Вопросы степеведения #13 (2016)

Вопросы степеведения. Научные доклады и статьи, подготовленные к XI Международной школе-семинару молодых ученых «Геоэкологические проблемы степных регионов». Т. XIII. – Оренбург: Институт степи УрО РАН, 2016. – 124 с.

Скачать (6,6 Mb PDF)

УДК 551.312.4:615.838.7 (574.1)

БАЛЬНЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛЕЧЕБНЫХ ГРЯЗЕЙ СОЛЯНОКУПОЛЬНЫХ СТРУКТУР ЗАПАДНОГО КАЗАХСТАНА

 

Ахмеденов К.М. (1), Петрищев В.П. (2), Мухси А.С. (1)

1. Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана, Уральск, Республика Казахстан

2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Оренбург, Россия

 

Приведены результаты физико-химического и химического исследования лечебных грязей озер Альжансор и Инд ер Западного Казахстана. Дана характеристика перспектив бальнеологического использования сульфидных иловых грязей солянокупольных структур Западного Казахстана.

Специфика формирования солянокупольных геосистем служит основной причиной их высокого рекреационно-бальнеологического потенциала. Солянокупольные ландшафты концентрируют высокий рекреационный и бальнеологический потенциал за счет формирования геосистем с уникальными свойствами литофацильных образований (минеральные грязи), природных вод (природные рассолы), а также воздушной среды в подземных выработках (спелеотерапия). Между тем, ресурсы минеральных вод и грязей крупнейших соляных озер Прикаспийской низменности слабо используются в санитарно-курортных целях [1].

Санатории Казахстана активно применяют местные лечебные воды и сульфидно-иловые грязи для лечения профильных заболеваний. Собственные источники минеральных вод и месторождения лечебных грязей послужили основой для развития лечебно-оздоровительного туризма в Казахстане. Курортный комплекс Казахстана располагает уникальными природными лечебными ресурсами, обеспечивающими высокую эффективность лечения практически всех видов заболеваний и оздоровления населения.

Территория Западного Казахстана обладает разнообразными природными лечебными факторами, среди которых большое значение имеют лечебные грязи (пелоиды). Природные лечебные грязи Западно-Казахстанской области распространены по всей ее территории, это озера Альжансор, Аралсор, группа соров на юго-западе области, в Атырауской области известно озеро Индер, где люди принимают грязевые ванны, лечатся родниковыми минеральными водами. В основном объекты с бальнеологическими ресурсами сосредоточены в южной части исследуемой территорий. К таким объектам можно отнести озера Большой Сор, множество мелких соленых озер в Чижинских разливах, соленые озера Туздыколь, Жиенбайсор, Байгутгы, Кольтай, группа озер Аралсор, Жалтыркол, озера Сарыкол, Малый Кызылоба и ряд соленых озер и соровых понижений. Рекреационное значение данных объектов: оздоровительный отдых и организация грязелечения. В озерах накоплены природные лечебные грязи, местное население в середине лета начинает принимать лечебные грязи от болезней суставов и кожных заболеваний.

В многочисленных соровых понижениях области образовались минерализованные грязи. Следы стихийного использования их для самолечения в сорах встречаются почти повсеместно (рисунок 1). Некоторые соровые понижения характеризуются массовой посещаемостью, как например, Альжансор, расположенный на плато Сасай восточнее озера Шалкар. Озеро Альжансор небольшое - при наполнении занимает около одного квадратного километра, а в засушливые годы оно пересыхает и превращается в сор, грязи которого обладают лечебными свойствами.

На сегодняшний день в Западно-Казахстанском регионе действуют только три курорта, функционирующие на базе местных и привозных природных лечебных ресурсов: санаторий «Акжайк», расположенный неподалёку от города Уральска, и санаторий «Атырауский», находящийся в г. Атырау, профилакторий «Шипагер» в Актюбинской области. Для профилактики и лечения заболеваний на этих курортах используются минеральные воды, иловые грязи, климатолечение.

Рисунок 1. Грязевые ванны на озере Индер.

В санаторий «Акжайк», основным природным лечебным фактором является маломинерализованная хлоридно-магниево-натриевая, железистая минеральная вода для наружного и внутреннего применения. В санаторий «Атырауский» основным природным лечебным фактором является хлоридный, натриевый, слабокислый рассол, который в необходимой концентрации используется в водолечебнице для лечения больных. Дополнительно используются лечебные грязи - в санаторий «Акжайык» используют привозную лечебную грязь с Кызылординской области с месторождения «Жанакорган», в санаторий «Атырауский» используются пелоиды с Доссорского месторождения. Близлежащие к ним ресурсы лечебных грязей с озера Альжансор, озера Индер и других соленых озер и соров в них не используются в связи с отсутствием научного обоснования их использования. К тому же, как потенциальный потребитель в соседней Оренбургской области Российской Федерации функционирует санаторий «Соль-Илецк», использующий рапу и грязи озера Развал. В связи с этим оценка бальнеологических ресурсов Западного Казахстана очень актуальная научная проблема.

В обзорах природно-ресурсного потенциала Западного Казахстана имеются лишь упоминания о бальнеологических ресурсах без их научного обоснования [2, 3]. Из исследований последних десятилетии можно отметить исследования бальнеологических ресурсов в соседнем Астраханском Прикаспии, проведенные Е.С. Кутлусуриным [4, 5], на территории Оренбургской области и Западного Казахстана исследования В.П. Петрищева [1, 6, 7]. Нами также проведены исследования бальнеологических ресурсов Индера [8, 9 ].

Лечебные грязи - это разные по генезису природные образования, которые применяют для лечения в виде ванн и аппликаций. К природных лечебных грязей относятся отложения болот, озер, лиманов и морских заливов, которые состоят из воды, минеральных и органических веществ и представляют собой однородную тонкодисперсную пластическую массу с определенными тепловыми и другими физико-химическим свойствами [10].

Образованиелечебныхгрязей-этосложныйприродныйпроцесс,которыйопределяется взаимодействием геолого-гидрологических, климатических, физико-химических и биологических факторов. Используемые на постсоветском пространстве лечебные грязи по генезису и составу подразделяются на четыре типа: торфяные, сапропелевые, иловые минеральные (сульфидные) и сопочные. Иловые минеральные (сульфидные) грязи - отложения преимущественно соленых водоемов, содержащие менее 10% органических веществ и обычно обогащенные водорастворимыми солями и сульфидами. По своим тепловым свойствам они существенно уступают торфяным и сапропелевым грязям, но по содержанию сульфидов железа и водорастворимых солей значительно их превосходят. Этот тип грязей иногда называют «основным», или «собственно грязями». Именно такие грязи использовались в Древнем Египте, в греческих колониях Крыма и Черноморского побережья Кавказа, в Центральной Азии и Восточной Сибири. Иловые сульфидные грязи распространены в минеральных озерах равнин с аридным климатом, в морских заливах и лиманах, а также азонально в зоне избыточного увлажнения (озерно-ключевые месторождения). Тип иловых сульфидных грязей является основным, широко используется на южных курортах - в Одесской области, Крыму, на Кавказе, в Средней Азии и Казахстане, на отдельных курортах средней полосы России, в Сибири и на Дальнем Востоке [10].

Сульфидно-иловые грязи формируются при обязательном присутствии в водах, питающих месторождения, сульфатов, которые в результате деятельности сульфатредуцирующих бактерий восстанавливаются до сульфидов и при наличии в илах железа образуют характерный для этих грязей черный минерал гидротроиллит. Среди материковых месторождений сульфидно-иловых грязей наибольшей известностью в России пользуется озеро Тамбукан в Ставропольском крае. Грязи этого озера являются высокоминерализованными (М-30-70 г/л) сильносульфидными (FeS>0,5%). Запасы составляют около 900 тыс. м3. Обеспечивают крупнейший в Европе, а возможно, и в мире узел грязелечебных курортов - Пятигорска, Железноводска, Ессентуков, Кисловодска и Нальчика. Высококачественные сульфидно-иловые грязи материкового происхождения залегают в озерах Эльтон в Волгоградской области РФ и Лечебное в Астраханской области РФ, обеспечивающие соответственно небольшие курорты Эльтон и Тинаки. Грязи этих месторождений характеризуются очень высокой минерализацией грязевого раствора, т.е. являются соленасыщенными. По своему составу они близки грязям Мёртвого моря (Израиль, Иордания), но превосходят их по содержанию сульфидов железа и органических веществ.

В результате полевых и лабораторных исследований в 2016 году были изучены два перспективных бальнеологических участка - озера Индер и Альжансор. Лабораторные исследования грязей были проведены на базе аккредитованной лаборатории химико-аналитических исследований Института гидрогеологии и геоэкологии им.У.М. Ахмедсафина. Оценка качеств грязей и пригодности для лечебного применения, основана на характеристике их состава и свойств в соответствии со специальными схемами физико-химических анализов и санитарными нормами. Органолептические и физико-химические характеристики сульфидно-иловых грязей исследованы в общей сложности по 30 показателям.

Исследования показали, что в соответствии с классификацией лечебных грязей, в Западном Казахстане распространены наиболее ценные сульфидно-иловые бромные пелоиды, относящиеся к классу: сильносульфидные, и подклассу соленасыщенные. В сравнении с известными бальнеогрязевыми курортами изученные грязи соответствуют разновидности Эльтонский — по названию озера, существующего в Волгоградской области РФ. По своей структуре пелоиды состоят из твердой части, коллоидов и грязевого раствора, заполняющего промежутки между твердой частью. Грязевой раствор пропитывает коллоидный комплекс и адсорбирует на нем свои ионы (таблица 1).

Как указывают В.И. Бахман, К.А. Овсянникова и А.Д. Вадковская (1965), пригодность различных типов грязей для использования их в лечебных целях определяется рядом их качеств [11]. Иловая грязь соленых водоемов должна иметь черный или темно-серый цвет, запах сероводорода, должна быть мягкой на ощупь, хорошо размазываться на теле содержание воды должно быть не ниже 37-40% и не более 70% засоренность частицами диаметром больше 0,25 мм - не выше 2-3%. Оптимальное значение величины сопротивления сдвигу 1500-2500 дин/см2 плотность 1,2-1,6 г/см3; значения окислительно-восстановительного потенциала должны быть отрицательными (-190-260 мв). Для бальнеологической оценки грязи большое значение имеют ее соленость, реакция среды, наличие в жидкой фазе грязи растворенных газов, органических веществ и т.д.

Лечебные грязи озера Индер Атырауской области представляют собой черную грязь, плотной консистенции и неоднородной структуры, хорошо мажется и пристает к телу, имеет запах мокрого битума. Грязи озера Альжансор Западно-Казахстанской области представляют собой мягкую, пластичную, массу, обладающую слабым запахом битума, консистенция плотная, структура однородная.

