Социально-экономическая география и природопользование региона

В связи с тем, что в системе «река – пойма» главным фактором является абиотический фактор – водный режим, который объединяет множество компонентов в единое целое, то рациональнее проводить анализ динамики этой системы с позиции понятия геосистема. Термин геосистема был предложен В. Б. Сочавой в 1963 [3] году и затем многократно уточнялся при проведении различного рода системных исследований – ландшафтных, экономико-географических, природоохранительных и многих других. Достаточно подробно это понятие представлено в работах А.Г. Исаченко (1980), где он отмечает, что «геосистема есть особого рода материальная система, состоящая из взаимообусловленных географических компонентов, взаимосвязанных в своем размещении и развивающихся во времени как часть целого» [4] .

Задачи мониторинга в общем виде сводятся к сравнению наблюдений с критическими точками состояния системы, включают в себя наблюдения, прогноз и определяются целью прикладных или научных исследований. В зависимости от цели исследования в большей или меньшей степени уделяется внимание абиотической, биотической или антропогенной составляющей геосистем. За методическую основу мониторинга для геосистем пойм рек предлагается использовать подход, когда переменные анализируются по схеме «воздействие-отклик». В качестве абиотической внешней переменной, рассматривается часть половодья, которая заливает пойму, а в качестве отклика – продуктивность компонентов пойменных экосистем и характеристики перестройки структуры её сложных компонентов.

Пойму следует рассматривать как сложную, открытую пространственную геосистему транзитно-аккумулятивного типа, с протекающими через нее потоками вещества и энергии. Так для поймы р. Оби возмущения, возникающие в суперсистеме «Западная Сибирь» имеющие вещественное, энергетическое и информационное содержание, вызывают реакцию в абиотической части геосистемы (водах), которое затем передаётся на биоценоз поймы. В основе устойчивости биоценоза лежат устойчивость и изменчивость организмов, его составляющих. Открытость границ не противоречит тому, что в геосистемах сохраняется доминирование внутренних связей над - внешними.

Особое преимущество системного подхода в географии обусловлено тем, что результаты анализа природных объектов в системном исполнении одинаковы. Различные по физической природе компоненты природы – воды, растительность, животные, ландшафты и др., изучаемые как система выражаются с помощью одних и тех логически согласованных категорий, таких как структура, элемент, связи. Они могут иметь одинаковые количественные характеристики, характеризующие их состояние, которые можно сравнивать между собой. Исследованию новейших подходов способствовало развитие науки о системах, так называемой системологии Арманд, (1988) и синэргетики Хакен, (1980), дисциплины, изучающей самоорганизующиеся системы [5,6].

Самоорганизация – это новая парадигма исследования в общей теории систем, которая связана с целостными аспектами систем. Самоорганизующиеся системы поддерживают неизменность своей внутренней организации, допуская временные и пространственные изменения структуры, которые придают им новые качества. Изучение основ самоорганизации и саморегулирования географических систем позволяет вскрыть механизм структурных и функциональных изменений, происходящих в них. К настоящему времени известны основные геоморфологические закономерности формирования пойм рек. Получены обширные данные о биологии и популяционной динамике видов, образующих пойменные сообщества. Накопление количественных характеристик по отдельным компонентам пойменных экосистем географами, биологами дает возможность перейти к качественно новым исследованиям, которые позволяют проводить количественный анализ состояния системы в целом [6,8].

Использование теории самоорганизации позволяет по новому рассматривать динамику пойменных геосистем рек в эволюционно-функциональном и геоэкологическом аспектах и выйти на междисциплинарные обобщения для различных наук, изучающих географические системы. При этом большое внимание необходимо уделять работе с реальными коэффициентами устойчивости к воздействию половодий, надежности, гомеостаза, чувствительности, для растительности, птиц, индикационных видов животных и методике их расчета. Необходимо также подробно анализировать состояние бифуркации компонентов геосистем,  возникающее за порогом устойчивости. Выявление  наиболее слабого компонента пойменных геосистем, механизма его реакций на воздействие половодий позволит создать основы фундаментальной теории нормирования изменений водного режима половодий человеком и создания особого режима природопользования в поймах рек.

