Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ASSESSMENT OF THE SUSTAINABILITY OF THE JANA BASIN LANDSCAPES

Nikolaeva N.A. 1
1 Federal State Budgetary Scientific Institution Federal Research Center «Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences» Institute of Physical and Technical Problems of the North named after V.P. Larionov
The development of the existing mineral resources of the Arctic zone of Yakutia is accompanied by an ever-increasing impact on the natural environment, which poses the task of developing special environmental requirements for management methods, with mandatory consideration of extreme climatic conditions and low sustainability of natural landscapes as relevant. On the vast territory of the Yana River basin, many mineral deposits are located, large mining complexes for the extraction of gold, silver, antimony are operating and are being built, there are enterprises of electric power industry and transport. Industrial production has a particularly negative effect on fragile northern landscapes, and in case of insufficient implementation of the necessary environmental measures, it can lead to extremely unfavorable, close to catastrophic environmental as well as social consequences. The rationale for reducing the negative consequences of the industrial development of the North should be carried out in strict accordance with the laws of the structure, processes and changes in the landscape structure, which provides a landscape approach and a differentiated assessment of the landscape’s natural resistance to anthropogenic stress. The assessment was carried out by ranking the main permafrost and biohydroclimatic indicators of landscape provinces. To prevent the negative consequences of anthropogenic pressure on natural landscapes, it is of paramount importance to assess the degree of their resistance to anthropogenic impact. For this, a number of the main landscape-forming factors of this territory were adopted and analyzed – permafrost (ice, temperature, thawing and freezing of frozen soils) and biohydroclimatic (phytomass, productivity, heat and moisture supply indicators). Their ranking according to the degree of influence on sustainability made it possible to assess the sustainability of natural complexes. As a result of the assessment, it was determined that all landscape provinces of the river basin Yana are assigned to natural complexes with varying degrees of instability. The nature of landscape resistance to anthropogenic pressures varies depending on the combination of permafrost and biohydroclimatic factors. So, the most unstable were natural complexes with low terraces, interalas, and shallow-valley types of landscapes. Provinces with mountain-slope, moraine, mountain-valley and valley types of landscapes are classified as unstable. Relatively unstable was a province with a mountain-top and flat-mountain top-landscape types. The results of assessing the degree of stability of the landscape provinces of the Arctic Yakutia according to bioclimatic and permafrost conditions allow us to outline ways of environmental protection.
Arctic
mining complexes
landscapes
permafrost and biohydroclimatic indicators
stability of landscapes
1. Aseev A.L., Lebedev M.P. The Concept of the Complex Scientific Research Program in the Republic of Sakha (Yakutia) // Ekonomika Vostoka Rossii. 2015. № 2 (4). P. 9–11 (in Russian).
2. The state and use of the mineral resource base of minerals of the Republic of Sakha (Yakutia). [Electronic resource]. URL: https://www.vnedra.ru/состояние-и-использование-минеральн-99/ (date of access: 08.08.2019) (in Russian).
3. Nikolaeva N.A., Pinigin D.D. To the question of natural complexes stability in the zone of Elginsky coal field development // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2016. V. 18. № 2–2. P. 457–461 (in Russian).
4. Shpolyanskaya N.A., Zotova L.I. Stability map of landscapes of permafrost zone of Western Siberia // Vestnik MGU. 1994. № 1. Seriya 5. Geografija. P. 56–65 (in Russian).
5. Konovalova T.I., Bessolitsyna E.P. Stability and directions of anthropogenic transformation of geosystems of the southern part of Central Siberia // Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Nauki o Zemle. 2011. № 2. P. 120–137 (in Russian).
6. Vasiliev I.S., Fedorov A.N., Varlamov S.P., Torgovkin Y.I., Vasiliev A.I., Shestakova A.A. Stability of cryogenic landscapes in the northern part of the railway line of Yakutia // Nauka i obrazovanie. 2009. № 2. P. 4–8 (in Russian).
7. Gorokhov A.N. Assessment of stability of permafrost landscapes in the Verkhoyansk district of the Republic of Sakha (Yakutia) // Geografija i geojekologija na sluzhbe nauki i innovacionnogo obrazovanija: materialy XI Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj Vsemirnomu Dnju Zemli i 100-letiju zapovednoj sistemy Rossii. Krasnojarsk: Izd-vo: KGU, 2016. P. 25–28 (in Russian).
8. Abalakov A.D., Lopatkin D.A. Mapping of Landscape Stability // Izvestija Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Nauki o Zemle. 2014. T. 8. P. 2–14 (in Russian).
9. Permafrost-landscape map of the Republic Sakha (Yakutia). Scale 1: 1 500 000 / ed. M.N. Zhelezniak. М., 2018. 2 р. (in Russian).
10. Fedorov A.N., Botulu T.A., Varlamov S.P. Permafrost landscapes of Yakutia: Explanatory note to the «Permafrost-landscape map of the Yakut Autonomous Soviet Socialist Republic». Novosibirsk, 1989. 170 p. (in Russian).