Таблица 1

Состав исследованных сульфидно-иловых пелоидов Западного Казахстана в соответствии с классификацией лечебных грязей

Бальнеологическая ценность их определяется влагоемкостью (естественной влажностью), консистенцией (сопротивлением сдвигу), степенью засоренности крупными фракциями, теплоёмкостью и теплоудерживающей способностью, минерализацией грязевого раствора, наличием сероводорода и сульфидов железа, окислительно-восстановительным потенциалом и реакцией среды. Остальные показатели, например, тяжелые металлы, лимитируют концентрации, превышение которых недопустимо. При этом месторождение лечебных грязей считается экологически чистым или слабозагрязненным, а экологическая ситуация удовлетворительной при содержаний тяжелых металлов не превышающем десятикратного количества, соответствующего природному фону. Десятикратное превышение в данном случае допустимо, т.к. природное рассеяние этих элементов ничтожно мало и, как правило, безопасно для обитания человека в течение всей его жизни [12].

Требования, предъявляемые к качеству лечебных грязей, предусматривают такие нормативные показатели, несоответствие которым исключает возможность лечебного использования пелоидов:

-  влажность обусловливает консистенцию грязевой массы, которая только при определенном содержании воды может оставаться пластичной, удерживаться на теле больного и иметь высокую теплоудерживающую способность;

-  засоренность минеральными частицами или растительными остатками ухудшает пластичность грязей, а при наличии крупных включений (кристаллов, осколков раковин и др.) вызывает ожоги;

- сопротивление сдвигу характеризует пластичность грязевой процедурной массы и, следовательно, ее пригодность для грязевых аппликаций.

Показатели влажности, засоренности, сопротивление сдвига исследованных грязей озер Индер и Альжансор соответствуют требованиям, предъявляемые к качеству лечебных грязей. По основным физико-химическим показателям грязь озера Индер относится: по содержанию водорастворимых солей в грязевом растворе (в г/л) - соленасыщенным (более 150), по содержанию сульфидов (FeS в процентах к естественной грязи) -сильносульфидным (более 0,50), по реакции среды (рН) - слабощелочным (7,0-9,0). По основным физико-химическим показателям грязь озера Альжансор относится к соленасыщенным сильносульфидным, слабощелочным грязям (таблица 2).

Минерализация оз. Альжансор составляют 152 г/л, в оз. Индер на порядок выше -326 мг/л. Грязевый раствор оз. Индер относится к хлоридно-натриевому, а оз. Альжансор к хлоридно-натриево-магниевому типам.

Таблица 2 Физико-химические показатели грязей Западного Казахстана

Как видно из приведенных данных, изученные образцы лечебных грязей оз. Индер и Альжансор отвечают требованиям, предъявляемым к грязям для лечебного использования. Следует сказать, что грязь оз. Альжансор отличается более высокой удельной теплоемкостью, что, вероятно, связано с повышенным содержанием влаги.

Составление бальнеологического заключения о возможности использования лечебных грязей каждого конкретного месторождения дается по материалам его детальной разведки, в связи с недостаточностью материалов нами подготовлены документы для получения предварительного заключения на лечебные грязи озер Индер и Альжансор. Санитарно-бактериологические показатели указывают на пригодность грязей к лечебному применению и обеспечивают их эпидемическую безопасность. На данный момент ведется микробиологический анализ грязей.

Таким образом, сравнительное физико-химическое изучение лечебных грязей озер Альжансор Западно-Казахстанской области и Индер Атырауской области позволяет сделать вывод об их соответствии требованиям, предъявляемым к грязям для лечебного использования.

Уникальный химический состав лечебных грязей в сочетании с рапными ваннами делает озера Индер и Альжансор привлекательными для рекреации граждан Казахстана и отдыхающих из сопредельных регионов России. Необходимо разработать рекомендации по проведению организованного туризма и созданию лечебно-профилактических зон с использованием грязей озер Индер и Альжансор.

Использование соляных грязей в соседних областях в медицинских учреждениях позволяет предположить, что и в Западном Казахстане запасы грязи могут найти научно-обоснованное применение в лечебных целях. Исходя из лечебно-оздоровительных других рекреационных возможностей региона, существует перспектива создания в Западном Казахстане новых различных учреждений либо улучшения существующих, позволяющих поправить здоровье жителям области и других регионов, что позволит пополнить областные бюджеты и даст возможность местным жителям на месте поправлять свое здоровье.

В связи с этим, назрела необходимость комплексного исследования пелоидов соленых озер Западного Казахстана с перспективой строительства бальнеологического центра. Грязевые ресурсы региона требуют достаточно пристального внимания со стороны как акиматов Западно-Казахстанской и Атырауской областей, а также поддержки центральных органов власти Республики Казахстан, в перспективе освоения территории Западного Казахстана как еще одной санаторно-курортологической зоны Казахстана.

Необходима разработка принципов рационального использования ресурсов грязевого месторождения и медико-биологическое обоснование лечебно-профилактического применения курортных факторов при различных патологических состояниях.

Исследования выполнены при поддержке гранта Министерства образования и науки Республики Казахстан № 4036/ГФ4 «Анализ социально-экономической значимости ландшафтов солянокуполъного происхождения для Республики Казахстан».

Список литературы

  1. Петрищев В.П. Ландшафты соляных куполов. - Saarbriicken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. - 516 с
  2. Доскач А.Г. К вопросу о бессточных впадинах и бессточных реках Волго-Уральского междуречья // Материалы по геоморфологии палеогеографии СССР. —М.: Изд-во АН СССР, 1954. Вып. 62.-С. 69-95.
  3. Петренко А.З. и др. Природно-ресурсный потенциал и проектируемые объекты заповедного фонда Западно-Казахстанской области. -Уральск, 1998. - 176 с.
  4. Кутлусурин Е.С. Характеристика природных бальнеоресурсов Астраханской области // Вестник АГТУ. - Астрахань, 2006.- № 6 (35).- С.83-88.
  5. Кутлусурин Е.С. Оценка бальнеоресурсов аридной зоны (на примере Астраханской области): Автореф. дис. ... канд. геогр. наук: 25.00.36. - Астрахань, 2012.- 24 с.
  6. Петрищев В.П. Солянокупольный ландшафтогенез: особенности морфоструктурной организации геосистем и их техногенная трансформация. - Екатеринбург: УрО РАН, 2011. - 310 с.
  7. Петрищев В.П., Норейка С.Ю., Петрищева Н.В., Ахмеденов К.М. Особенности компонентов ландшафтных геосистем солянокупольного происхождения западной части Прикаспийской впадины // Вестник ОГУ - Оренбург, 2015. - № 6.- С.189-198.
  8. Ахмеденов К.М., Петрищев В.П., Абишева С.Х., Бауединова Г.К., Нугманова М.Д. Родники и соленые грязи солянокупольных геосистем Западного Казахстана // Вестник КазНУ им. аль-Фараби. Серия географическая.-№ 2 (41), 2015.- С.424-429.
  9. Ахмеденов К.М., Петрищев В.П., Кошим А.Г. Индер - ландшафтная геосистема солянокупольного происхождения // Вестник Казахского национального университета. Сер. географическая, 2016. - № 1(42).- С.5-9.
  10. Вайсфельд Д.Н., Голуб Т.Д. Лечебное применение грязей. - Киев: Здоровье, 1980.- 144 с.
  11. Бахман В.И., Овсянникова К.А., Вадковская А.Д. Методика анализа лечебных грязей (пелоидов). - Москва: ЦНИИКиФ, 1965.- 86 с.
  12. Требования к горно-санитарной охране месторождений минеральных вод и лечебных грязей. Методические рекомендации № 96/196 // http://71aw.info/russia/regulation3s/w399.htm.- Дата обращения 06.09.2016 г.

УДК 579.2

БИОРАЗНООБРАЗИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ГИПЕРГАЛИННОГО ОЗЕРА ДУНИНО, ИЗУЧЕННОЕ МЕТОДОМ МЕТАГЕНОМНОГО СЕКВЕНИРОВАНИЯ

 

Селиванова Е.А., Хлопко Ю.А., Пошвина Д.В., Плотников А.О.

Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения РАН, Оренбург, Россия

 

Впервые методом высокопроизводительного секвенирования изучено биоразнообразие про- и эукариот гипергалинного озера Дунино (Оренбургская область). Видовое богатство микроорганизмов было незначительным и составило 41 вид прокариот и 7 видов эукариот. По численности преобладали археи (среди прокариот) и зеленые водоросли (среди эукариот). Определен доминирующий комплекс микроорганизмов, представленный зелеными одноклеточными водорослями Dunaliella salina, археями Halonotius sp., бактериями Salinibacter sp. и гетеротрофными жгутиконосцами Halocafeteria sp. Среди выявленных микроорганизмов многие не идентифицированы, и возможно представляют собой новые виды.

The prokaryotic and eukaryotic diversity in hypersaline Dunino Lake has been investigated for the first time with high-throughput sequencing. The species diversity of microorganisms was not large. There were 41 prokaryotic and 7 eukaryotic species. Archaea (among prokaryotes) and green algae (among eukaryotes) were the most abundant. Assemblage of predominant microorganisms was represented by unicellular green alga Dunaliella salina, archaea Halonotius sp., bacterium Salinibacter sp. and heterotrophic flagellate Halocafeteria sp. There were a lot of unidentified microorganisms among detected OTUs, which possibly represent new species.

Гипергалинные озера встречаются на всех континентах, особенно они многочисленны в аридных и полуаридных зонах. На территории Оренбургской области располагается группа соленых Соль-Илецких озер, привлекающая внимание исследователей. Известно, что таксономическая структура биоценозов гипергалинных местообитаний достаточно примитивна, включает в себя преимущественно прокариот (археи и бактерии), ряд одноклеточных эукариот, таких как фотосинтетические и гетеротрофные протесты и грибы, а также ракообразных рода Artemia [4, 11]. Однако, применение генетических методов оценки разнообразия гипергалинных водоемов привело в последние годы к обнаружению новых таксонов прокариот, например Haloquadratum walsbyi и Salinibacter ruber [3, 8]. Последние публикации свидетельствуют о возможности обнаружения крупных таксонов прокариот, которые пока не подвергаются культивированию и могут быть изучены только in situ, например новый класс архей Nanohaloarchaea или достигающие массового развития гамма-протеобактерии Spiribacter salinus [6, 9]. В то же время данные по результатам изучения микробиоценозов гипергалинных водоемов различных географических локализаций довольно скудны и представлены в основном исследованиями талассогалинных соленых водоемов, тогда как аталассогалинные водоемы, разнообразные по своим условиям и химическому составу, остаются практически не изученными [12]. С этой точки зрения актуальным представляется исследование состава про- и эукариот гипергалинных Соль-Илецких водоемов, для которых ранее методы высокопроизводительного секвенирования не использовались. Из всей группы озер особое внимание привлекает состояние экосистемы природно-карстового озера Дунино, включенного в региональный список памятников природы и наряду с другими водоемами являющегося частью Соль-Илецкого грязе-рапного курорта. В связи с этим, целью данной работы явилась характеристика структуры и биоразнообразия микробного сообщества с помощью высокопроизводительного 16S и 18S метагеномного секвенирования в гипергалинном озере Дунино (г. Соль-Илецк, Оренбургская область).