Опираясь на успешный опыт использования основных положений общего системного анализа для описания различного рода систем, выполненный В.Г. Афанасьевым (1980) для социосистем [9], А.М. Трофимовым, Н.М. Солодухо (1986) - для географических систем [10], Н.Ф. Реймерсом (1994),  Г.С. Розенбергом (1994, 2000) - для экологических систем [10,11, 12], можно рассмотреть, как они действуют в геосистеме «река-пойма». Причем за основу взяты положения, представленные в обобщающей методической работе А.М. Трофимовым, Н.М. Солодухо «Вопросы методологии современной географии» [8]. Эти положения достаточно специфичны, так как в первую очередь отражают географическую сущность объекта. Они дополнены и использованы для анализа пойменных систем. Анализ проведен на примере поймы Средней Оби.

Река Обь занимает центральное место в Западной Сибири. Ее бассейн интегрирует все пространственные и динамические изменения экосистемы Западная Сибирь. По длине бассейна выделяются участки – Верхняя Обь, Средняя Обь, Нижняя Обь. Каждый участок характеризуется своим специфическим водным режимом.

Участок Средней Оби имеет хорошо сформированную пойму, которая активно осваивается человеком. Продуктивность биологических компонентов пойменной экосистемы за счет разнообразия условий в несколько раз выше, чем окружающей территории. Для данного участка поймы характерно наличие участка нижнего бьефа плотины Новосибирского водохранилища с измененным водным режимом. На участке Средней Оби проводятся наблюдения за водным режимом на водомерных постах. Однако данные наблюдения за уровнями воды, расходами воды, качеством вод, собираемые Гидрометслужбой, не могут напрямую использоваться в наблюдениях за экологическим состоянием пойменных экосистем. Часто, для описания воздействия половодий просто используется максимальный уровень или расход воды. Этого недостаточно для того, чтобы охарактеризовать взаимодействие половодий и живых организмов, обитающих в пойме и получить определенные корреляционные связи.

За методическую основу мониторинга для экосистемы поймы Средней Оби использовался подход, когда переменные анализировались по схеме «воздействие-отклик». В качестве абиотической внешней переменной, рассматривалась часть стока реки, которая заливает пойму, а в качестве отклика – продуктивность компонентов пойменных экосистем.

Для этого проведено гидроэкологическое районирование территории поймы, выделены наиболее репрезентативные посты водомерных наблюдений для каждого участка поймы, составлена схема затопления поймы. На основании более чем 50-летних наблюдений построены гидрографы половодий и рассчитана та часть стока реки, которая формирует воздействие половодий. Рассчитаны связи гидрологических параметров, характеризующих воздействие водного режима и состояние продуктивности основных показателей состояния экосистемы. В качестве основных продуцентов рассмотрено состояние продуктивности лугов, в качестве консументов I уровня – водяная полевка и ондатра, отдельно изучено состояние сообщества рыб и населения птиц. Население птиц рассматривается как наиболее чувствительный элемент экосистемы.

При оценке состояния биологических компонентов применен ресурсный подход, когда используются показатели хозяйственной продуктивности. Именно подобные данные употребляются при проектировании гидротехнических мероприятий, при планировании природоохранной деятельности. Это делает данный подход отличным от биологического мониторинга, когда проводятся детальные наблюдения за отдельными видами животных и растений. Как правило, такие наблюдения из-за трудоемкости проводятся на недостаточном количестве площадок, не полностью покрывающих территорию поймы, и не длительные периоды времени (не больше 5 лет). Поэтому подобные наблюдения могут служить хорошим дополнением к длительным рядам наблюдений для объяснения несоответствий при анализе динамики связей половодье – биотический компонент. Сложность анализа связана также с тем, что весеннее половодье является хоть и значительной, но только частью годичного или многолетнего цикла развития биотический компонентов. Оно определяет в главном их развитие, но со временем внутри года или в течение нескольких лет, при многолетнем цикле развития накладывается действие других факторов, которое затушевывает воздействие половодий. Поэтому ставить задачу о получении 100 % связей между этими факторами нереально. По-видимому, их можно использовать с определенными допущениями в первом  приближении [13,14,15].

