Изменение природной среды на осушенных землях

Строительство мелиоративной (осушительной или осушительно-увлажнительной) системы изменяет направленность и интенсивность природных процессов в почве и приземном слое атмосферы, распределение водных ресурсов, в результате чего вся экосистема региона приобретает новые свойства.

Мелиоративная система влияет на окружающую среду прямо и косвенно. Прямое воздействие – это удаление избыточной воды и создание условий для ведения интенсивного сельскохозяйственного земледелия на мелиорированных землях. Косвенное воздействие – это, как правило не предусмотренное проектом влияние на некоторые факторы природной среды на самом объекте, а также на прилегающих землях. Положительное косвенное воздействие связано со сменой растительного сообщества на немелиорированных. Отрицательное косвенное воздействие охватывает обычно большое количество факторов, проявляется в течение длительного времени и оказывается не редко неожиданным.

Из всего комплекса претерпевающих изменения факторов, прежде всего, выделяют следующие:

расход и уровни воды в водотоках;

объем запасов поверхностной и подземной воды в регионе;

уровни грунтовых вод на объекте и прилегающих землях;

объем и характер испарения с водной поверхности и почвы;

температурный режим почвы;

ход и возможное изменение направленности почвообразовательного процесса;

смена флоры и фауны региона.

Осушение болот и заболоченных территорий неминуемо связано с понижением уровней грунтовых вод на объекте и перераспределением объемов воды. В связи с этим первопричинами изменений в окружающей среде являются изменение уровенного режима грунтовых вод и режима поверхностного стока, а также смена растительности в результате культуртехнических работ и планировок.

Под влиянием осушения, прежде всего, повышается степень дренированности водосборного бассейна. В естественных условиях дренированность заболоченных водосборов при площади болот на них 20-30% от площади бассейна обычно составляет менее 1 км/км².

Следствием увеличения дренированности является, с одной стороны, повышение скорости добегания снеговых и дождевых вод до реки, что способствует увеличению расходов воды в реке. С другой стороны, искусственное дренированние территории вызывает понижение уровня грунтовых вод, а также увеличение мощности зоны аэрации (почвенно-грунтового слоя с неполным насыщением влагой).

Понижение уровней грунтовых вод ведет к повышению уклонов грунтовых вод на прилегающей к ним территории и градиентов напорных вод, что обуславливает увеличение подземной составляющей речного стока, особенно в первые годы после осушения.

Под влиянием осушения происходит осадка торфа, при этом изменяется поверхность болота: возрастают ее уклоны в сторону каналов и глубоких дрен, что способствует поверхностному стоку.

После осушения изменяются условия испарения. Понижение уровней грунтовых вод обусловливает уменьшение испарения с поверхности почвы, но этот показатель не является основным. При сельскохозяйственном использовании территории дикорастущая влаголюбивая растительность сменяется культурой, что вызывает изменение транспирации, а следовательно и суммарного испарения.

Осушение почв, особенно торфяных, значительно изменяет их температурный режим. Это обусловлено тем, что с понижением влажности и плотности торфа соотношение между твердой, жидкой и газообразной фазами его изменяется более резко, чем на минеральных почвах.

Влияние осушительных систем на ландшафты прилегающей территории

С позиций физико-географа, осушение есть уничтожение гидроморфных комплексов, лесной и кустарниковой растительности, нивелировка местных локальных природных различий путем проведения культуртехнических работ, известкования, внесения минеральных и органических удобрений. Это приводит к образованию антропогенного ландшафта с присущими ему процессами мелиоративной эрозии, дефляции, минерализации и сработки торфяной залежи, уплотнения почвы и полной перестройки орнитофауны. При этом проявляются новые свойства ландшафта:

увеличение пожарной опасности на торфяниках,

уменьшение продолжительности безморозного периода и снижение температур почвы и воздуха в ночное время,

сокращение и даже исчезновение некоторых видов естественной фауны.

Влияние осушения происходит через подвижные компоненты ландшафта – поверхностные (дренажный сток) и грунтовые воды. Прослеживаются три области влияния: две – прямого (гидрологическая и гидрогеологическая); третья – агротехнической и прочей деятельности человека.

Гидрологическое влияние изучено достаточно подробно, особенно на примере Полесья (Булавко, Маслов, 1975; Шебеко, 1978; и др.), и сводится к следующему. Осушение способствует увеличению годового стока в пределах точности гидрометрических исследований (до 15%), достоверно в первые годы, за счет сработки «вековых» запасов болотных и грунтовых вод. В период интенсивной вегетации растений сток снижается, особенно при оптимальном использовании осушенных земель (Новиков, 1980). Максимальный весенний сток возрастает, но максимальный сток малой обеспеченности снижается. Минимальный сток после осушения возрастает в 1, 7-3, 8 раза, увеличивается и летний меженный сток. В целом внутригодовое распределение стока становится более равномерным.