Планктонные пробы воды из оз. Дунино были отобраны в октябре 2015 г. Согласно Венецианской классификации оз. Дунино (51°15,076' с.ш., 55°00,402' в.д.) является гипергалинным, соленость в нем близка к уровню насыщения (300 г/л), состав основных ионов представлен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав рапы оз. Дунино

Образцы рапы объемом 50-100 мл фильтровались через мембранные фильтры с диаметром пор 0,22 и 0,45 мкм (для прокариот и эукариот, соответственно). Тотальная ДНК с фильтров выделялась модифицированным методом механической гомогенизации с последующим ферментативным лизисом [1]. Модификация заключалась в дополнительном этапе инкубации с лизоцимом для эффективного разрушения Грам-положительных бактерий. К образцам добавляли 400 мкл ТСБ буфера и гомогенизировали с шариками диаметром 1,4 мм в течение 1 мин на максимальных оборотах. После чего добавляли 50 мкл ТСБ с лизоцимом и инкубировали 60 мин при 37°С. Затем в смесь вносили 50 мкл 10% додецилсульфат натрия (итоговая концентрация составляла 1%) и 2 мкл протеиназы К и инкубировали 60 мин при 60°С. После экстракции фенол-хлороформ-изоамиловым спиртом (25:24:1) и хлороформ-изоамиловым спиртом (24:1) ДНК в водной фазе осаждали ацетатом аммония в трехкратном объеме абсолютного спирта при -20°С в течение ночи. После центрифугирования и двойного отмывания 80% этанолом, ДНК высушивали и растворяли в 30 мкл MQ. Для исключения возможной контаминации использовали отрицательный контроль, в котором 100 мкл деионизированной автоклавированной воды обрабатывали с использованием описанной выше методики. Чистоту ДНК контролировали с помощью электрофореза в 1,5% агарозном геле. Концентрацию ДНК определяли с использованием Флюориметра Qubit 2.0 с китом Quanti Fluor dsDNA (Life Technologies). ДНК библиотеки для секвенирования были созданы по протоколу Illumina (http://support.illumina.com/ documents/documentation/chemistry documentation/ 16s/16s-metagenomic-library-prep-guide-15044223-b.pdf) с праймерами к V3 и V4 регионам 16S pPHK для прокариот (прямой S-D-Bact-0341-b-S-17 и обратный S-D-Bact-0785-a-A-21) (Klindworth A. et al., 2013) и к V4 региону 18S рРНК для эукариот (прямой TAReuk454FWDl и обратный TAReukRev3). Метагеномное секвенирование проводилось на секвенаторе MiSeq (Illumina, США) в Центре коллективного пользования научным оборудованием «Персистенция микроорганизмов» Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН. Данные по составу сообществ обрабатывались комплексом биоинформационных программ USEARCH v8.0.1623_win32 [5], включая слияние парных ридов, фильтрацию по качеству ридов и отбор по длине ампликонов (минимальный размер -300 Ьр). Таксономическая классификация последовательностей проводилась с использованием базы данных VAMPS [7].

Всего из образцов рапы озера Дунино было выделено 1520 ридов прокариот, объединившихся в 41 операционных таксономических единицы (ОТЕ), относящиеся к 17 родам, 7 классам и 6 филумам. Наиболее разнообразно был представлен филум Euryarchaeota, к которому относились 23 ОТЕ (рисунок 1). Все они принадлежали экстремально галофильным археям класса Halobacteria. Также разнообразно был представлен филум Bacteroidetes и недавно описанный филум некультивируемых архей Nanohaloarchaeota (на рисунке включен в состав архей).

Наиболее многочисленными среди прокариот оказались представители филума Euryarchaeota, на долю которых приходилась более половины всех ридов (рисунок 2). Доля бактерий Bacteroidetes и архей Nanohaloarchaeota составила 19 и 21%, соответственно. Филум Proteobacteria, представленный классом Gammaproteobacteria, а также Firmicutes и неклассифицированные на уровне филума бактерии составили меньшую часть прокариотного сообщества. Наиболее разнообразно были представлены роды Salinibacter, Candidatus Haloredivivus, Haloarcula, Candidatus Nanosalina, Halorubrum (no 4-6 OTE).

Анализу дельной численности прокариот на уровне рода (таблица2) продемонстрировал доминирование архей рода Halonotius, бактерий рода Salinibacter и некультивируемых форм Candidatus Haloredivivus. Все зарегистрированные в озере Дунино прокариоты являются экстремальными галофилами, большинство из которых ранее обнаруживались в гипергалинных местообитаниях других локализаций, в том числе недавно описанные бактерии рода Spiribacter и археи класса Nanohaloarchaea. Однако, несмотря на сходство таксономической структуры и списка родов прокариот в гипергалинных местообитаниях, есть и существенные различия в составе доминантных комплексов. Так, для кристаллизационных солтернов в Испании, Израиле, Австралии, Турции и Тунисе с соленостью близкой к уровню насыщения доминирующими родами были археи Haloquadratum и бактерии Salinibacter, в то же время в озере Дунино распространенный и массово развивающийся род Haloquadratum не был зарегистрирован [10]. По данным предшествующих исследований, другим родом архей, доминирующим в гипергалинных озерах и солтернах в случае отсутствия либо незначительного развития Haloquadratum, является род Halorubrum. По нашим данным, в озере Дунино развитие представителей данного рода было сравнительно незначительным. Кроме того, в списке ОТЕ есть много прокариот, неидентифицированных на уровне вида и даже на уровне более крупных таксонов, что делает перспективным дальнейший поиск, выделение и изучение культур прокариот из озера Дунино.

Рисунок 1. Таксономический состав прокариот на уровне филума.

Рисунок 2. Удельная численность прокариот разных классов.

Таблица 2 Удельная численность доминирующих родов (>1%)

По результатам метагеномного секвенирования эукариот озера Дунино выявлено 49824 рида протистов, составивших 10 операционных таксономических единиц и относящихся к 6 родам, 5 классам и 3 филумам. Наиболее разнообразно был представлен филум Chlorophyta, на долю которого приходилось более 50% всех обнаруженных ОТЕ (рисунок 3). Также были выявлены представители Bacillariophyta и Bigyra.

Chlorophyta были представлены одноклеточными зелеными водорослями рода Dunalella (D. salina, D. viridis, D. parva), Tetraselmis sp., Chlamydomonas uva-maris. Bigyra, включающие в свой состав гетеротрофных протистов, были представлены двумя ОТЕ Halocafeteria sp. и Paraphysomonas sp. Среди Bacillariophyta был зарегистрирован один вид - Nitzschia microcephala. Интересно, что видовой список, полученный с применением метагеномного подхода отличается в значительной степени от данных, полученных ранее с помощью микроскопического метода. Так среди зеленых одноклеточных водорослей наряду с представителями родов Dunalella и Chlamydomonas, присутствие которых было ранее зарегистрировано, впервые были выявлены микроводоросли рода Tetraselmis. Что касается гетеротрофных протистов, то присутствие экстремально галофильных жгутиконосцев рода Halocafeteria неудивительно, однако обнаруженные в озере Дунино последовательности имеют существенные отличия от описанного вида Halocafeteria seosinensis (Bicosoecida), и возможно, принадлежат новому виду того же рода. Присутствие Paraphysomonas sp. в гипергалинном озере Дунино отмечено впервые. В то же время не было зарегистрировано присутствие гетеротрофных жгутиконосцев рода Percolomonas и гетеролобозных амеб, которые регулярно выделялись в культуре [2], что, вероятно, связано с недостаточной специфичностью используемых праймеров и свидетельствует о необходимости их дальнейшего подбора для 18S метагеномного секвенирования эукариот.

Анализ удельной численности эукариот на уровне ОТЕ (рисунок 4) продемонстрировал доминирование зеленых одноклеточных водорослей D. salina, на долю которых приходилось 99,4% всех выявленных ридов. Массовое развитие D. salina в условиях солености 300 г/л объяснимо с учетом высоких адаптационных возможностей и пластичности этого вида, благодаря которым именно он зачастую является основным продуцентом органического вещества в условиях экстремальных уровней солености и действия других неблагоприятных для большинства организмов факторов. Ранее цветение озера Дунино регистрировали только в зимние месяцы, так как в осенне-летний период численность микроводорослей в значительной мере ограничивалась развитием жаброногих рачков Artemia salina. Однако соленость рапы в озере Дунино, повысившаяся в последние годы со 15 0 до 300 г/л, лимитирует развитие зоопланктона. В подобных условиях возрастает роль гетеротрофных протистов, играющих роль единственных консументов. Среди гетеротрофных микроорганизмов численно преобладали жгутиконосцы Halocafeteria sp., на долю которых приходилось 0,3% всех видов.

Рисунок 3. Таксономический состав эукариот на уровне филума.

Рисунок 4. Удельная численность эукариот разных видов.

Таким образом, в результате проведенного исследования впервые методом высокопроизводительного секвенирования изучено биоразнообразие про- и эукариот гипергалинного озера Дунино. Видовое богатство микроорганизмов было незначительным и составляло 41 вид прокариот и 7 видов эукариот. По численности и таксономическому разнообразию преобладали археи (среди прокариот) и зеленые водоросли (среди эукариот). Определен доминирующий комплекс микроорганизмов, представленный зелеными одноклеточными водорослями D. salina, археями Halonotius sp., бактериями Salinibacter sp. и гетеротрофными жгутиконосцами Halocafeteria sp. Среди выявленных микроорганизмов многие не идентифицированы, и возможно представляют собой новые виды. Поскольку характеристика микробиоценоза озера Дунино с применением метагеномного подхода не проводилась ранее, полученные данные уникальны, соответствуют мировому уровню исследований и расширяют наши представления об особенностях биоценозов этих важных в природном, бальнеологическом и биотехнологическом отношении водоемов. Результаты исследования дополняют имеющиеся в литературе сведения о микробном разнообразии географически отдаленных гипергалинных водоемов, отличающихся по происхождению и составу солей, и демонстрируют уникальность этого аталассогалинного озера в сравнении с другими гипергалинными местообитаниями. Несомненно, перспективным является дальнейшее изучение Соль-Илецких озер, как с использованием метагеномных, так и культуральных подходов, с целью описания новых видов галофильных микроорганизмов и раскрытия их роли в биоценозе водоемов.

Авторы выражают благодарность к.б.н. О.А. Гоголевой за помощь в выделении ДНК из образцов.

Работа была выполнена на базе Центра коллективного пользования научным оборудованием «Персистенция микроорганизмов» ИКВС УрО РАН и поддержана грантами РФФИ (14-04-01796, 15-29-02749, 16-44-560316 р-а, 16-44-560234 р-а).

Список литературы

  1. Белькова Н.Л. Модифицированная методика выделения суммарной ДНК из водных проб и грунтовых вытяжек методом ферментативного лизиса // Молекулярно-генетические методы анализа микробных сообществ. Разнообразие микробных сообществ внутренних водоемов России: Учебно-методическое пособие. -Ярославль: Изд-во ООО «Принтхаус», 2009. - С. 53-63.
  2. Плотников А.О., Селиванова Е.А., Немцева Н.В.Видовой состав гетеротрофных жгутиконосцев соленых Соль-Илецких озер // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского, 2011. - № 25. - С. 548-557.
  3. Anton J., Oren A., Benlloch S., Rodriguez-Valera F., Amann R., Rossello-Mora R. Salinibacter raber gen. nov., sp. nov., a novel, extremely halophilic member of the Bacteria from saltern crystallizer ponds // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2002. -V. 52. - P. 485-491.
  4. De la Haba R., Sanchez-Porro C, Marquez M.C., Ventosa A. Taxonomy of halophiles // Extremophiles Handbook / Eds. Horikoshi K., Antranikian G., Bull A., Robb F., Stetter K.: Springer, 2011.-P. 344-361.
  5. Edgar R.C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST // Bioinformatics, 2010. - V. 26. -№ 19. -P. 2460-2461. doi: 10.1093/bioinformatics/btq461.
  6. Ghai R., Pasic L., Fernandez A.B., Martin-Cuadrado A.B., Mizuno СМ., McMahon K.D., Papke R.T., Stepanauskas R., Rodriguez-Brito В., Rohwer F., Sanchez-Porro C, Ventosa A., Rodriguez-Valera F. // New abundant microbial groups in aquatic hypersaline environments / Scientific Reports, 2011. - V. 1:135.
  7. Huse S.M., Mark Welch D.B., Voorhis A., Shipunova A., Morrison H.G., Eren A.M., Sogin M.L. VAMPS: a website for visualization and analysis of microbial population structures // BMC Bioinformatics, 2014.-V. 15:41.
  8. Legault B.A., Lopez-Lopez A., Alba-Casado J.C., Doolittle W.F., Bolhuis H., Rodriguez-Valera F., Papke R.T. Environmental genomics of «Haloquadratum walsbyi» in a saltern crystallizer indicates a large pool of accessory genes in an otherwise coherent species // BMC Genomics, 2006. - V. 7:171.
  9. Leon M.J., Fernandez A.B., Ghai R., Sanchez-Porro C, Rodriguez-Valera F., Ventosa A. From metagenomics to pure culture: isolation and characterization of the moderately halophilic bacterium Spiribacter salinus gen. nov., sp. nov. // Applied and Environmental Microbiology, 2014. - V. 80. - P. 3850-3857.
  10. Trigui H., Masmoudi S., Brochier-Armanet C, Barani A., Gre'gori G., Denis M., Dukan Sa., Maalej S. Characterization of heterotrophic prokaryote subgroups in the Sfax coastal solar salterns by combining flow cytometry cell sorting and phylogenetic analysis // Extremophiles, 2011. - V. 15. - P.347-358.
  11. Ventosa A. Unusual microorganisms from unusual habitats: hypersaline environments // Prokaryotic Diversity: Mechanisms and Significance / Eds. LoganN.A., Lappin-Scott H.M., Oyston P.F.C.: Cambridge University Press, 2006. - P. 223-253.
  12. Ventosa A., de la Haba R.R, Sanchez-Porro C, Papke R.T. Microbial diversity of hypersaline environments: a metagenomic approach // Current Opinion in Microbiology, 2015. - V. 25. - P. 80-87.

УДК 502.5

ДЕШИФРАЦИЯ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ КАК МЕТОД АНАЛИЗА ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРЕДЕЛАХ КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНЫХ ЛАНДШАФТОВ

 

Ряхов Р.В., Дубровская С.А., Норейка С.Ю.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Оренбург, Россия

 

В статье рассматриваются разновременные мультиспектральные снимки с применением алгоритмов неконтролируемой кластеризации и расчета вегетационного индекса, выявлены особенности динамики восстановительных процессов глубоко-преобразованных техногеосистем. По результаты дешифрирования проведена оценка масштабов сукцессионных изменений горнопромышленных комплексов и установлена общая закономерность ландшафтной дифференциации восстановительных процессов в пределах изучаемых техногеосистем.

The article discusses different time multispectral images using algorithms unsupervised clustering and vegetation index calculation, the peculiarities of the dynamics of the recovery processes deeply transformed tehnogeosistem. According to the results of decoding an assessment scale mining complexes successional changes and set the general pattern of differentiation of landscape restoration processes within the studied tehnogeosistem.

Постановка проблемы. Месторождения медноколчеданных руд формируют особый геоэкологический и геохимический режимы функционирования ландшафта, который относится к глубоко преобразованным горно-техническим геосистемам. Они характеризуются наибольшей степенью негативного антропогенного воздействия на воздушную среду, поверхностные и грунтовые воды, почвенный и растительный покров восточной части Оренбургской области. Образование, связанных с разработкой месторождений, карьерно-отвальных типов местности оказывает не только локальное влияние на вмещающие ландшафты, по средствам разрушения естественных биогеоценозов и создания новых форм рельефа, но и на достаточно обширные территории, вследствие переноса во взвешенном состоянии тонкодисперсных частиц, и нарушения геохимической обстановки [1]. За счет техногенной миграции веществ в речную сеть и, следовательно, выхода за пределы техногеосистемы, зона загрязнения может достигать нескольких десятков квадратных километров [2].

Для оценки динамики постепенного зарастания (регенерации) отвалов медноколчеданных месторождений растительными сообществами необходимо учитывать временной отрезок (срок эксплуатации), степень преобразования природной среды (формирование новых техногенных форм рельефа) и проведения рекультивационных мероприятий на территории техногеосиситемы, для предотвращения процессов эрозии, дефляции, оползнеобразования, оврагообразования, деградации и загрязнения ландшафтов. Длительность эксплуатации рудных месторождений определяет уровень трансформации ландшафта и образование новых специфических техногенно-преобразованных техногеосистем (карьерные выемки, отвалы, техногенные родники, озера, ручьи).

Блявинское (Си, Zn, S) месторождение расположено в 6 км от г. Медногорска, разработка началась в 1934 г. Добыча руды прекращена в конце 70-х годов XX века, но до конца 80-х происходило гидрометаллургическое извлечение меди. В настоящее время на месте месторождения находится затопленный карьер. Месторождение Барсучий Лог (Си, Zn, S) открыто геологами Домбаровской геологоразведочной экспедиции в 70-80-е годы XX века, расположено в надпойменной террасе р. Большой Кумак (13 км к юго-востоку от п. Караганка). Отработка карьера прекращена в 2006 г. Гайское (Cu-Zn) месторождение расположено на водоразделе рек Елшанки и Колпачки (правые притоки р. Урал) в черте г. Гай. Разработка ведется с 1959 г. открытым и подземным способом. Рудник «Джусинский» расположен в Адамовском районе в 3 км к юго-западу от железнодорожной станции

Теренсай и разрабатывается с 2004 г. На современном этапе добыча на месторождении ведется закрытым способом.

Месторождения Блявинское и Барсучий Лог в связи с прекращением добычи руды не испытывает техногенной нагрузки и наблюдаются естественные процессы восстановления ландшафта. На территории Райского месторождения в 2006 г. проведена многоэтапная рекультивация отвалов карьера № 2 с использованием флотохвостов обогатительной фабрики: горно-технический этап и биологический (создание плодородного слоя и высадка различного посадочного материала). Джусинское (Си, Zn, S) относится к новоразрабатываемым месторождением, и подвержено активным процессам отвалообразования с увеличением занимаемой площади.

Объекты и методы исследования. Цель исследования - определение динамики зарастания карьерно-отвальных ландшафтов, в пределах техногеосистем медноколчеданных месторождений Оренбургской области по данным дистанционного зондирования Земли из космоса. Для обследования выбраны разновременные снимки (июнь 2008, 2010 гг.) спутника Landsat 5 с сенсором ТМ и Landsat 8 с сенсором ОЫ_ TIRS (июнь 2015 г.) с разрешением 30 м. Мультиспектральные изображения Landsat на территорию медно-колчеданных месторождений представлены Геологической службой США (USGS) и находятся в открытом доступе на электронном ресурсе - www.glovis.usgs. gov. Даты выбирались из расчета совпадения сезонов и полного отсутствия облачности в пределах месторождений. Основным методом стал расчет показателей нормализованного вегетационного индекса растительности NDVI, а также расчет трендов его изменения в промежутке с 2008 по 2015 г. Выбор объектов исследования обусловлен, во-первых территориальной близостью техногеосистем, что обеспечивает примерно равную степень влияния климатические условий на растительный покров, во-вторых они находятся на разных этапах техногеоморфогенеза. Калибровка каналов, расчет показателей значения вегетационного индекса NDVI и предварительная обработка снимков осуществлялась в программном комплексе ENVI. Данный индекс позволяет визуализировать относительную биомассу, основываясь на спектральных свойствах растительности в красном и ближнем инфракрасном диапазонах. Может принимать значения от -1 до 1. Для растительности характерны значения от 0,2 до 1. Отрицательные и около нулевые значения относятся к водным и антропогенным объектам, а также выходам горных пород [3]. Разбиение массива данных расчета вегетационного индекса на классы по 0,1 единицы. Все отрицательные значения объединены в один класс. Полученные ступени экспортировались в векторном формате из программного комплекса ENVI сначала в «ENVI Vector File» а затем были пересохранены в виде шейп-файлов для использования в программном комплексе ArcGis. Применение программного комплекса ArcGis позволяет проводить совместный анализ разновременных снимков, а также осуществлять оформление картографического материала. Сопоставление значений вегетационного индекса за 2008, 2010 и 2015 гг. производилось при помощи утилиты «Пересечение» из набора инструментов «Анализ» входящей в состав ArcToolbox. Проведено сопоставление всех классов и определены тенденции изменения значений индекса NDVI. Ранжирование полученных трендов осуществлялось, согласно методике ученых географического факультета МГУ, на 5 ступеней: а) устойчивый негативный тренд; б) значимый негативный тренд; в) тренд отсутствует; г) значимый позитивный тренд; д) устойчивый позитивный тренд [4]. Оформление картографических материалов и их экспорт из программного комплекса ArcGis в виде растрового файла формата «jpeg».

