єкти природно-заповідного фонду восьми
охоронних категорій загальною площею 452,68 км2, проведено таксономічний
аналіз спонтанної та раритетної біоти регіону.
9 Никифоров В. В. О типах экологического мониторинга / В. В. Никифоров //
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. – 2001. – Т. 2, вип. 9.
– С.132-137.
10 Никифоров В. В. О методах подавления массового развития синезеленых
водорослей / В. В. Никифоров // Вісник проблем біології і медицини. – 2002. –
Вип.4. – С. 27-31.
11 Никифоров В. В. Принципи створення перспективної регіональної
екомережі Середнього Придніпров’я / В. В. Никифоров // Зб. наук. праць ПДПУ
ім. В.Г. Короленка. Екологія. Біологічні науки. – 2002. – Вип. № (24). – С.123-127.
12 Никифоров В. В. Еколого-біотична характеристика регіонального
ландшафтного парку «Кременчуцькі плавні» / В. В. Никифоров, Н. П. Гальченко //
Екологія та ноосферологія. – 2002. – Т.11, № 1-2. – С.102-125.
Здобувачем складено еколого-біотичну характеристику фауністичних
комплексів, визначено раритетну цінність парку.
13 Никифоров В. В. Экологическая сеть Среднего Приднепровья: современное
состояние и пути оптимизации / В. В. Никифоров // Зб. наук. праць «Питання
степового лісознавства та лісової рекультивації земель». – 2002. – Вип.6. –
С.11-21.
14 Никифоров В. В. Біорізноманітність регіонального ландшафтного парку
«Кременчуцькі плавні» / В. В. Никифоров, Н. П. Гальченко // Заповідна справа в
Україні. – 2002. – Т. 8, вип.2. – С. 78-81.
42
Здобувачем проведено інвентаризацію біорізноманіття фаунофонду парку.
15 Никифоров В. В. Гидроботанический анализ водохранилищ Среднего
Приднепровья / В. В. Никифоров // Вісник Дніпропетровського університету. –
2002. – Т. 2, вип. 10. – С. 188-193.
16 Никифоров В. В. Перспективная экологическая сеть Среднего Приднепровья
и пути ее оптимизации / В. В. Никифоров // Екологія та ноосферологія. – 2002. –
Т. 12, № 3-4. – С. 32-4.
17Никифоров В. В. Влияние токсичности некоторых гидрополлютантов на
интенсивность фотосинтеза Elodea сanadensis L. / В. В. Никифоров // Вісник
проблем біології і медицини. – 2003. – Вип. 3. – С. 50-53.
18 Никифоров В.В. Трофическая классификация консорций / В.В. Никифоров //
Вісник проблем біології і медицини. – 2003. – Вип. 2. – С. 8-10.
19 Никифоров В. В. Функціональне зонування території регіонального
ландшафтного парку «Кременчуцькі плавні» / Н. П. Гальченко, В. В. Никифоров //
Науковий вісник Ужгородського національного університету. Біологія. – 2003. –
№12. – С. 192-195.
Здобувачем проведено критичний аналіз літературних даних, виконано
картування функціональних зон, виявлено раритетні види.
20 Никифоров В. В. О различиях в структурно-функциональной организации
наземных и водных экосистем / В. В. Никифоров // Вісник проблем біології і
медицини. – 2003. – Вип. 7-8. – С. 7-11.
21 Никифоров В. В. Экосистемное разнообразие и сукцессионные смены в
условиях Среднего Приднепровья / В. В. Никифоров // Екологія та ноосферологія.
– 2003. – Т. 13, №1-2. – С. 16-21.
22 Nikiforov V. V. Middle Dnieper ECONET in the aspect region sustainable
development / V. V. Nikiforov // Вісник проблем біології і медицини. – 2003. –
Вип. 5. – С. 28-32.
23 Никифоров В. В. Эдафические факторы биогеоценозов сосновых лесов
Среднего Приднепровья / В. В. Никифоров // Ґрунтознавство. – 2003. – Т. 4, №1-2.
– С. 49-59.
24 Никифоров В. В. Результати біотестування води приватних джерел
мешканців с. Омельник (Кременчуцький район Полтавської області) /
В. В. Никифоров // Вісник проблем біології і медицини. –2006. – Вип. 4. –
С. 30-33.
25 Никифоров В. В. Дополнение к биотическому разнообразию
регионального ландшафтного парка «Кременчугские плавни» / В. В. Никифоров
// Заповідна справа в Україні. – 2007. – Т. 13, вип. 1-2. – С. 94-96.
26 Никифоров В. В. Сравнительный анализ уровней β-радиоактивности
лекарственных растений и почв Кременчугского района / В. В. Никифоров //
Ґрунтознавство. – 2008. – Т. 9, № 1-2 (12). – С. 109-113.
27 Никифоров В. В. О результатах фитоиндикации экотопов природных
биогеоценозов Среднего Приднепровья / В. В. Никифоров // Проблемы
экологии и охраны природы техногенного региона. –2008. – Вып. 8. – С. 83-90.