Для устойчивого развития арктической зоны Республики Саха (Якутия) необходимо освоение труднодоступных минерально-сырьевых ресурсов в экстремальных природно-климатических условиях. Но в связи с низкой степенью изученности экологических последствий техногенного воздействия на состояние природных комплексов неотлагательно требуются опережающие научно-исследовательские работы. «В качестве приоритетных направлений исследований по изучению экологии арктических и субарктических районов Якутии выделяется изучение устойчивости мерзлотных экосистем» [1, с. 9].

Обширный бассейн р. Яны занимает площади трех административных районов Республики Саха (Якутии) – Усть-Янского, Верхоянского и северную оконечность Кобяйского. К территории приурочены месторождения полезных ископаемых – золота, олова, серебра, вольфрама, ртути, свинца, меди. Действуют и строятся крупные горнодобывающие комплексы по добыче месторождения золота «Кючус», серебра «Мангазейское» и «Прогноз», золота и сурьмы «Сентачан» [2]. Кроме них, имеются предприятия электроэнергетики, транспорта, местной промышленности и сельского хозяйства. Промышленное освоение особенно негативно воздействует на уязвимые северные ландшафты, а в случае недостаточной реализации необходимых природоохранных мероприятий может привести к крайне неблагоприятным, близким к катастрофическим экологическим, а также социальным последствиям. Одним из путей решения этих проблем может стать применение ландшафтных методов, обеспечивающих экологические исследования, в том числе задачи оценки степени устойчивости ландшафтов к техногенному воздействию, предотвращения негативных последствий техногенной нагрузки на природные ландшафты.

Цель работы: оценка степени устойчивости ландшафтов в соответствии с закономерностями строения и их изменения под воздействием техногенных факторов [3].

Цель исследования: оценка степени устойчивости ландшафтов бассейна р. Яны в условиях воздействия промышленного освоения на изменение природной среды.

Материалы и методы исследования

Оценка устойчивости ландшафтов бассейна р. Яны к механическим нарушениям была произведена путем применения методики [4].

Устойчивость ландшафтов Севера и Сибири и ее проблемы рассматривались многими авторами [5–7], причем основными критериями устойчивости различными авторами принимаются разные факторы. При антропогенном воздействии и изменении криогенных ландшафтов их основные свойства обусловлены двумя главными характеристиками: льдистостью и среднегодовой температурой, температурой многолетнемерзлых пород. «Именно они являются свойствами литогенной основы ландшафтов до нарушения и определяют характер большинства их составляющих (растительности, глубины сезонного протаивания-промерзания, мерзлотно-геологических процессов)» [7, с. 26].

Для устойчивости мерзлотных ландшафтов при механических нарушениях большое значение имеет уровень «природного экологического потенциала ландшафта, главным показателем которого является индекс биологической эффективности климата» [8, с. 4], основанного на соотношении тепла и влаги, от которых зависит биологическая продуктивность ландшафта. Таким образом, для оценки устойчивости ландшафтов бассейна р. Яны были приняты их мерзлотно-литогенные, климатические и биологические характеристики.