Отображение объемной визуализации рельефа поверхности территорий медноколчеданных месторождений необходимо для анализа ландшафтной структуры, особенностей изменения форм рельефа, расположения и соотношении между минимальной и максимальной отметками высот. Для работы по трехмерному моделированию рудников использовались данные полученные с помощью радарной съемки ASTER GDEM (версия 2, Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Global Digital Elevation Model). Пространственное разрешение полученных снимков - 30 метров.

Результаты исследований и обсуждение. Согласно классификации техногеосистем (ТГС) медноколчеданных месторождений исследуемые участки нами распределены по трем типам преобразованности рельефа под действием техногенных процессов и формированию новых форм поверхностей и их воздействия на соседние геосистемы (степень гипотехноморфогенеза и гипертехноморфогенеза, объемы отвалов и площади растительных сообществ) (таблица 1): регенрирующие (восстановливающиеся), стагнирующие (статичные - выраженные в нулевых или незначительных темпах изменения), деструктирующие (нарушение процесса протекания этапов первичной сукцессии) [5].

Рисунок 1. Динамика относительных площадных изменений значений вегетационного индекса NDVI медноколчеданных месторождений Южного Урала.

Таблица 1

Оценка количественных показателей и типизация техногеосистем медноколчеданных месторождений

Характерной чертой горно-технических ландшафтов является наличие нескольких геоморфологических уровней, которые образованы в результате разработки карьеров и образования отвалов вскрышных пород и некондиционных руд. Развитие аномальных амплитуд рельефа (таблица 1, рисунок 1) ведет к активизации экзогенных процессов, резко повышает динамичность геосистемы и приведет ее в состояние устойчивого дисбаланса. Контрастность рельефа горно-технических ландшафтов коррелирует с размерами месторождения и особенностями рудного тела. Характерной особенностью всех глубоко преобразованных ландшафтов, связанных с карьерными разработками, является близкое взаиморасположение аномальных по высоте и глубине точек рельефа - карьеров и отвалов [6].

Анализируя построенные трехмерные изображения глубоко-преобразованных техногеосистем Южного Урала (рисунок 2) на территории Райского месторождения (отвал карьера № 2) на основе визуально оценки мультиспектральных изображений отмечены участки с сглаженной и относительная однородной рельефной структурой, что подтверждает проведение рекультивационных мероприятий. Северный отвал карьеров №1 и №3 по результатам трехмерного моделирования (градации цветной шкалы высот) указывают интенсивную горно-техническую разработку месторождения.

Рисунок 1. Цифровые модели горно-технических геосистем медноколчеданных месторождений: А - Блявинское; Б - Барсучий Лог; В - Гайское; Г - Джусинское.

Космические снимки с месторождений Блявинское и Барсучий Лог на основе визуального интерпретирования позволяют выделить общую рельефную однородность отвалов и коррелируют с природным ландшафтом. Сглаженность форм отвалов Блявинского месторождения с окружающими его ландшафтами обусловлено сроками эксплуатации и фиксируются многолетние эрозионные процессы, проведение на южном отвале западного борта частичной и слабовыраженной технической и биологической рекультивации. Северный участок представляет собой свалку и слабое наличие естественного зарастания отвала. Площадь карьерного озера на данном участке увеличился в полтора раза последние десять лет. На участке отвала отработанного месторождения Барсучий Лог визуально выделяются относительно резкие уклоны и возвышения до 45 м. На участке отвала проведена техническая и биологическая рекультивация (не прослеживаются дробные высотные возвышения, естественное зарастание). Угол откоса отработанного карьера - 35,27°. При анализе трехмерной территории разрабатываемого Джусинского месторождения на отвале

выделяются отдельные участки складирования вскрышных пород, обрывистые участки по краям отвального участка. Откосы уступов составляют 38° - на северо-восточном и 43° - на юго-западном бортах карьера.

При оценке цифровых моделей территорий месторождений ситуация соответствует результатам трендов изменения значений вегетационного индекса NDVI в пределах техногеосистем. Процессы зарастания в пределах техногеосистемы Райского месторождения (рисунок 3), характеризуются, в целом, позитивными тенденциями показателей вегетационного индекса NDVI.

Рисунок 2. Тренды изменения значений вегетационного индекса NDVI в пределах техногеосистем месторождений: А - Гайское, Б - Барсучий Лог, В - Джусинское, Г -Блявинское.

Поверхность южного отвала, в настоящее время законсервированного и рекультивированного, покрыта растительностью, исключение составляют только небольшие участки на южных склонах и в северо-восточной части. Тенденции значений индекса в пределах отвала характеризуются повышающимся градиентом с запада на восток. Позитивные тренды отмечаются по бортам карьера, особенно борту юго-западной экспозиции. Северная часть действующего отвала (карьер № 1) менее подвержена процессам зарастания и отличается более устойчивыми позитивными трендами. Основным фактором является накопление влаги межбортового пространства между уклонами отвала. На участках отвальных террас отмечаются позитивные тренды в юго-восточной, северо-восточной и северной частях. Влияние ТГС месторождения на окружающие степные растительные сообщества выражается в снижении показателей вегетационного индекса, наиболее резко проявляющиеся в северо-западной части. При этом отсутствуют тренды в изменении индексов относящихся к сельскохозяйственным ТГС (заброшенными садово-дачные массивы).

В пределах месторождения Барсучий Лог (рисунок 3) наблюдаются процессы самозарастания отвала и верхней части карьера. В отличие от Райского показатели вегетационного индекса более равномерны и дифференцированны по элементам ТГС. На картосхеме выделены участки со слабой тенденцией к зарастанию бортов отвала. Позитивные значения индекса приурочены к северо-западной части отвала и бортам северо-западной экспозиции карьера. Склоны отвала юго-восточной экспозиции, напротив, испытывают существенное снижение показателей индекса. Значения вегетационных индексов растительных сообществ отвала характеризуются значительной положительной динамикой, в отличие от естественных степных участков. Причиной такого дисбаланса являются высокий уровень увлажнения прилегающих участков отвалов и миграции химических элементов на околоотвальное пространство к западу и юго-западу от месторождения.

Джусинское месторождение (рисунок 3), подверженное интенсивным техногенным трансформациям, испытывает наименьшее влияние сукцессионных процессов и активно влияет на прилегающие степные участки. В результате расчета вегетационного индекса выявлены положительные тенденции регенерации техногенного ландшафта (карьер, борт отвала северо- и юго-восточной экспозиций). С западной стороны направленность сукцессионных процессов относительно негативная. Единственная самозарастающая часть отвала приурочена к склону северной экспозиции и сложена глинистыми вскрышными породами.

Картографическая схема направленности и значимости изменений трендов NDVI для участка Блявинского месторождения (рисунок 3) характеризуется как регенерирующий тип ТГС горно-промышленного ландшафта.

Сукцессионные процессы в пределах данного участка характеризуются общим позитивным фоном. Практически по всей площади отвалов и бортов карьера наблюдается повышение значений вегетационного индекса NDVI совместно с увеличением на 10% площади покрытой вегетирующей растительностью. Максимальные показатели трендов приурочены к подножию борта отвала северо-западной экспозиции. Причиной высоких значений служат увлажненность территории за счет выхода на поверхность подотвальных вод. Вдоль борта южного отвала юго-восточной экспозиции выделяются позитивные тренды зарастания. В северной части отвала - негативные тренды, связанные с продолжающейся техногенной нагрузкой на глубоко-преобразованный степной ландшафт, используемый для складирования отходов. Показатели трендов изменения вегетационного индекса на территории, прилегающей к ТГС, связаны в первую очередь с сельскохозяйственной деятельностью (распашка участков на востоке) и последствиями пирогенеза к западу от месторождения.

Важнейшей проблемой рационализации степного природопользования является рекультивация земель, нарушенных горными работами. Главной задачей рекультивации, на наш взгляд, является не столько восстановление былой биопродуктивности нарушенных угодий, сколько ландшафтно-экологическая адаптация техногенных природных комплексов с восстановлением экологического равновесия на конкретных территориях. По-прежнему важнейшей задачей оптимизации недропользования является повышение комплексности переработки минерального сырья.

Полученные в результате исследования картосхемы горно-технических ландшафтов месторождений позволяют оценить интенсивность восстановительных процессов и мероприятий по рекультивации. Применение результатов дешифрирования разновременных мультиспектральных изображений позволило оценить масштабы сукцессионных изменений карьерно-отвальных комплексов в пределах техногеосистем. Анализ полученных данных показывает, что восстановительные процессы в пределах ТГС месторождений подчиняются общим закономерностям ландшафтной дифференциации. Одним из важных факторов, влияющих на пространственно-временные особенности зарастания, является экспозиционная неоднородность склонов. Как правило, склоны южной экспозиции испытывают существенно-меньшую интенсивность сукцессионного зарастания по сравнению со склонами северной экспозиции. Другим фактором является эффект барьерности, детерминирующий распределение осадков в течение сезона вегетации. Влияние эффекта барьерности отчетливо прослеживается для Гайской техногеосистемы, и несколько слабее для техногеосистем месторождений Барсучий Лог и Джусинское и более показательно для Блявинского.

Меры по оптимизации недропользования и его гармонизации с жизнью людей и природы разнообразны. Одной из главных исходящих от недропользования опасностей является нарушение геохимического равновесия среды. Приведенная классификация горных разработок построена на основе разнонаправленных рекультивационных трендов. Опасные в геохимическом отношении месторождения требуют мер по экологической реабилитации горнопромышленных объектов и нейтрализации его химически активных компонентов.

Список литературы

  1. Геоэкологические проблемы степного региона / Под ред. члена-корр. РАН А.А. Чибилева. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 380 с.
  2. Петрищев В. П. Закономерности формирования современной ландшафтной структуры горно-технических комплексов медноколчеданных месторождений Оренбургской области // Проблемы региональной экологии. - М.: Изд-во «Камертон», 2010. - № 2. - С. 89-94.
  3. Петрищев В.П., Чибилев А.А. Сравнительный анализ состояния растительности в г. Оренбурге по результатам обработки мультиспектральных космических снимков // Проблемы региональной экологии. - М.: Изд-во «Камертон», 2014. - № 4. - С. 213-217.
  4. Калуцкова Н.Н., Тельнова Н.О., Дронин Н.М. Динамика биологической продуктивности степных экосистем Оренбургского заповедника: анализ по данным дистанционного зондирования // Оренбургский заповедник: значение для сохранения степных экосистем России и перспективы развития: Труды Государственного природного заповедника «Оренбургский». - Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2014. - Вып. I. - С. 89-91.
  5. Артамонова СВ., Петрищев В.П., Калиев А.Ж. Геоэкологические аспекты классификации техногеосистем меднокочеданных месторождений Оренбургской области // Вестник Оренбургского государственного университета. - Оренбург, 2010. —№ 12(118).-С. 190-195.
  6. Оценка экологических рисков на объектах геологического наследия Урала / Петрищев В.П., Чибилев А.А., Кадебская О.П., Аминов П.Г., Удачин В.Н., Митюшева Т.П., Норейка С.Ю., Ряхов Р.В. // Проблемы региональной экологии. - М: Изд-во «Камертон», 2015. - № 4. - С. 135-139.