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 (Кор-зинская 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 С_орг 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 химичесиих 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.

По сочетанию указанных выше свойств выделяются четыре вида зон влияния с подвидами (см. табл.).

Виды и подвиды зон влияния осушительных систем

Название, размер	Лимитирующие факторы влияния	Состав подзон и поясов	Скорость процесса	Отношение площади влияния к площади осушения
I. Очень узкая, до 50 м	уклоны > 0, 01 глубина дренажа < 1, 2 м; механический состав пород	слабая дифференциация на пояса основной пояс – положительного влияния	малая	0, 03—0, 10
II. Узкая, средняя, до 300м	IIа. уклон > 0, 01	четкая дифференциация на укороченные подзоны и пояса	большая	0, 05—0, 20
	II6. механический состав – суглинки	четкая дифференциация на подзоны и пояса	малая и средняя	0, 20—0, 80
	IIв. глубина дренажа < 1, 2	то же с небольшим поясом отрицательного влияния	средняя и большая	0, 30—0, 50
III. Широкая, 0, 5-1, 2 км	условно нет	полный набор подзон и поясов влияния	большая	0, 50—1, 00
IV. Обширная до 3-6 км и более	условно нет	сомкнутые и разорванные ареалы подзон и поясов, взаимодействие смежных систем	большая и средняя	0, 90—3, 00

I вид формируется в том случае, когда распространение влияния лимитировано двумя или тремя факторами, чаще всего тяжелым механическим составом почвообразующих и подстилающих пород. Зона влияния очень узкая, обычно 30-50 м. Характерна для водораздельных осушительных систем средней и южной подзон тайги; для увалистых суглинистых моренных равнин; водно-ледниковых равнин, перекрытых чехлом покровных суглинков; холмисто-моренных равнин с камами и озами.

Формирование зоны II вида характерно для ландшафтов моренных водно-ледниковых песчаных и супесчаных равнин, долинно-зондровых равнин, ландшафтов пойм крупных и средних рек и древнеаллювиальных равнин. Распространение влияния лимитировано одним из факторов. В зависимости от лими­тирующего фактора выделены следующие подвиды зон влияния: IIа—при уклонах более 0, 01 образуется укороченная зона, шириной 50—100 м, с четкой дифференциацией на подзоны и пояса. II6 – лимитирующий фактор влияния – механический состав пород. Формирование новой структуры зоны идет медленнее, чем в подвиде IIа. При неглубоком дренаже (> -1, 2 м) образуется сравнительно неширокая (100-200 м) зона с преобладанием пояса положительного влияния, особенно в подзонах средней и южной тайги (Карелия, Вологодская обл.).

Для ландшафтов плоских зандровых водно-ледниковых равнин, зандровых древнеаллювиальных равнин, плоских вторичных супесчаных моренных равнин характерен III вид зоны влияния. В случае, когда прилегающая территория сложена песками или супесями, склоны пологие (1-2°) и глубина дренажа - 1, 5 -2, 5 м, ширина зоны влияния, может спустя 5- 10 лет после создания осушительной системы достигать 1-1, 2 км.

Если в одном речном бассейне сооружено несколько осушительных систем или наблюдается взаимодействие двух или нескольких систем в смежных бассейнах, как это имеет место в бассейне р. Припять, формируется обширная (до 3-6 км) зона влияния, а изменения касаются ПТК ранга ландшафта и даже провинции. Это IV вид зоны влияния, где действие параметров элементов мелиоративной системы (длины и глубины каналов, расстояний между дренами, высоты дамб обвалований) не проявляется, а изменение физических параметров скорее всего связано с самим фактом создания мелиоративной системы, природоохранные мероприятия могут быть минимальными или ограничиваться прогнозами изменения физических параметров, которые будут учитываться, если это необходимо, в других аспектах хозяйственной деятельности. Наконец, в зоне воздушного пространства проводят мероприятия по охране воздуха от загрязнений. Загрязнение воздуха пылью над мелиорируемой территорией и в прилегающих зонах не должно допускаться.

Природоохранные мероприятия по зонам необходимо предусматривать в мелиоративных проектах, однако следует подчеркнуть, что сохраняя какой-либо объект, важно стремиться использовать его в рекреационных целях, в качестве охотничьих угодий, мест любительского рыболовства и поддерживать в процессе эксплуатации. Тогда он будет более эффективен и долговечен.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: