ОЦЕНКА РОЛИ ВЫНОСА СОЛЕЙ ОСУШЕННОГО ДНА АРАЛЬСКОГО МОРЯ В ЭВОЛЮЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ЮЖНОГО ПРИАРАЛЬЯ

АННОТАЦИЯ

В статье исследованы количественные изменения растительного покрова в Южном Приаралье в целом, обусловленные воздействием выносом солей с осушенного дна Аральского моря во время длительного периода 1961–2024 гг. Исключая видовые трансформации, эволюция растительного покрова в данной работе рассматривается в аспекте сокращения площадей, покрытых растительностью. Конкретнее, методами моделирования агрегировано, а также исследуется пространственная временная динамика общего проективного покрытия растительного покрова в Южном Приаралье в зависимости от среднегодового выпадения сульфатов с Аралкума. Результаты исследования представлены как формализованные закономерности деградации растительного покрова и картографические изображения полей выпадения солей с осушенного дна Аральского моря и полей изменения общего проективного покрытия по десятилетиям периода 1961–2024 гг. Воздействие выноса солей определяется запылением надкорневой системы растений и увеличением засоленности почв.

ABSTRACT

The article examines quantitative changes in the vegetation cover in the Southern Aral Sea region as a whole, caused by the impact of salt removal from the dried bottom of the Aral Sea over a long period from 1961 to 2024. Excluding species transformations, the evolution of vegetation cover in this work is considered in terms of the reduction of areas covered by vegetation. More specifically, the spatial and temporal dynamics of the total projective cover of vegetation in the Southern Aral Sea region are studied in an aggregated manner, depending on the average annual fallout of sulfates from the Aral Sea. The results of the study are presented as formalized patterns of vegetation degradation and cartographic images of salt deposition fields from the dried bottom of the Aral Sea and fields of change in the total projective cover by decades of the period 1961-2024. The impact of salt removal is determined by dusting of the root system of plants and an increase in soil salinity.

Ключевые слова: Аралкум, Южное Приаралье, растительный покров, вынос солей, проективное покрытие, плато Устюрт.

Keywords: Aralkum, Southern Aral Sea region, Vegetation cover, Salt removal, Projective cover, Ustyurt plateau.

Введение. Растительный покров (РП) планеты является базисным элементом глобальной биоты, значение которого трудно переоценить. Исключительно положительное воздействие растений на окружающую среду общеизвестно и определяется длинным рядом экосистемных услуг. Тем не менее, также общеизвестно, какой огромный урон растительному покрову наносится человечеством. Беспощадная вырубка лесов, перевыпас на пастбищах, урбанизация и многое другое обусловливают устойчивую тенденцию деградации РП во многих регионах Земли. Кроме антропогенного стресса РП в настоящее время испытывает и климатический стресс, связанный с участившимися засухами, экстраординарными наводнениями и ураганами вследствие глобального потепления.

Понимая большую роль растительного покрова в мелиорации климата, сдерживания миграции песков и пыли, а также им подобных факторов, во всем мире предпринимаются многочисленные акции по восстановлению площадей растительности. В этом отношении необходимо особо отметить вклады Норвегии в восстановление джунглей Амазонки и Китая, создавшего Зеленую стену площадью 100 млн.га [11]. Однако надо признать, что даже эти масштабные меры не уменьшают темпы деградации РП на планете.

Особенно динамична деградации растительного покрова в Южном Приаралье – эпицентре Аральского кризиса. Эволюция ландшафтов в Южном Приаралье идет в направлении формирования пустынных комплексов [4]. Ухудшение водно-солевого режима привело к резкой трансформации флористического разнообразия Южного Приаралья. Так, площадь тростников сократилась с 600 тыс. га до 30 тыс. га, а тугайных лесов – с 1300 до 50 тыс. га [14]. Засоление более глубоких горизонтов почвенного слоя приводит к ухудшению эдафических условий для типичных ксерофитов. Это вызывает постепенную перестройку видового состава растительных сообществ с переходом от ксерофитных видов к галоксерофитным и галофитным. Такая перестройка сопровождается уменьшением общего количества растительности и отмиранием ряда видов, ответственных за укрепление барханных песков. Так, на плато Устюрт, характеризующемся высокой степенью засоленности почвогрунтов, дополнительный приток хлоридно-сульфатных солей отрицательно сказывается, прежде всего, на черносаксаульниках, например, во впадине Ассаке-Аудан [1].