Результаты исследования
и их обсуждение

Ландшафтный анализ, включающий в себя методы оценки устойчивости, предопределяет необходимость изучения ландшафтной структуры территории исследования.

Бассейн р. Яны принадлежит физико-географической стране Северо-Восточная Сибирь и занимает пространство нескольких ландшафтных провинций. Физико-географические особенности региона позволили подразделить его на шесть провинций, входящих в состав четырех групп ландшафтных провинций: Нижне-Янскую озерно-термокарстовую, Куларскую низкогорную, Полоусненскую низкогорную, Приверхоянскую моренную, Янскую плоскогорную и Орулганскую среднегорную [9, 10].

Ландшафтную структуру изучаемой территории составляют следующие типы местности: горно-привершинный, плоскогорно-привершинный, горно-склоновый, предгорный моренный. горно-долинный террасовый, ледниково-долинный, горно-долинный, межаласный. аласный, моренный. низкотеррасовый и мелкодолинный [7].

Краткая ландшафтная характеристика провинций: В.II.2. Провинция Нижне-Янская озерно-термокарстовая. Типы природных комплексов – горно-склоновый, горно-привершинный и плоскогорно-привершинный, а также долинные. Характерны низко- и среднегорные кустарничковые тундры, а также предтундровые ернико- и кустарничково-моховые, часто заболоченные редколесья по долинам рек, минимально- и низкопродуктивные, очень холодные и холодные, влажность колеблется от избыточно-влажных до сухих местообитаний. В устье реки представлена низкотеррасовой поймой и террасами дельтовой аллювиально-аккумулятивной равнины. Левобережье представлено межаласным ландшафтом с южнотундровыми и лиственничными рединами и редколесьями, на правобережье – северотаежным, с плоскоравнинной поверхностью озерно-аллювиальных равнин; В.IV.3. Провинция Куларская низкогорная. Типы природных комплексов – горно-склоновый, горно-привершинный, плоскогорно-привершинный и долинный. Характерны высокогорные пустыни, кустарничковые тундры, низко- и среднегорные кустарничковые тундры, а также предтундровые ерниковые и кустарничково-моховые, часто заболоченные редколесья по долинам рек, минимально- и низкопродуктивные, очень холодные и холодные. Влажность колеблется от избыточно-влажных до сухих местообитаний; В.IV.4. Провинция Полоусненская низкогорная. Горно-склоновые, горно-привершинные, горно-долинные, плоскогорно-привершинные ландшафты сочетаются с межаласными и аласными. Покрыты пустынями горными эпифитно-лишайниковыми, тундрами горными каменистыми, лишайниковыми и заболоченными, а также низко- и среднегорными лиственничными редколесьями ерниковыми и кустарничково-лишайниковыми. Местообитания очень холодные, холодные, минимально и низкопродуктивные, избыточно и недостаточно влажные; В.V.1. Провинция Приверхоянская моренная. В целом характерно распространение плоскогорно-привершинных и горно-склоновых природных комплексов. Растительный покров представлен горными тундрами лишайниковыми и кустарничковыми, ерниковыми и заболоченными, а также лиственничными редколесьями и рединами кустарничковыми и лишайничковыми; В.V.2. Провинция Янская плоскогорная. Выровненные поверхности плоскогорий, поросшие горными тундрами, лиственничным редколесьем и зарослями кедрового стланика, а также денудационных останцов, плоскогорий и долин горных рек составляют основную часть территории. Юго-восточная часть провинции занята моренными, межаласными и аласными ландшафтами, на которых призрастают северотаежные лиственничные редколесья ерниковые и кустарничково-лишайниковые. Местообитания минимально-продуктивные, умеренно-холодные, сухие; В.VI.1. Провинция Орулганская среднегорная. Сложный рельеф составляют горы, среди которых выделяются выровненные участки горных хребтов, их склоны, пологие поверхности межгорной котловины, днища троговых долин, ледниковые долины, морены. В пределах исследуемой территории растительность в основном представлена горными арктическими пустынями и горными тундрами лишайниковыми и зарослями кедрового стланика. Горные редколесья представлены фрагментарно. Местообитания низкопродуктивные, холодные,
влажные [10].

Для оценки устойчивости ландшафтных провинций бассейна р. Яны приняты основные факторы их формирования [3]. Это мерзлотные и биоклиматические показатели, приведенные соответственно по [9, 10] и отраженные в табл. 1.

Каждой ландшафтной провинции были присвоены полученные экспертным путем оценочные баллы от 1 до 4, при этом с понижением устойчивости повышается балл [3]. Выделены 4 градации по степени влияния определенного фактора на снижение устойчивости ландшафта: не влияет – 1 балл; слабо влияет – 2; заметно влияет – 3; нарушает – 4 балла. По сумме баллов можно оценить степень устойчивости конкретной ландшафтной провинции. Так, более устойчивым ландшафтам был присвоен меньший общий балл (табл. 2).

Расчеты позволили дать оценку устойчивости группам ландшафтных провинций бассейна р. Яны по следующей шкале ранжирования: относительно устойчивые – менее 15; относительно неустойчивые – 15–18 баллов; неустойчивые – 19–23 балла; 24 и более – крайне неустойчивые. Расчеты позволили дать оценку устойчивости группам ландшафтных провинций бассейна р. Яны по следующей шкале ранжирования: относительно устойчивые – менее 15; относительно неустойчивые – 15–18 баллов; неустойчивые – 19–23 балла; 24 и более – крайне неустойчивые.

Таблица 1

Биоклиматические и мерзлотные факторы формирования ландшафтных провинций территории бассейна реки Яны

Обозначение

Продуктивность, ц/га

Запасы фитомассы, ц/га

Теплообеспеченнос,ть, град.

Радаиационный индекс сухости,

ккал см2/год

Мощность *(стс смс), м

Температура пород на подошве слоя годовых колебаний (средн../мин.), °C

Объемная льдистость пород, %

Характер распространения многолетнемерзлых пород

B.II-2.

минимально
продуктивные,

< 20

ок. 20–130

очень холодные

и холодные < 600

недостаточно влажные,

1,5–2,0

0,15 –0,8

– 4…–12

т 70–85

с 40–75

п 30–50

сплошной с подрусловыми таликами

B.IV.3.

минимально

(< 20) и низкопродуктивные 20–40

ок. 70

очень холодные и холодные

< 600

избыточно влажные (менее 0,5) и сухие

0,5–2,0

0,4–1,5

–7,5…–10

сщ 30–70

пщ 25–45

гоз 25–65

сплошной

B.IV.4.

минимально

(< 20) и низкопродуктивные 20–40

ок. 70

очень холодные

и холодные < 600

избыточно (< 0,5) и недостаточно влажные,

0,5–1,5

0,4–1,5

–7,5…–10

сщ 30–70

пщ 25–45

гоз 25–65

сплошной

B.V.1.

минимально
продуктивные

< 20

ок. 1000

холодные,

600–800

сухие,

2,0–2,5

0,6–1,8

–3… –6

сщ 30–70

пщ 25–45

гоз 25–65

сплошной

B.V.2.

минимально
продуктивные

< 20

ок. 1000

умеренно

холодные,

800–1000

сухие,

2,0–2,5

0,6–1,8

–3… –6

сщ 30–70

пщ 25–45

гоз 25–65

сплошной

B.VI.1.

низкопродуктивные, 20–40

ок. 70–1000

холодные 600–800

умеренно влажные,

1,0–1,5

подгольцовые

0,4–1,5

горно-редколесные

0,6–1,8

подгольцовые

–7,5… –10

горно-редколесные

–3… –6

сщ 30–70

пщ 25–45

гоз 25–65

сплошной

Примечание. * стс – сезонно-талый слой; смс – сезонно-мерзлый слой; п – песок; с – суглинок, супесь; т – торф ;гоз – грубообломочный с заполнителем; сщ – суглинок щебнистый; пщ – песок щебнистый.

Таблица 2

Оценка влияния природных факторов на снижение устойчивости ландшафтов

Биогидротермические

и геокриологические условия

Оценка влияния в баллах

1 балл

относительно устойчивые

2 балла

относительно неустойчивые

3 балла

неустойчивые

4 балла

крайне неустойчивые

Продуктивность,

ц/га

средне-
продуктивные,

40–60

низкопродуктивные,

20–40

минимально (< 20) и низкопродуктивные,

20–40

минимально продуктивные, менее 20

Теплообеспеченность, °С

умеренно
теплые, 1200–1400; 1400–1600

умеренно

холодные, 800–1000; 1000–1200

холодные,

600–800

очень холодные, менее 600

Индекс сухости,

ккал·м2/год

умеренно
влажные, 1,0–1,5

недостаточно влажные,

1,5–2,0;

избыточно-влажные,

менее 0,5

сухие,

2,0–2,5

Запасы фитомассы, ц/га

1200–2000

400–1000

70–400

20–130

Характер распространения многолетнемерзлых пород

прерывистый

сплошной с подрусловыми таликами

сплошной

сплошной

Температура грунтов, °С

от –50 и ниже

от –50 до –20

от –20 до–10

от –10 до + 10

Льдистость отложений (объемная), %

10–20

20–40

40–60

60 и более

Мощность сезонно-талого (стс) и сезонно-мерзлого (смс) слоев, м

1,5–2,0

0,8 –1,8

0,2–0,8

до 0,15

 

Таблица 3

Оценка влияния биоклиматических и мерзлотных условий на степень устойчивости ландшафтов бассейна р. Яны

Биоклиматические и мерзлотные факторы

Провинции

B.II.2

B.IV.3

B.IV.4

B.V.1

B.V.2

B.VI.1

Продуктивность, ц/га

4

3

3

4

4

2

Запасы фитомассы, ц/га

4

4

4

2

2

2

Теплообеспеченность, °С

4

4

4

3

2

3

Индекс сухости, ккал•м2/год

2

3

2

4

4

1

Мощность сезонно-талого (стс) и сезонно-мерзлого (смс) слоев, м

3

2

2

2

2

2

Температура грунтов, °С

1

1

1

2

2

1

Льдистость поверхностных отложений (объемная), %

4

3

3

3

3

3

Характер распространения многолетнемерзлых пород, ммп

2

1

1

1

1

1

Сумма баллов

24

21

21

21

20

15

Степень устойчивости

крайне неустой.

неустой.

неустойч.

неустойч.

неустойч.

относит. неустойч.

 

В табл. 3 дана суммарная оценка степени устойчивости была произведена для ландшафтных провинций бассейна р. Яны.

Анализ полученных результатов позволил дать оценку устойчивости природных комплексов бассейна р. Яны. Нижне-Янская тундровая ландшафтная провинция с низкотеррасовым ландшафтом поймы в устье реки, относящаяся к субарктическим и арктическим тундрам, определена как природный комплекс крайней степени неустойчивости. Куларская и Полоусненская с преобладанием горнотундровых природных комплексов и заболоченными редколесьями по долинам рек, отнесены к неустойчивым. Приверхоянская моренная и Янская плоскогорная провинции с преобладанием горноредколесных природных комплексов также отнесены к ландшафтам к неустойчивым. И лишь Орулганская среднегорная провинция с горнотундровыми и горноредколесными ландшафтами, представленными горными арктическими пустынями и горными тундрами лишайниковыми и зарослями кедрового стланика, определена как относительно неустойчивая.

Выводы

Таким образом, все ландшафтные провинции бассейна р. Яны отнесены к природным комплексам с различной степенью неустойчивости. Характер устойчивости ландшафтов к антропогенным нагрузкам меняется в зависимости от сочетания мерзлотных и биогидроклиматических факторов. Так, наиболее неустойчивыми явились природные комплексы с низкотеррасовым, межаласным и мелкодолинным типами ландшафтов. Провинции с горносклоновым, моренным, горно-долинным и долинным типами ландшафтов отнесены к неустойчивым. Относительно неустойчивой явилась провинция с горнопривершинным и плоскогорнопривершинным типами ландшафтов.