УДК 581.524

ДИНАМИКА ПОДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ В РАЗНОТРАВНО-ТИПЧАКОВО-КОВЫЛКОВОМ СООБЩЕСТВЕ НА УЧАСТКЕ «БУРТИСКАЯ СТЕПЬ» ГПЗ «ОРЕНБУРГСКИЙ»

 

Дусаева Г.Х.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Оренбург, Россия

 

Статья посвящена характеристики изменений подземной фитомассы в разнотравно-типчаково-ковылковом сообществе. В работе приведены данные о запасе и динамике живой и мертвой подземной фитомассы в течение всего вегетационного сезона.

The article is devoted to the characteristics of the changes of the underground phytomass in herb-fescue-lessingiana community. The paper presents data on the stock and the dynamics of living and dead biomass of underground throughout the growing season.

Растительное вещество делится на две равноценные категории надземную и подземную фитомассу. Подземная фитомасса не менее важная часть растительного вещества, функции ее разнообразны, но главная - аккумулирование питательных веществ и воды. После выполнения всех своих функций корневая подземная масса отмирает и становиться поставщиком органических веществ в почву.

Исследования проводились в охранной зоне участка «Буртинская степь» ГПЗ «Оренбургский» (рисунок 1) в 2015 году. Вынесение точек исследования за пределы заповедника вызвано необходимостью использования методов, предполагающих нарушение почвенно-растительного покрова [3]. Данная территория в ботанико-географическом отношении относится к разнотравно-дерновиннозлаковым степям на южных черноземах [1,2,6].

Рисунок 1. Карта-схема расположения точки  исследования  на территории охранной зоны участка «Буртинская степь» ГПЗ «Оренбургский».

Учет подземной фитомассы разнотравно-типчаково-ковылкового (Stipa lessingiana, Festuc a valesiaca, Herbae stepposae) сообщества на исследуемой территории проводился с май по сентябрь в 3 этапа: май - начало активной вегетации степных растений, июль -максимальное развитие растительной массы, сентябрь - окончание активной вегетации [3].

Во время наблюдения в изучаемом сообществе зафиксировано 34 вида, общее проективное покрытие составляет 80%. Доминантом сообщества является плотнодерновинный злак Stipa lessingiana Trin. & Rupr., содоминант из злаков - Festuca valesiaca Gaudin, доминирующее разнотравье представлено следующими видами: Medicago romanica Prodan., Picris rigida Ledeb. ex Spreng., Potentilla humifusa Willd. ex Schltdl. Среди полукустарничков наиболее обильны Artemisia marschalliana Spreng., Astragalus macropus Bunge.

Учет подземной фитомассы производился методом монолитов. После проведения укосов надземной фитомассы и сбора подстилки вынимали монолит размером 50*50 см каждые 10 см в 3-кратной повторности в слое до 50 см, (так как основная масса корней 80-97% сосредоточенна именно в этих слоях). Отобранные пробы отмывались с помощью сеток и сит малого диаметра. Отмытые корни разделялись на живые и мертвые. Для этого в емкость набирали воду, погружали весь образец и медленно перемешивали: живые корни тонули, а мертвые всплывали. Подземная фитомасса высушивалась при комнатной температуре, затем в сушильном шкафу при температуре 105°С до абсолютно сухого состояния. Позже каждый образец взвешивался на лабораторных весах [3].

При анализе данных использовались символы обозначающие элементы структуры растительного вещества и продукционно-деструкционные процессы: R - живые корни, В -подземная мортмасса [5].

Подземные органы растений, также как и надземные находятся под влиянием внешних (абиотических) факторов, которые изменяются в течение вегетационного сезона.

В мае 2015 г. (рисунок 2) подземная фитомасса достигла 1089 г/м2, после зимнего сезона в результате деструкции, часть живых корней перешло в мертвую массу. В начале вегетационного сезона активно начинает продуцироваться подземная фитомасса дерновинных злаков [4].

Рисунок 2. Сезонная динамика подземной фитомассы в разнотравно-типчаково-ковылковом сообществе.

На динамику продукционного процесса влияет изменение фенологического состояния растений. Так доминирующие плотнодерновинные злаки Stipa lessingiana и Festuca valesiaca цветут и плодоносят в мае или июне, и после формирования надземных органов, к июлю уже продуцируют подземную фитомассу [4, 5]. Разнотравье активно цветет и плодоносит в июле, а, следовательно, продуцирует надземную фитомассу и одновременно максимально продуцирует подземную фитомассу [4, 5]. С этим связано увеличение в этот период подземной фитомассы на 21%, что составляет 1325 г/м2.

В сентябре запас подземной фитомассы увеличился на 16,4% по сравнению с июлем и достиг своего максимума 1543 г/м2. В осенний период растения начинают подготавливаться к холодному сезону, питательные вещества накапливаются в подземной фитомассе и в дальнейшем расходуются в зимний период.

В весенний период (рисунок 3) активно нарастает живая подземная фитомасса всех растений в сообществе доля ее составляет 67,4%. Мортмасса после осеннее-зимнего периода значительно минерализировалась и к маю набирает 32,6% от пробы.

Рисунок 3. Динамика живой и мертвой подземной фитомассы в разнотравно-типчаково-ковылковом сообществе.

Летом продукция живой фитомассы увеличивается на 11,1% за счет прироста корней доминирующего разнотравья. После отцветания у большинства злаков к середине лета начинается активный прирост живой подземной фитомассы. Мортмасса уменьшилась на 11,1%, в июле она активно измельчается почвенной фауной, что ведет к её быстрой минерализации [5].

Осенью запас живой фитомассы достигает своего максимума, однако доля ее не значительно уменьшается. В сентябре активно идут как процессы продукции (растения начинают подготовку к холодному сезону, в результате чего происходит накопление питательных веществ в подземной живой фитомассе), так и деструкции подземной фитомассы.

Таким образом, в весенний период в фитоценозе активно идут продукционные процессы, отмирание подземной фитомассы понижено, к осени живая фитомасса активно отмирает и деструкционные процессы активизируются, чему способствуют погодные условия.

Работа выполнена в рамках бюджетной темы ИС УрО РАН №01201351529 при поддержке ПРООН/ГЭФ/МПР РФ «Современные системы и механизмы управления ООПТ в степном биоме России».

Список литературы

  1. Зоны и типы поясности растительности России и сопредельных территорий. Карта для высших учебных заведений. М. 1 : 8000000 / под ред. Г.Н. Огуревой М., 1999. 2 л.
  2. Красная книга почв Оренбургской области / А.И. Климентьев, А.А. Чибилев, Е.В. Блохин, И.В. Грошев. - Екатеринбург, 2001. - 295 с.
  3. Калмыкова О.Г., Кин Н.О., Максутова Н.В, Дусаева Г.Х. Подходы к мониторинговым исследованиям влияния пожаров на растительный покров степных особо охраняемых природных территорий (на примере участка «Буртинская степь» ГПЗ «Оренбургский») // Вестник ОГУ, 2015. — №13.-С. 123-126.
  4. Титлянова А.А. Продуктивность травяных экосистем // Биологическая продуктивность травяных экосистем. - Новосибирск: Наука, 1988 - 134с.
  5. Титлянова А.А., Н. П. Косых, Н.П. Миронычева-Токарева, И.П. Романова. Подземные органы растений в травянистых экосистемах - Новосибирск: Наука, 1996. - 128 с.
  6. Сафронова И.Н., Калмыкова О.Г. Вопросы зональности и роль заповедников в их решении // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012. - Т14, - №1(6). - С. 1638-1641.

УДК 911.2:551.2

К ВОПРОСУ ИЗУЧЕНИЯ СОЛЯНОГО КУПОЛА Г.МАЛОЕ БОГДО

 

Норейка С.Ю. (1), Ахмеденов К.М. (2)

1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Оренбург, Россия

2. Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана, Уральск, Казахстан

 

Изучения соляных куполов-гигантов Прикаспийско-Предуральского бассейна проводятся с давнего времени. Соляная тектоника, провоцирующая подъем солей, вышележащих и новообразованных пород контактирует с окружающей средой. В результате образуются феноменальные солянокупольные геосистемы. Они преобразуют и значительно повышают контраст геологического и биологического разнообразия для территории. Географические исследования процессов формирования соляных куполов и их использование проводятся с XIX века.

Studies giant salt domes of the Precaspian-Preural basin held for a long time. Salt tectonics, provoking the rise of salts, and the newly formed overlying rocks in contact with the environment. As a result, formed a phenomenal salt-dome geosystems. They transform and significantly improve the contrast of the geological and biological diversity of the territory. Geographical studies of processes of formation of salt domes and their use are held from the XIX century.

Изучение ландшафтов г. Малое Богдо началось в первой половине XIX века. Так или иначе, интерес к этому объекту был связан с исследованиями горы Большое Богдо, с которой зачастую сравнивались геологические обнажения горы Малое Богдо. В 1845 г. гора была осмотрена английским геологом Родериком Мурчисоном и впервые была описана как геологический объект. А. Кейзерлинг указывал на геологическое сходство с породами горы Большое Богдо. В 1846 г. Э.Эйхвальд также составил описание геологических пород Малого Богдо. Особенности положения геологических слоев впервые были отмечены И.Б.Ауэрбахом и измерена высота возвышения Малого Богдо над степью - 28,1 м. И.Б. Ауэрбах отмечал, что породы М. Богдо имеют лишь общее сходство с породами Большого Богдо. Он также первым указал на сходство фауны и известняков с пермской системой. Первым установил координаты Малого Богдо - 48°27'26" с.ш. и 47°4'ЗСР в.д. от Гринвича [1].

Один из первых авторов физико-географического районирования А.П. Карпинский также проводил наблюдения на склонах горы. Простирание и углы падения пластов известняков были изучены в конце XIX века горными инженерами Е. Глушковым, Ф. Чернышевым, С.Н. Никитиным, В.О. Пашкевичем и Ф.П. Брусницыным. В 1890-х СИ. Никитин, В.О. Пашкевич предприняли попытку измерения М. Богдо что показало им абсолютную высоту около +64 м. Ф. Чернышев при обследовании г. Малое Богдо указал возраст пород как верхнеюрский или нижнемеловой, на основании сходства песчаников и «подчиненных им гипсов» железнодорожного карьера с песчаниками, встреченными среди гипсов урочища Шарбулак [2].