Факторами происходящих изменений флоры Приаралья являются ухудшение водно-солевого режима региона, снижение влажности воздуха, повышение температур вегетационного периода, уменьшение количества осадков и ветровой вынос (ВС) минерального аэрозоля с пустынных поверхностей. Действие факторов, кроме последнего, достаточно изучено качественными методами. Чтобы несколько восполнить этот пробел авторами статьи проводятся исследования по влиянию ВС с осушенного дна Аральского моря (ОДА) на растения [9].

Воздействие минеральной пыли на растения делится на два типа: механическое (повреждение стеблей, листьев и цветков растений, осаждение веществ на листья и забивание устьиц) и физиологическое (попадание загрязняющих веществ в прикорневую почву вместе с осадками и дальнейшее накопление в организме). Основное фитотоксическое действие солевой пыли проявляется нарушением процессов дыхания и фотосинтеза, в итоге наблюдается угнетение вегетативных органов растений, некроз, хлороз и отмирание листьев. Отмечено, что из-за выноса солей с осушенного дна Арала урожайность хлопчатника падает до 10 %, продуктивность пастбищ – до 50 %. В настоящее время за вегетационный период в среднем выпадает 250 кг/га солей. Кроме того, накопление токсичных сульфатов в с/х растениях обусловливают риски их экологической безопасности при пищевом потреблении [2].

Несмотря на важность проблемы охраны окружающей среды от загрязнения антропогенным и естественным аэрозолем, исследования по влиянию аэрозольного загрязнения на растения малочисленны, а фактор атмосферного загрязнения как критерий в задачах оптимизации размещения сельскохозяйственного производства почти не представлен. И это несмотря на то, что критерий аэрозольного загрязнения можно поставить в один ряд с такими ключевыми критериями оптимизации как экономические затраты, природные ресурсы, климатические условия.

Для Южного Приаралья вследствие происходящего выноса солей с обсохшего дна Аральского моря особо актуальна задача выделения зон с различным уровнем осаждения солесодержащих хлоридно-сульфатных аэрозолей, при выборе площадей возделывания сельскохозяйственных культур по критерию минимальности экологической нагрузки от аэрозольного загрязнения. Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха употребляют ПДК – предельно допустимые концентрации, и ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни действия. На основе ПДК и ОБУВ (мг/м³) определяется класс экологической угрозы различных загрязнителей. Например, диоксины имеют 1 класс угрозы, а пыль – 3 класс угрозы. Ни один из указанных показателей не определен для оценки влияния выноса солей с обсохшего дна Аральского моря на растения. По этой причине нами начаты экспериментальные работы по определению степени воздействия сульфата натрия (преобладающей фракции выноса солей с Аралкума) на растения [9].

Исходя из известного тезиса «наука – это поиск закономерностей», наряду с конкретными эпизодическими проявлениями исследуемого процесса, важное научное значение имеет генерализованное его представление для выявления закономерностей и тенденций. Поэтому целью данной работы является исследование многолетней динамики процесса влияния ВС с Аралкума на РП.

Заметим, что в данной работе не учитывается бимодальность сухих атмосферных выпадений, имеющая место при сильных солепылевых бурях (СПБ), ввиду их исключительности, хотя значение второй моды (на расстоянии 300–500 км) при СПБ одного порядка со значением первой ближней к Аралкуму моды.

Методы. Наиболее предпочтительным для исследования эволюции РП в условиях дефицита данных наблюдения оказывается метод моделирования в сочетании с методами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В работе также применены методы статистического анализа и ГИС-технологий.

Расчеты проводились при следующих условиях и предположениях. Динамика общего проективного покрытия (ОПП) и выноса солей с Аралкума осреднена по десятилетиям периода моделирования, чтобы исключить межгодовые шумы. Ввиду крайней недостаточности данных наземного мониторинга по ОПП предполагалось, что оно пропорционально биоразнообразию растений (количеству видов), данные которого более представительны. Область моделирования охватывает все осушенное дно и прилегающие к нему территории до 300 км по нормали к границе акватории 1961 года. Глобальный период моделирования – 1961–2020 гг. – разделен на десятилетия (1961–1970, 1971–1980 и т.д.), поскольку это время существенных природных трансформаций, а также это традиционное в эколого-географических исследованиях разделение времени эволюции Аральского кризиса. Десятилетия нумеруются по хронологии: N=1 для 1961-1970 гг., N=2 для 1971–1980 гг. и т.д.

