Влияние осушительных систем на природу прилегающих территорий

Размер зоны гидрогеологического влияния определяется:

глубиной дренажа,

расстоянием между дренами регулирующей и проводящей сетей,

типом регулирования,

литологическим составом пород,

мощностью водоносного горизонта,

уклонами рельефа,

сезонными погодными условиями,

свойствами геокомплексов на прилегающей территории.

Понижение уровня грунтовых вод на прилегающей к мелиоративной системе территории наблюдается в зоне, шириной от нескольких сотен метров до 3-6 км (Маслов, 1975). Зона влияния осушительных систем на снижение уровня почвенных и грунтовых вод сопоставима с площадью осушения и составляет 12-15 млн га. В слабоводопроницаемых грунтах (глинах, средних и тяжелых суглинках) влияние осушения на грунтовые воды практически затухает на расстоянии 50-100 м от дренажа. На осушительных системах, расположенных на юге лесной зоны (Полесье, Мещера), ширина зоны влияния при прочих равных физико-географических условиях больше, чем на северных системах (Карелия, Архангельская обл.). Этот факт объясняется большей продолжительностью теплого периода, а следовательно, и периода дренирования на юге лесной зоны, по сравнению с северной, средней и южной тайгой.

Снижение уровня грунтовых вод определяет две цепочки причинно-следственных связей: одна проявляется в изменении ландшафтно-геохимических условий, почвенного и растительного покрова; другая связана со снижением затрат тепла на физическое испарение, изменениями в структуре радиационного и теплового балансов, что, наряду с альбедо деятельной поверхности, формирует новый микроклимат. Обобщение данных по изменению радиационного и теплового балансов осушенных территорий произведено В. Н. Адаменко (1979).

Микроклиматический эффект осушения наиболее ярко проявляется в изменении температуры поверхности почвы. В летнее время на осушенном болоте в дневные часы температура поверхности почвы обычно на 1-5° выше, чем на болоте. Осушение приводит к росту суточной амплитуды температуры в разные сезоны года от 2,5 до 6,5° в период активной вегетации растений. Возрастают абсолютные значения минимальных температур на поверхности почвы, обычно на 1-3° в сроки наблюдений 1 и 7 ч и на 0,3-2,0° в 19 ч. Максимальные температуры поверхности почвы обычно на 3-5° выше на осушенных землях, чем на болоте.

Выравнивание рельефа после осушения и проведения куль-туртехнических работ снижает шероховатость поверхности и приводит к увеличению скорости ветра по сравнению с неосушенным болотом в дневные часы на 1-1,2 м/с. В утренние часы различия малы, а на срок 19 ч за счет большей неустойчивости воздуха над более теплым болотом (июль-август скорость ветра на болоте выше на 0,5-0,8 м/с. Удаление кустарников и сглаживание полей приводит к значительному перераспределению снежного покрова и интенсивному метелевому переносу. Основная часть осушенных земель, за исключением пограничных зон с лесами и кустарниками, имеет запас влаги на 10% меньше средних фоновых значений. Осушение приводит к большей глубине промерзания осушенного торфяника, на 20 - 30 см, что характерно для условий Карелии, Полесья, Смоленской обл. и Мещеры. Таким образом, с осушением связано появление новых устойчивых черт в режимах тепла и влаги, в микроклимате прилегающей территории, наиболее ярко - на массивах осушения площадью более 500 га.

Ландшафтно-геохимические аспекты воздействия осушительных систем на прилегающую территорию.

Уничтожение или резкое сокращение природных геохимических и биологических барьеров (низинных болот) способствует выносу химических элементов из осушаемого массива. Существующая в настоящее время довольно обширная геохимическая информация относится к мелиоративным системам, расположенным в среднетаежных ландшафтах Карелии (Корзинская низина), в полесских ландшафтах Украины и Белоруссии (бассейн Припяти и Орессы) и Рязанской Мещеры, в ландшафтах смешанных лесов Тверской обл. и др. Детальные исследования проводятся на польдерах Калининградской (пойма Немана), Московской (долина Яхромы), Пермской (пойма Камы) и Смоленской областей, на Кировской лугоболотной станции, во Львовском Полесье, в Эстонии и др.