В начале XX века проведено геологическое картографирование горы Малое Богдо и впервые выдвинуты предположения относительно тектонического строения недр (Православлев П.А., 1908, 1909, 1930; Архангельский А.Д., 1911; Мазарович А.Н., 1928; Семихатов А.Н., 1931; Богданов А.А., 1932). А.П. Православлев провел описание М. Богдо для своей будущей работы, посвященной специально каспийским отложениям Нижней Волги. А.Д. Архангельский подробно остановился на изучении тектоники поднятия. Им были приведены результаты замеров падений пластов. Мазарович А.Н. изучая геологию, приравнял породу к татарскому ярусу сарминской толщи. А.Н. Семихатов в 1928 г. посетил и детально описал М. Богдо. Им было заложено 14 шурфов, не вскрывшие коренные породы, что дало представление о том, что гипсовый кепрок был отброшен соляным куполом по мере возрастания вертикального движения и некогда г. Малое Богдо представляла остров, в периоды каспийских морских трансгрессий. Он первый кто высказал предположение о «куполообразном поднятии, от которого в результате по следующей эрозии сохранилась только небольшая часть». В свою очередь А.А. Богданов поставил точку в неточном определении возраста пород. Он выделил формы рельефа - вытянутые гряды-валы, карстовые провалы-воронки, крутые холмы широтного направления, обширные бессточные впадины, измерил возвышение М. Богдо. Также Богданов указывал на то, что участок М. Богдо представлен кепроком, а соляной купол залегает севернее, в заливе Хаки. Скважинами №15,16,22, вскрыл новоосадочную соль, чем объяснил наличие сильно затянувшихся карстовых воронок. В целом, исследования Богданова, произведенные в сентябре-октябре 1932 г. в значительной степени изменили и дополнили схему строения и последовательности свит, слагающих М. Богдо, что явилось следствием довольно большого числа горных выработок, проводимых на месте поднятия. Всего на М. Богдо А.А. Богданов заложил 5 скважин, 47 шурфов и 15 канав. На основе этих данных была вскрыта каменная соль, изучена палеофауна в результате чего были установлены и описаны кунгурский и казанский ярусы, была составлена детальная геологическая карта г. М. Богдо в масштабе 1:20000, геологические разрезы через М. Богдо в масштабе 1:10000 (рисунок 1) [3].

Рисунок 1. Разрезы через гору Малое Богдо (по А. А. Богданову, 1934).

Следующий этап изучения горы Малое Богдо связан с поисками различных полезных ископаемых в окрестностях озера Баскунчак. Эти исследования известны в основном по отчетным материалам В. Монина (1931), В.А. Сермягин (1931), А.А. Дорофеева (1941), П.А. Шипдяпина (1946), Н.И. Ускова (1953). В 1945 году составлена первая геоморфологическая карта В.П. Философовым - основателем одной из известных научных школ геоморфологии [4].

Современные исследования на Малом Богдо проведены И.В. Головачевым (2014). Им исследованы карстовые формы рельефа, особенности карстования пород, влияния атмосферных осадков на кепрок, уровень залегание подземных вод [5].

В настоящее время активные исследования соляных куполов Прикаспийско-Преуральского бассейна, а также района горы Малое Богдо проводились российско-казахстанской экспедицией научных сотрудников и аспирантов Института степи УрО РАН (Оренбург) и Западно-Казахстанского аграрно-технического университета им. Жангир хана (Уральск) [6].

Комплексная экспедиция выявила богатое историко-культурное наследие, которым обладает гора Малое Богдо (рисунок 2).

Гора имеет сакральное значение как родовое захоронение, о чем свидетельствует наличие кулпытаса и многочисленных каменных надгробий, датированных XX веком, в центральной части возвышенной гряды. Кулпытас установлен в 1914 году (год смерти). Родовой фамильный знак (тамга) рода Кожа (потомки миссионеров, проповедовавшие ислам в Казахстане). Кулпытас установил сын покойного - Батыр. Оригинальная тамга относится к роду Торе (чингизиды), но роды Кожа, Толенгут, Карагаш, как приближенные к хану использовали данную тамгу. Территория г. Малое Богдо относится к родовым землям рода Кожа. На этой территории в урочище Тургай (сейчас военная точка) жил яркий представитель рода Кожа Мухамед-Салык Бабажанов. Он являлся выпускником Оренбургского Неплюевского кадетского корпуса, был членом Русского географического общества и внес значительный вклад в науку и культуру Казахстана.

Риунок 2. Дизъюнктивная мульда оседания соляного купола и кепроковый выход - г. Малое Богдо.

Выявлено сильное техногенное воздействие на солянокупольный ландшафт, посредством испытания ракетно-бомбовых снарядов за время включения территории в зону испытательного полигона СССР. Наиболее трансформированный участок находится на юго-востоке Малого Богдо, где находится большое скопление воронок. Установлено, что из 70 зафиксированных провальных форм рельефа - 63 имеют взрывное происхождение в результате испытания снарядов разной мощности, 7 - естественное карстование пород. Взрывные воронки способствовали обнажению пород гипсов кепрока соляного купола и карналлита. В свою очередь, обнаженные породы, под действием атмосферных осадков, которые оказали сильное влияние на растворение, создали квазинатуральные карстовые формы рельефа. При учете воронок возникали трудности с их определением, некоторые имели естественное происхождение, но в их центре обнаружены элементы снарядов и возможные следы оплавления пород. Крупные блоки гипсов, правильного горизонтального залегания на северной стороне гротообразной воронки, с опускающейся частью в южную сторону, похожи на естественный карст соляного купола Биш-Чохо (каз. Бис-Чохэ). В то же время заметны следы направленного выброса пород, элементы снарядов, но не зафиксировано следов оплавления пород в результате больших температур.

По контуру г. Малого Богдо заметны следы суффозионных просадок, диаметр которых достигает 50-100 метров. Карстовые формы рельефа, способствуют высокой степени биоразнообразия данной территории.

Отсутствие кольцевой структуры, как на примере Боевогорского соляного купола, обширное аккумуляционное основание, образованное на месте разрушения части кепроковой гряды с древними морскими наносами, указывает на давний подъем солей и размывание кепрока, в периоды каспийских трансгрессий [7-10].

Изучение горы Малое Богдо как один из немногих куполов-гигантов Прикаспийско-Предуральского солянокупольного бассейна необходимо для развития концепции солянокупольного ландшафтогенеза. На сегодня ландшафты куполов-гигантов активно затронуты техногенной трансформацией и претерпевают колоссальные изменения. В связи с тем, что соляной купол находится на большом удалении от крупных населенных пунктов, труднодоступен и некогда входил в участок военно-испытательного полигона, он остается менее изученным и в большей степени сохранил свое естественное состояние. Остается множество вопросов на условие формирования солянокупольного ландшафта г.Малое Богдо, в связи с чем необходимы комплексные детальные экспедиционные изучения и обновление уже имеющихся данных.

Материалы статьи подготовлены в рамках гранта РФФИ № 14-05-220 «Мировое разнообразие ландшафтов солянокупольного происхождения: особенности формирования, проблемы охраны и рационального использования».

Список литературы

  1. Ауэрбах И.Б. Гора Богдо // Зап. Русск. Геогр. О-ва (по общей географии). Т. IV, 1871. - С. 60-62.
  2. Никитин С.Н., Пашкевич В.О. Гипсометрия страны между Волгой и Уралом // Изв. Русск. Геогр. Общ. Вып. V. Т. XXX, 1894.
  3. Богданов А.А. Соляные купола Нижнего Заволжья // Бюллетень Моск. О-ва Исп. Природы. Отд. Геологии. Т. XII (3), 1934.
  4. Усков Н.И. Сводный отчет по Эльтонской опорной скважине № 1 / ИНП-СССР Объед-е «Саратовнефть» ГПК. — Саратов, 1953. - 358 с.
  5. Головачев И.В. Пещеры Северного Прикаспия // Комплексное использование и охрана подземных пространств: Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летнему юбилею науч. и туристско-экскурсионной деятельности в Кунгурской Ледяной пещере и 100-летию со дня рожд. B.C. Лукина / ГИ УрО РАН; под общ. ред. О. Кадебской, В. Андрейчука. - Пермь, 2014. - С. 14-25.
  6. Петрищев В.П. Солянокупольный ландшафтогенез Прикаспийско-Предуральского региона // Вестн. Оренб. гос. ун-та. - Оренбург, 2007. - № 3. - С. 143-149.
  7. Ряхов Р.В., Норейка СЮ. Определение структуры солянокупольного ландшафта на основе методов дешифрирования мультиспектральных космических снимков // Ломоносов-2016: Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2016». М.: ООО «МАКС Пресс», 2016. [Электронный ресурс: http://elibrary.ru/item.asp?id=26563378].
  8. Петрищев В.П. Объекты солянокупольной тектоники как геологические памятники природы Оренбургской области // Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона: Российская науч.-практ. конф. «Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона». Оренбургский государственный университет. - Оренбург, 1998.-С. 150-152.
  9. Петрищев В.П. Геоморфологическая выраженность солянокупольных структур в пределах Оренбургского Приуралья // Степи Евразии: Материалы международного симпозиума «Степи Евразии: Сохранение природного разнообразия и мониторинг состояния экосистем». - Оренбург, 1997.-С. 36-38.
  10. Петрищев В.П. Солянокупольные морфоструктуры Южного Приуралья // Геоморфология. - М.: Изд-во «Наука», 2010. - № 1. - С. 86-94.

УДК 338.439

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

 

Руднева О.С.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Оренбург, Россия

 

Статья посвящена выявлению критериев для оценки продовольственной безопасности региона степной зоны Евразии - Оренбургской области. Выделена система показателей оценки продовольственной безопасности и представлен алгоритм поэтапного применения методики оценки региональной продовольственной безопасности.

The article identifies criteria for assessing food security in the region in the steppe zone of Eurasia, Orenburg region. A dedicated system of indicators to measure food security and presents an algorithm for the phased application of methods for the assessment of regional food security.

В мировой экономике необходимость обеспечения продовольственной безопасности впервые была обозначена на Всемирной продовольственной конференции в Риме в 1974 году. Продовольственная безопасность должна быть основана на четырех принципах: наличии достаточного количества продовольственной продукции; экономической доступности продуктов питания; потреблении необходимого количества пищевых продуктов в соответствии с нормами рациона питания; стабильном доступе к качественным и безопасным продуктам питания [1].

Эффективность агропродовольственной политики невозможно оценить единым показателем, поскольку, наряду с обеспечением продовольственной безопасности, она включает целый ряд самостоятельных направлений: развитие сельскохозяйственного производства, повышение уровня жизни сельского населения, рост доходов сельхозпроизводителей. В связи с этим оценка эффективности агропродовольственной политики должна включать в себя детальный анализ различных направлений с помощью специализированных показателей оценки.