Обобщение свойств и принципов, которые необходимо использовать при анализе пойменных геосистем представлено в табл. 1., ниже приводится их краткий комментарий.

Таблица 1. Свойства и организационные принципы геосистем

Наиболее характерная черта любой системы – ее целостность, единство по отношению к внешней среде. Обмен веществом, энергией, и информацией между компонентами целостной системы, каковой является геоситема, объединяет части в единое целое, обеспечивая существование и развитие системы. В то же время необходимым условием развития целостной геосистемы является ее неоднородность и всякая реальная система состоит из разнородных по каким–либо параметрам элементов. Именно неоднородности и дифференцированности компонентов обязана структура своим существованием.

Развитие системы связано с ростом локализованных неоднородностей, которые становятся центрами качественной перестройки старой структуры и образования новых. Условием сохранения и развития целостности является тесно связанная с неоднородностью противоречивость систем. Противоречивыми сторонами и отношениями всякой системы выступают компонент и система, часть и целое, прерывное и непрерывное, структура и функция, внутреннее и внешнее, организация и дезорганизация, разнообразие и однообразие и др. [7]. В соответствии с основным законом диалектики - единство и борьба противоположностей являются источником развития целостной системы.

Свойство целостности раскрывается целым ряд других тесно взаимосвязанных относительно самостоятельных характеристик систем. К ним относятся: 1) интегративность качеств системы  (эмерджентность); 2) компонентность; 3) структурность и функционирование; 4) историко-генетическое свойства целостной системы ограниченность; 5) взаимодействие целостной системы и внешней среды(саморегулирование); 6) самоорганизация.

Все исследователи выделяют на первое место свойство интегративность качеств целостной системы. Она подчеркивает наличие новых интегративных качеств, не свойственных образующим ее частям. Для пойменных геосистем это свойство проявляется в том, взаимодействие реки и пойменных лугов повышает их продуктивность в несколько раз, по сравнению с продуктивностью лугов рядом, но на водораздельной части бассейна реки.

Тесно связан с этим свойством принцип эмержентности (в след А. М. Трофимовым предлагается использовать для характеристики свойств геосистем термин – принцип), который отмечает, что каждая система обладает единственным в своем роде сочетанием элементов с их особыми связями, поэтому и представляет собой нечто большее, чем просто сумму частей. Для геосистемы «река-пойма» это означает, что при освоении поймы необходимо учитывать не только  общие свойства всей системы, но и отдельных ее компонентов.

Второе свойство геосистем – компонентность целостной системы, которое характеризует целостные качества как результат взаимодействующих между собой компонентов, составляющих систему. При этом, целое обусловлено наличием частей, а часть есть результат целого.  В качестве компонентов обычно выступает часть системы, которая является в свою очередь сама системой. Элемент – это предел делимости системы в рамках данного качества. Уровень делимости пойменной геосистемы на части определяется уровнем задачи исследования – когда отслеживается влияние изменений величины половодий и возможностями сбора статистической информации о состоянии  компонентов геосистемы. В качестве компонентов выступают геоморфологические элементы системы – русло реки, прирусловая, центральная, притеррасная участки пойм,  почвы, растительность, животный мир – птицы, рыбы, ондатра, водяная полевка и др. В качестве элементарных единиц можно принять на уровне ландшафтных единиц – фацию, на флористическом уровне – биоценоз, на организменном – сообщество (для рыб, птиц и др.), популяцию (для ондатры, водяной полевки).