Обобщение литературного материала и результаты исследований географического факультета МГУ в Мещерской низменности (Авессаломова, 1990) позволяют установить основные черты ландшафтно-геохимических изменений. Результатом интенсификации биологического круговорота элементов является увеличение содержания подвижных форм элементов в почве. В верхних горизонтах мелиорированных почв растет содержание подвижного азота и фосфора по сравнению с торфами низинных болот. Это свидетельствует об улучшении обеспеченности почвогрунтов элементами питания растений. На фоне повышения содержания подвижного азота под культурными лугами резко выделяется увеличение азота нитратов по сравнению с аммонийным. В пахотном горизонте оно может возрастать в 20 раз, тогда как соотношение между этими формами в низинных болотах противоположно. Для более северных районов, например Тверскои обл., отмечено, что при высоком содержании общего азота его переход в аммиачную или нитратную форму происходит медленнее, что не обеспечивает нормальный рост растении в первые годы освоения осушенных земель (Бишоф, Калмыков, 1972).

Другой аспект функционирования ПТС, связанный с интенсификацией бика, -- изменение состава вод супераквальных ландшафтов, по сравнению с исходным. Наблюдается увеличение минерализации грунтовых вод лугово-болотных почв, интенсивности водной миграции Са, С1, снижение содержания Сорг и общего азота. Многие биогенные элементы мигрируют в составе органических соединений. Повышение минерализации грунтовых вод установлено для мелиоративных систем Полесья, Нечерноземного Урала, Мещерской низменности и других районов. Однако после заметного увеличения минерализации грунтовых вод в первые годы эксплуатации мелиоративных систем далее достигается равновесие и некоторое снижение минерализации в связи с выносом химических элементов за пределы дренажной сети.

К числу сильных периодически действующих источников относится внесение удобрений. Изучение этого фактора в продуктивности агроценозов показывает, что на создание биомассы расходуется менее половины питательных веществ, в частности за счет потерь элементов питания с потоками грунтовых вод (Чазов, Дроздов, 1974; Авессаломова, 1990). Это позволяет рекомендовать вместо одноразового предпосевного внесения удобрений многоразовое, когда регулирование их поступления дает более эффективный результат.

Данные об изменении щелочно-кислотных показателей противоречивы. Одни авторы отмечают повышение рН мелиорированных почв в связи с выносом оснований в грунтовые воды, отчуждением химических элементов с урожаем, воздействием физиологически кислых фосфорных и калийных удобрений. Другие исследователи (Шаманаев) указывают на снижение рН. Видимо, многое зависит от характера возделываемых культур. Следует также иметь в виду, кислую реакцию атмосферных осадков, что ранее в расчет не принималось при объяснении кислой реакции дерново-подзолистых почв.

Новым признаком осушенных почв и почв прилегающей территории является их окислительно-восстановительная вертикальная зональность. В верхней части профиля до 20-35 см формируются окислительные условия. Далее преобладают восстановительные условия. На контакте обстановок возникает площадной кислородный геохимический барьер. В зоне закрытого дренажа при выходе глеевых вод из труб возникают локальные кислородные барьеры. Из-за осаждения Fe и органического вещества вода в дренах прозрачная.

В зонах кислородного барьера накапливается широкий круг элементов, хотя причины концентрации различны; при подъеме грунтовых вод по капиллярам к поверхности в связи с заменой *восстановительной среды на окислительную происходит накопление Fe, Cо, Mn (Fe и Mn-- хорошие сорбенты). Mo, P, V, Сг сорбируются гидроксидами железа; Ва, Zn, Ni, Со, Cu - гидроксидами марганца.

Сопоставление состава новообразований на латеральном "кольцеобразном" барьере в естественных геохимических сопряжениях и на "площадном" кислородном барьере в зоне осушения показывает, что они различаются по комплексу накапливающихся микроэлементов.

В пограничной полосе мелиоративная система - лес, гипсометрически и геоморфологически совпадающей на Вожской системе с границей между древней ложбиной стока и полого-волнистой водно-ледниковой зандровой равниной, где уровень грунтовых вод после осушения болот понизился на 1 м, происходит резкая смена условий миграции элементов и развивается кислородное выщелачивание под торфяным горизонтом почв.

Интегральным показателем последствий геохимической перестройки ландшафтов выступает сток дренажных канав. Воды дренажных канав в лесной зоне чаще всего относятся к гид-рокарбонатно-кальциевым. Большинство исследователей отмечают рост минерализации и выноса кальция, хлора, сульфат-иона и соединений азота, что свидетельствует об усилении их миграции под влиянием осушения. Изменения носят сезонный характер и весной снижают разбавляющий эффект талых снеговых вод. Потеря вещества с дренажным стоком относится к отрицательным последствиям функционирования ГТС. В районах с обилием озер, которые принимают дренажный сток, снижается рыбопродуктивность и возникают благоприятные условия для евтрофирования.