Применение комплексного подхода к оценке продовольственного потенциала заключается в использовании следующих критериев:

- уровень продовольственной самообеспеченности региона;

- степень удовлетворения физиологических потребностей населения в продовольственной продукции;

- уровень экономической доступности основных продуктов питания.

Для оценки комплекса показателей, определяющих продовольственную безопасность, проведена бальная оценка в соответствии с параметрами значений каждого показателя (оптимальное - 2 балла, допустимое - 1 балл, высокое/низкое - 0 баллов).

Уровень продовольственной самообеспеченности региона целесообразно оценить с помощью коэффициента самообеспеченности (/Q, который характеризует, в какой мере регион обеспечивает потребности населения в основных видах продовольственной продукции за счет собственного производства:

Kс = q/(n*qo) Kc = q/(n*q0),

где q - данные о фактических объемах производства основных видов сельскохозяйственной продукции в регионе за отчетный период, п - численности населения, проживающего на территории региона, q0- необходимое количество продовольствия для региона в соответствии с установленными рациональными нормами потребления.

Чтобы проанализировать уровень продовольственной независимости региона необходимо сравнить фактический уровень производства отдельных видов сельскохозяйственной продукции в регионе с необходимым количеством продовольствия, рассчитанным в соответствии с рациональными нормами потребления продовольствия.

В результате проведенных расчетов К может принять различную величину: значение показателя можно отнести к низкому (Kс? 0,5), допустимому (0,5 ? Kс? 1) или оптимальному уровню (K ?1) самообеспеченности региона продовольствием.

Для оценки степени удовлетворения физиологических потребностей населения в продовольствии использован коэффициент фактического потребления продовольствия (Кфп):

Kфп = qфакт/qнорм Kфп = qфакт/qнорм,

где qфакт - фактический уровень потребления продуктов питания, qнорм- потребление в соответствии с рациональными нормами.

Коэффициент фактического потребления населением региона продовольствия (K) может принимать следующие значения: 0,95<K= 1 - оптимальное, отклонение от 1 менее чем на 0,5 — допустимое, отклонение более 0,5 — низкое. По результатам расчетов коэффициентов фактического потребления продовольствия для различных видов продуктов питания необходимо определить среднее значение показателя.

Для оценки экономической доступности продовольствия необходим анализ нескольких показателей: коэффициента бедности (Кб), коэффициента потребления (KJ, коэффициента Джини (Кдж). Для нормирования фактических показателей целесообразно установить следующие значения показателей и баллов [2]:

- коэффициент бедности (Кб) - доля населения с доходами ниже установленной величины прожиточного минимума:

- Kб>0,4 - высокое;

- 0,2<Kб?0,4 - допустимое;

- Kб?0,2 - оптимальное.

- коэффициент потребления (Kп - удельный вес расходов на питание в структуре расходов потребителей:

- Kп>0,5 (или >50%) - высокое;

- 0,3<Kп?0,5 - допустимое;

- K ?0,3 - оптимальное.

- коэффициент Джини (Кдж) - степень неравномерности распределения населения по уровню доходов:

- K >0,5 - высокое;

- 0,3?Kдж<0,5 - допустимое;

- Kдж < 0,3 — оптимальное.

Используя предложенную методику определим уровень продовольственной безопасности Оренбургской области в 2015 году.

Формирование продовольственной безопасности для региона это прежде всего обеспечение населения основными продуктами питания в объеме, не ниже установленной рациональной нормы потребления. Рациональные нормы соответствуют «Нормам физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» (на основании Приказа Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 2 августа 2010 г. № 593 н «Об утверждении рекомендаций по рациональным нормам потребления пищевых продуктов, отвечающим современным требованиям здорового питания») и представляют собой усредненную величину (расчеты произведены на душу населения) необходимого поступления пищевых и биологически активных веществ, обеспечивающих оптимальную реализацию физиолого-биохимических процессов в организме человека (таблица 1).

Таблица 1 Рекомендуемые объемы потребления пищевых продуктов

Снижение объёмов производства основных видов сельскохозяйственной продукции в хозяйствах всех категорий. По объёмам производства основных видов сельскохозяйственной продукции в хозяйствах всех категорий за последние 20 лет тенденции разнонаправленные [3]. К 2015 г. производство некоторых видов сельскохозяйственной продукции увеличилось, например, производство семян подсолнечника- практически в 1,5 раза с 1990 г.; производство яиц — в 2,2 раза с 1990 г., почти в 2 раза — с 2000 г. и т.д. Производство скота и птицы увеличилось на 20%. Однако по основным видам продукции в период с 1990 г. производство уменьшилось: молока — на 15%, картофеля — на 9%. Наибольшее падение наблюдается в производстве зерна: с 1990 г. по 2000 г. - на 44%, с 2010 г. по 2015 г. - на 31%. Общее падение с 1990 года составило 3424 тыс. т. (таблица 2).

Таблица 2

Динамика производства основных видов сельскохозяйственной продукции в Оренбургской области

Таким образом, регион потерял статус лидера РФ в производстве пшеницы твёрдых сортов. Следует также отметить, что, по мнению учёных, производство зерна наиболее значимо характеризует способность обеспечения продовольственной безопасности региона.

В расчёте на душу населения ситуация с производством сельхозпродукции более позитивная, но она связана с существенным уменьшением населения в регионе (на 8% - с 1990 г.) (таблица 3). Это объясняется тем, что в 90-е гг. XX века естественная убыль населения в регионе компенсировалась миграционным ростом, который значительно снизился в 2000-е гг. Однако в регионе наблюдается недостаток производства продовольствия, которое компенсируется его импортом [4].

Исходя из рациональных норм потребления продовольствия в 2015 году было произведено достаточное для необходимого уровня самообеспечения количество основных продуктов питания (Кс> 1) (таблица 4). Для расчета по зерновым - согласно международному опыту, производство 1 т зерна на человека обеспечивает все потребности региона для продовольственных, кормовых нужд, запасов и пр.

Далее проведена оценка уровня удовлетворения физиологических потребностей населения региона в продовольственной продукции. Оренбургская область как крупный агропромышленный регион опережает среднероссийский показатель по уровню потребления хлебопродуктов, мяса и картофеля. Но по уровню рационального потребления физиологический рацион удовлетворён только в мясе (таблица 5).

Таблица 3

Производство основных видов сельскохозяйственной продукции в расчете на 1 человека

Таблица 4 Определение коэффициента самообеспеченности

Таблица 5 Уровень потребления основных продуктов питания (кг/чел/год)

Исходя из проведенных расчетов видно, что несмотря на то что Оренбургская область в полной мере обеспечивает себя производством основных продуктов питания населения, потребление население не удовлетворяет рациональным нормам, определенным министерством здравоохранения.

На потребление продуктов питания значительное влияние оказывает уровень доходов населения. Несмотря на то, что коэффициенты обеспеченности практически всеми продуктами питания значительно превышают общероссийские показатели и превосходят показатели Приволжского федерального округа, покупательная способность по всем видам продовольствия в Оренбургской области значительно ниже (таблица 6). Индекс покупательной способности по хлебу в Оренбургской области в 1995 году составлял 1,14 относительно среднего показателя по России, тогда как в 2015 году снизился до 0,9, аналогичная картина прослеживается и по остальным продуктам питания. Вместе с тем, стабильно высокая динамика коэффициента обеспеченности и рост покупательной способности создают предпосылки для улучшения сложившейся ситуации.

Таблица 6

Покупательная способность среднедушевых денежных доходов населения по основным продуктам питания

Критерий «уровень экономической доступности продовольствия» характеризует возможность приобретения продуктов питания в зависимости от величины доходов населения и уровня цен на продовольствие. В Оренбургской области отмечается стойкое улучшение уровня доходов населения - снижение числа бедных и уменьшение доли расходов, выделяемых домохозяйствами на еду. Но вырос уровень социального расслоения.

Таблица 7 Динамика коэффициентов продовольственной безопасности

Бальная оценка полученных критериев продовольственной безопасности имеет следующее значение: Ипб = Кс + Кфп + Кб + Кп + Кдж = 8 баллов.

Таким образом, продовольственная безопасность Оренбургской области в 2015 году находилась на допустимом уровне (таблица 7).

В последние десятилетия перед человечеством все острее встает проблема роста потребности в продовольствии в связи с увеличением численности народонаселения и улучшением питания в слаборазвитых странах на фоне ухудшения условий ведения сельскохозяйственного производства. Неблагоприятные изменения климата, участившиеся стихийные бедствия (засухи, наводнения, смерчи), сокращение площади сельскохозяйственных угодий, снижение естественного плодородия почв, появление новых болезней сельскохозяйственных растений и вредителей, рост стоимости энергоносителей - вот далеко не полный перечень факторов, имеющих глобальный характер и затрудняющих расширение производства продукции земледелия и животноводства [5]. В российских регионах к этим общемировым тенденциям добавляются специфические условия функционирования отечественного агропромышленного комплекса. Масштабный вывод земель из сельскохозяйственного оборота и трудности с их возвратом, низкие урожайность зерновых, зернобобовых и продуктивность скота, недостаток удобрений и кормов, устаревший парк сельхозтехники, нехватка горючесмазочных материалов и постоянный рост их стоимости, проблемы в работе пищевой промышленности, невыгодные условия кредитования и страхования, отставание в развитии социальной инфраструктуры села, недостаточная господдержка АПК - все это препятствует увеличению абсолютных

объемов производимой продукции сельского хозяйства и повышению его эффективности в целях обеспечения продовольственной безопасности регионов [6].

Список литературы

  1. Olaoye, О. (2014). Potentials of the Agro Industry towards Achieving Food Security in Nigeria and Other Sub-Saharan African Countries. Journal of Food Security, 2(1), 33-41.
  2. Антамошкина Е.Н. Оценка продовольственной безопасности региона: вопросы методологии // Продовольственная политика и безопасность, 2015. - Т. 2. - № 2. - С. 97-112.
  3. Соколов А.А. Показатель эффективности использования биопотенциала в степной зоне России // Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2016. - № 3 (59). - С. 161-164.
  4. Соколов А.А. Руднева О.С. Оценка эффективности аграрного природопользования в степных и лесостепных регионах России // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия науки о земле, 2015. -№ 3 (Т. 15). - С. 16-19.
  5. Соколов А.А. Пространственные различия результативности сельскохозяйственного производства в степных регионах России. Материалы седьмого международного симпозиума // Степи Северной Евразии. - Оренбург, 2015. - С. 797-799.
  6. Руднева О.С, Соколов А.А. Особенности аграрного природопользования на степных территориях трансграничной зоны при переходе к устойчивому развитию (на примере Оренбургской области) // Степи Северной Евразии: материалы VI междунар. симпоз. и VIII междунар. школы-семинара молодых ученых «Геоэкологические проблемы степных регионов». - Оренбург, 2012. - С. 922-924.