43
28 Никифоров В. В. Качество окружающей среды и здоровье населения /
В. В. Никифоров // Вісник проблем біології і медицини. – 2009. – Вип. 2. –
С. 39-43.
29 Никифоров В. В. О результатах фитоиндикации эдафотопов
агробиогеоценозов Среднего Приднепровья / В. В. Никифоров //
Агроекологічний журнал. –2009. – Спец. вип. – С. 225-228.
30 Никифоров В. В. Результаты гидроэкологических исследований биопрудов
очистных сооружений Кременчуга / В. В. Никифоров // Екологія та
ноосферологія. – 2010. – Т. 21, № 3-4. – С. 20-28.
31 Деклар. пат. на винахід UА 63719 А Україна Спосіб біологічного
доочищення стічних вод. / Никифоров В. В.; заявник і патентовласник Кременч.
держ. унів.; опубл. 15.01.04, Бюл. № 1.
32 К вопросу о биогенных последствиях массовой гибели рыбы в
Днепродзержинском водохранилище: сб. науч. тр. регион. научно-практ. сем.
[«Оценка техногенного воздействия на природную среду…»] (Кременчуг,
18-23 нояб. 1996 г.) – Кременчуг, 1996. – С. 25-26.
33 Корреляционная динамика видового состава, численности, биомассы
микроводорослей и гидрохимического состава экосистемы пруда-испарителя (АО
«Укртатнафта»): сб. науч. тр. регион. научно-практ. сем. [«Оценка техногенного
воздействия на природную среду…»] (Кременчуг, 18-23 нояб. 1996 г.) –
Кременчуг, 1996. – С. 31-34.
34 Междисциплинарная концепция антропоэкологии: матеріали науково-метод.
конф. [«Роль кафедри у науково-методичному забезпеченні....»] – Кременчук,
1998. – С. 47-48.
35 Принципи організації моніторингових досліджень Середнього Придніпров’я:
матеріали конф. молодих учених-ботаніків України [«Актуальні питання ботаніки
та екології»].(Ніжин, 14-17 вер., 1999 р.) – Ніжин, 1999. – С. 86.
36. Никифоров В. В. О корреляции между концентрацией атмосферных
поллютантов и здоровьем городского населения (на примере г. Кременчуг) /
В. В. Никифоров // Захист довкілля від антропогенного навантаження. – 1999. –
Вип. 1 (3). – С. 177-186.
37 Никифоров В. В. О результатах экспериментальных исследований
эффективности биодеструкторов нефтешламов / В. В. Никифоров // Захист
довкілля від антропогенного навантаження. – 2000. – Вип. 3 (5). – С. 47-51.
38 Никифоров В. В. Результаты гидрохимикобиологического анализа и
биотестирования природных вод акватории проектируемого РЛП «Кременчугские
плавни» / В. В. Никифоров // Вестник Харьковского политехнического
университета. Серия «Новые решения в современных технологиях». – 2000. –
Т. 77. – С. 3-7.
39Аутфітоіндикаційні дослідження водосховищ Середнього Придніпров’я:
матеріали конф. молодих учених-ботаніків України [«Актуальні питання ботаніки
та екології»]. (Чернігів, Седнів, 13-16 вер. 2000 р.) – К., 2000. – С. 70-71.
40 Ієрархія рівнів організації живої матерії у вивченні біології й екології: зб.
наук. праць Міжнар. науково-практ. конф. [«Екологічні проблеми довкілля та
шляхи їх вирішення»]. (Дев’яті Каришинські читання) – Полтава, 2002. – С. 237.
44
41 До вивчення консорційного біорізноманіття: матеріали Міжнар. науковопракт. конф. [«Ресурсознавство, колекціонування та охорона біорізноманіття»],
(Полтава, 5-6 лист. 2002 р.) – Полтава, 2002. – С. 149-150.
42 Про особливості створення і функціонування РЛП «Кременчуцькі плавні»:
матеріали науково-практ. семінару [«Роль регіональних ландшафтних парків...»],
(Полтава, 12-15 червня 2002 р.) – Полтава, 2002. – С. 22-23.
43 Отримання біогазу із синьозелених водоростей: матеріали ІІ Всеукр.
науково-практ. інтернет-конф. [«Науковий потенціал України 2007»],
(Севастопіль, 27-29 бер., 2007 р.) – Київ, 2007. – С. 1-2.
44 The Nature Protection and Energy Saving Aspects of the green-blue algae
utilization: Catalogue of 2-nd Forum [«Science & Technology days Poland-East»],
(Bialystok-Bialowieza, April 22-24, 2009). – P. 80.
45 Ландшафтный парк «Кременчугские плавни» в структуре региональной
экологической сети Среднего Приднепровья: материалы V Междун. научнопракт. конф. [«Заповедники Крыма. Теория, практика и перспективы
заповедного дела в Черноморском регионе»], (Симферополь, 22-23 окт. 2009 г.)
– С. 102-106.