Структура зоны влияния осушительных систем. В зоне гидрогеологического влияния осушительных систем спустя 10-15 лет после их создания четко обозначаются две подзоны:

структурной перестройки компонентов природных 'комплексов и количественных изменений;

вторая подзона иногда мелкоконтурна и фрагментарна. В пределах подзон влияния прослеживаются пояса увеличения и снижения биологической продукции ландшафта. Дифференциация знака влияния осушения на ландшафты прилегающей территории -- одна из основных черт зоны влияния.

Можно выделить две группы ПТК, в зонах влияния: лесные и луговые. Границы зон, подзон и поясов влияния на древесный ярус выявляют в процессе полевых исследований и обработки дендрохронологической информации путем группировки точек отбора спилов и кернов деревьев. Группировка производится по степени изменения прироста за сравниваемые периоды до и после образования дренажа для каждого типа леса. Одновременно за тот же период устанавливается тенденция изменения прироста в типах леса -- аналогах вне зоны влияния. Это метод пространственных соотношений приростов. Затем на крупномасштабной ландшафтной карте наносится ареал зон, подзон и поясов влияния. Практически первостепенное значение имеют две границы: внешняя, или верхняя, за пределами которой изменений в продуктивности лесных сообществ не наблюдается, и граница смены знака влияния (положительного на отрицательное или наоборот).

Влияние осушения на луговые комплексы требует длительных стационарных наблюдений за их видовым составом и продукцией фитомассы. Такие исследования осуществлены в Белорусском Полесье и Мещерской низменности (Парфенов и Ким, 1976; Дьяконов и др., 1984; Сперанская, 1990 и т. д.). Влияние осушения на луга дифференцировано в зависимости от гипсометрического уровня. Сравнительный анализ видового состава и продукции лугов разных уровней попарно, когда одна из групп расположена в предполагаемой зоне влияния, а другая вне ее, позволяет сделать некоторые выводы.

Размер зоны влияния носит пульсирующий характер. Она больше в сухие годы и уменьшается во влажные.

Знак влияния на продуктивность дифференцирован по высотным уровням. В целом снижение продуктивности лугов за 10 лет существования системы составило 20%. В наибольшей степени снижение проявилось на лугах низкого и среднего уровней выровненных поверхностей и склонов (глубина вод до осушения - от 0,3 до 1,2 м). Это наиболее чувствительные сообщества. Причина - отрыв капиллярной каймы от корнеоби-таемого слоя.

Выявлена также дифференциация знака влияния по годам пределах одного гипсометрического уровня.

Вопрос о взаимоотношении птиц и осушительной мелиорации имеет важное практическое значение. В мире известно свыше 5 тыс. видов насекомых, приносящих вред сельскому хозяйству. Общие потери урожая от вредителей достигают 20%, а в отдельные годы гибель урожая может достигать 50 процентов и более. Использование птиц как биологического, экологически чистого средства борьбы с вредителями сельского хозяйства имеет большое преимущество, прежде всего из-за дешевизны и относительно высокой эффективности.

По Д. М. Очагову (1990), в результате мелиорации птицы испытывают на себе влияние (в целом негативное) следующих факторов: понижение уровня грунтовых вод; изменение рельефа земной поверхности и растительного покрова; усиление фактора беспокойства в репродуктивный период; проведение механизированных сельскохозяйственных работ и выпаса скота; применение минеральных удобрений, использование пестицидов. Видовое разнообразие гнездящихся птиц можно рассматривать как чуткий индикатор устойчивости ландшафтов. Это возможно при сохранении в пределах массивов осушения небольших по площади (0,3-0,5 га) озер, заболоченных территорий, лесов и создании лесных полос и кустарниковых насаждений. Сохранение разнообразия биотопов позволяет существенным образом предотвратить негативные последствия осушения. В том случае снижается численность отдельных видов, а число видов, как правило, остается прежним. Переход от открытой осушительной сети к закрытому дренажу сопровождается существенным уменьшением количества гнездящихся видов (на 48-65%) и численности птиц (на 9-48%). Водоплавающие исчезают практически полностью (Очагов, 1990).

Для многих районов земного шара осушительная мелиорация поставила проблему сохранения генофонда. Так, в Германии в результате осушения в 70-е годы из авиафауны было вычеркнуто*14 видов, 88% видов птиц, находящихся на грани-исчезновения - представители важных биотопов.

Размеры поясов и подзон влияния определяются совокупностью физико-географических условий, важнейшими из которых выступают три:

глубина дренажа, оградительных (ловчих) каналов;

угол наклона рельефа местности и

механический состав материнских почвообразующих пород.

Размещено на Allbest.ru