В работе [10] при условии, что деградация растительного покрова зависит от ухудшения водного режима в регионе и воздействия выноса солей, сопоставлением рядов данных по изменениям растительного покрова, расхода Амударьи в нижнем течении и расчетных данных по сухим выпадениям, с применением аппроксимации результатов численного моделирования получена следующая формула:

                                                           (1)

где С_кр – критическая величина сухих выпадений солей, при которой начинается деструкционное воздействие на растения (34 кг/га [6; 7; 8], С_н – сухие выпадения солевого аэрозоля, вычисляемые по формуле С_Н=3,3kVexp(–0,015x – 0,6), W_r=1,307exp(-0,0619t) – отношение расхода Амударьи в расчетном году к расходу 1961 года.

Если  проективное покрытие в данной точке в 1961 г., то очевидно,

                                                                  (2)

Поскольку в данной статье рассматривается только солевой фактор, т.е. влияние ВС, то в формуле 1 член с W_r опускается. Кроме того, необходимо учесть засоление почв Южного Приаралья солевым аэрозолем с Аралкума, происходящее вследствие вертикальной инфильтрации в почву сухих выпадений аэрозоля и вымывания его с осадками [10]:

                                                         (3)

где С_Н(x,z,t) – сухие выпадения, М_ос – минерализация жидких осадков, вычисляемая по формуле:

=,   ΔR = -1,5Е-5С³ + 6,1Е-4С² + 0,189С+1,81    (4)

   С – концентрация солей в атмосфере.

Зависимость уменьшения ОПП от ∆S_s выводится из закономерностей зависимости ОПП от засоления почв [5]:

∆ẟ_s=k ∆S_s                                                                    (5)

Окончательно деградация РП под влиянием ВС с ОДА в точке (х,у) в момент времени t выражается формулой:     

                                                    (6)

 Поле С_н вычислялось отдельно для каждого направления ветра по формуле, полученной в работе [10] аппроксимацией результатов численного моделирования длительного воздействия ВС с ОДА:

                       f_i (N)                                     (7)

где V (N) =  Р_в (N) S_сол (N) – годовой объем выноса солей со всего ОДА, Р_в  – потенциал выноса солей [10], S_сол (N) –  площадь солончаков, х  – расстояние от источника ВС (км), f _i (N) – повторяемость i-го направления ветра в N-ом десятилетии.

Динамика потенциала выноса солей (ПВС) описывается линейным уравнением Р_в(N)=-311N+7685, динамика S_сол/S_ос = 0,0069N3 - 0,0581N2 + 0,1578N - 0,07 [10].

Площадной источник выноса солей (Аралкум) аппроксимирован группой точечных источников (солончаков), что адекватно отражает реальность. Годовой вынос солей V (N) со всего Аралкума равен сумме выносов с каждого точечного источника V_k (N). Поле С_н для каждого источника вычислялось в полярной системе координат. Угол φ пробегает значения 8 румбов направления ветра. Полученное поле С_н  от  k-го источника проецируется на глобальную декартову систему координат ОХУ: С_н(r,φ)→С_н(Х,У), начало которой совмещено с левым нижним углом расчетной области, ось ОХ направлена по нижней границе, ось ОУ – по левой границе расчетной области (рис.1).  Поле приземной концентрации от всех источников очевидно равно сумме [С_н (Х, У)] _k.

Рисунок 1. Основные источники выноса солей

Используя формулу (6) степени повреждения РП солевым аэрозолем, получим пространственную динамику РП под влиянием солей с ОДА в N-ом десятилетии.

Данные. Исходной информацией являются немногочисленные публикации по данной тематике, спутниковые снимки, базы данных электронных ресурсов, архивы метеорологических данных по ветровому режиму, результаты проведенных авторами статьи полевых экспериментов [9]. Для обработки фактических и модельных данных использовались пространственно-временная интерполяция, корреляционный анализ, факторный анализ, ГИС-технологии.

Метеорологические параметры осреднялись по вегетативному периоду. Данные показывают тенденцию к увеличению скорости ветра, в то время как количество осадков уменьшилось в течение 2000–2020 годов [15]. То есть динамика метеопараметров способствует прогрессированию ВС.

Направление ветра над Аралкумом меняется от года к году. Различия в направлениях ВС обусловлены изменениями ОЦА, происходящими в результате смены циркуляционных эпох [7] и последствий глобального потепления. В целом приведенные данные свидетельствуют о том, что 70 % выноса солей происходит в направлении сектора запад-юг, т.е. на территорию Каракалпакстана [7].

Характер ветра и его разница между 850 гПа и 1000 гПа являются определяющими направления и силу атмосферного переноса аэрозоля. Вертикальный сдвиг ветра между 1000 и 850 гПа вызывает вторжение холодного воздуха с северного, северо-западного и северо-восточного направлений [15]. Но можно надежно использовать векторы ветра при 1000 гПа для обозначения поля приземного ветра [13].

Григорьев и Липатов [3] при анализе космических снимков за 1975–1981 гг. выявили три основных направления потоков пылевых шлейфов. В 60 % случаев пыльные бури были направлены на юго-запад, в 25 % – на запад, а остальные 15 % – на юг и юго-восток.

В Узбекистане, Казахстане и Туркменистане долгосрочная программа мониторинга осаждения пыли, которая охватила 21 станцию, показала, что в 2003–2010 гг. эоловый перенос пыли происходил в основном в южном направлении [12] (рис. 2). 

В   результате полевых экспериментов 2022–2024 гг. [9] были получены предварительные расчеты ПДК солей с ОДА (сульфатов натрия и калия, Na₂SO₄, K₂SO₄) для некоторых наиболее типичных сообществ дикорастущих растений. Длительное воздействие среднедекадных сухих выпадений Na₂(SO)₄ 5, 10, 15 и 20 г/м² выражается в уменьшении общего проективного покрытия к концу вегетативного периода (Climacoptera brachiata, Glycyrrhiza glabra, Climacoptera aralensis) в среднем на 10, 17, 25 и 30 %% соответственно. Разовое воздействие ВС: гибель растений (Aeluropus litoralis, Daucus acutiloba) происходит при пылевых бурях с концентрацией 20 мг/м³ в неблагоприятных условиях (ПБ с осадками) и при концентрации более 50 мг/м³ в обычных условиях (Artemisia terrae-albae, Artemisia turanica, Halimodendron, holidendron).

Рисунок 2. Направления выноса песка и пыли в Приаралье

Полученные данные использовались при определении С_кр – критической величины сухих выпадений солей, при которой начинается деструкционное воздействие на растения (34 кг/га).

Результаты. Вычисленные поля С_н – среднегодовой величины сухих выпадений солей, к примеру, для 1990 г. и 2024 г. изображены на рисунке 3. Наибольшее количество сухих выпадений солей в обоих годах приходится на Кунградский и Муйнакский районы, т.е. территории, расположенные к юго-западу от Аралкума.

Рисунок 3. Среднегодовые сухие выпадения солей  в 1990 году (а) и 2024 году (б) (кг/га)

Это свидетельствует о стабильности преобладающего направления выноса солей с осушенного дна. Сравнивая рисунок 3, можно отметить, насколько увеличилась зона влияния ВС с Аралкума. Если в 1990 году изолиния сухих выпадений 20 кг/га проходила в 150 км к югу и 500 км к юго-западу от Аралкума, то в 2024 году эта изолиния проходит уже в 300 км к югу и 800 км к юго-западу.

Соответствующие поля сокращения общего проективного покрытия (ОПП) РП отображены на рисунке 4. Зона существенного стресса (более 0,4 % в год уменьшения ОПП) в 1990 году занимала площадь 4,6 кв.км, а в 2024 – 20,1 кв.км.

Рисунок 4. Сокращения ОПП РП под влиянием сухих выпадений солей в 1990 году (а) и 2024 году (б) (%)

По результатам моделирования многолетней пространственно-временной динамики деградации РП в Южном Приаралье, получено обобщенное по региону формализованное выражение этой динамики (Рис. 5). Динамика сокращения ОПП как на Устюрте, так и в низовьях Амударьи подчиняется логарифмическому закону. Высокие в 1 десятилетии темпы динамики сокращения ОПП под влиянием ВС в последующих десятилетиях замедляются ввиду сукцессий с увеличением доли галофитов в РП, а также благодаря способности растений к адаптации.

Рисунок 5. Влияние выноса солей (сухие выпадения) солей на Устюрте и в низовьях Амударьи

Ратификация результатов моделирования проводилась по имеющимся фактическим данным общего проективного покрытия, пространственное (площади) сопоставление модельных и реальных данных выполнялось обработкой снимков с ИСЗ при помощи программы LpSquare.

Заключение. В данной работе дана количественная оценка влияния выноса солей с Аралкума на значения общего проективного покрытия (ОПП) растительного покрова. Соответственно рассмотрен только один аспект эволюции РП – сокращение площадей растительности. Эффект солевого фактора существенно увеличивается при учете сукцессий и физиологических деструктивных процессов под влиянием солей с Аралкума. По результатам исследования сделаны следующие выводы.

1. Сокращение ОПП под влиянием ВС прогрессирует со средними темпами 0,4 % в год. Если в 1990 году среднее по региону (включая Аралкум) сокращение за вегетативный сезон было 1,4 %, то в 2024 эта цифра возросла до 18,3 % в год.
2. Наибольший эффект ВС оказывает на Кунградский и Муйнакский районы, где сокращение площадей, покрытых растительностью за вегетативный сезон в 2024 году равно соответственно 9,1 % и 13,7 %.
3. Сложив ежегодные сокращения ОПП за весь период Аральского кризиса, получим внушающее значение деградации РП по региону – от 20 до 50 %%.
4. Оценка зависимости процесса от какого-либо фактора осложняется ввиду взаимодействий как самого процесса, так и фактора с другими элементами и процессами ОС. При исследовании влияния ВС на растения в полевых экспериментах – это метеорологические условия (ветер, осадки). Чтобы исключить влияние метеоусловий, необходимы лабораторные эксперименты в закрытых помещениях.
5. Полевые эксперименты необходимо продолжить и детализировать ввиду остающихся неопределенностей (ПДК с видовой дифференциацией, вклады по отдельности способов воздействия, дифференциация влияния местных условий (механический и минеральный состав почв), влияние хода метеоусловий и др.).
6. Учитывая снижение биомассы и продуктивности растений до 10–20 %% под влиянием сульфатов с осушенного дна Арала актуально расширение исследований по данной тематике, интенсификация разработок по мерам снижения ВС с Аралкума, включая искусственное осадкообразование.

Список литературы:

1. Алланазаров К.Ж., Сатбаев Т. Климатические условия, агроклиматические ресурсы дельты Амударьи и их изменения в связи с опустыниванием // Изучение экологических проблем Приаралья: сб. мат. научно-практ. конф. – Нукус, 2005.
2. Аральское море и Приаралье [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.cawaterinfo.net/library/rus/watlib/watlib-16-2015.pdf (дата обращения 01.08.2025)
3. Григорьев А.А., Липатов В.Б. Пыльные бури по данным космических исследований. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – С. 31.
4. Духовный В.А., Разаков P.M., Рузиев И.Б., Косназаров К.К. Проблемы Аральского моря и природоохранные мероприятия // Проблемы освоения пустынь. – 1984. – № 6. – C. 3–15.
5. Кубланов Ж.Ж., Тлеумуратова Б.С. Некоторые вопросы развития фитоценозов на осушенном дне Аральского моря // Вестник ККО АН РУз. –Нукус, 2022. – №3. – С. 69–75.
6. Сафаров А. 2005. Влияние засоления почвы на развитие и продуктивность Амаранта // Изучение экологических проблем Приаралья: сб. мат. науч.-практ. конф. – Нукус, 2005.
7. Субботина О.И., Чанышева С.Г. Климат Приаралья. – Ташкент: НИГМИ, 2006. – 170 с.
8. Тажимуратов П., Пиржанова Р., Сейтниязова Б. Изменение фитоценоза приморской полосы Устюрта при аридизации // Изучение экологических проблем Приаралья: сб. докладов респ. конф. – Нукус: Билим, 2005. – С.3–4.
9. Тлеумуратова Б.С., Кубланов Ж.Ж., Урумбаев А.Е. Загрязнение растительного покрова сульфатами с осушенного дна Аральского моря // Вестник ККО АН РУз. – Нукус, 2024. – № 1. – С.54–60.
10. Тлеумуратова Б.С. Математическое моделирование влияния трансформаций экосистемы Южного Приаралья на почвенно–климатические условия: дисс. … д–ра физ.-мат. наук. – Ташкент, 2018. – 209 с.
11. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ecosphere.press/2023/08/14/velikaya-zelenaya-stena-proekt-nadezhda-afrikanskogo-kontinenta/(дата обращения: 18.09.2025).
12. Groll M. et al. Aeolian dust deposition in the Aral Sea region–a spatial and temporal analysis of an ecological crisis. – 2003.
13. Lamei Shi, Jiahua Zhang, Fengmei Yao, Da Zhang, Huadong Guo. Temporal variation of dust emissions in dust sources over Central Asia in recent decades and the climate linkages // Atmospheric Environment. – 2020. – Vol. 222. – Pp. 117–176.
14. Novikova N.M. Contemporary plant and soil cover changes in the Amudarya and Syrdarya river deltas // Ecological research and monitoring of the Aral Sea. – UNESCO. – 1998. – Pp.100–128.
15. Wang W., Samat A., Abuduwaili J., Ge Y., De Maeyer P., Van de Voorde T. Temporal characterization of sand and dust storm activity and its climatic and terrestrial drivers in the Aral Sea region // Atmospheric Research. – Vol. 275. –  106242. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2022.106242