Geum.ru

Власенко М. А. почвовед отдела почвенных изысканий

Вид материалаДокументы

Содержание


3.2. Проблемы подтопления ландшафтов прибрежной зоны Краснодарского водохранилища
3.2.1. Изменение свойств почв ландшафтов побережья под влиянием
3.2.2. Изменение гидрохимических условий поверхностных
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


Время от начала опыта, мин.
Средний расход воды за интервал времени, мм.
Расход воды за интервал времени, м3/га.
Суммарный расход воды от начала опыта, м3/га.
Скорость впитывания и фильтра­ции, мм/мин.
Скорость впитывания и фильтра­ции, м/сут.

60
79,6
796,4
796,4
1,33
1,92

120
10,9
109,1
905,2
0,18
0,26

180
3,6
36,4
941,2
0,06
0,09

240
0,9
9,1
950,7
0,02
0,03

300
0,9
9,1
959,2
0,02
0,03

360
0,9
9,1
968,9
0,02
0,03

420
0,9
9,1
978,0
0,02
0,03

480
0,9
9,1
987,1
0,02
0,03

540
0,9
9,1
996,2
0,02
0,03

600
0,9
9,1
1006,2
0,02
0,03


Процесс впитывания и фильтрации воды в луговых почвах в ходе опыта можно проследить по таблице 8. Период впитывания идет интенсивно в течение первого часа опыта. По мере заполнения пор почвы водой этот процесс затухает и после третьего часа опыта идет только фильтрация воды сквозь почву с постоянной скоростью 0,02 мм/мин. Такая водопроницаемость оценивается как пониженная и на практике означает, что почвы способны длительное время впитывать воду только легких дождей. Более интенсивные осадки вызовут переувлажнение почв от застаивающейся воды.

Предельная полевая влагоемкость луговых почв высокая- 38,1-39,6% от веса почвы.

При такой влагоемкости почвы содержат количество воздуха, недостаточное для нормального развития растений (5,1 – 13,8%). По количеству воздуха при ППВ условия для развития растений в горизонте «А» оценивается как неудовлетворительные (8-15%), а в горизонте «В» - совершенно неудовлетворительные (менее 8%).

Максимальная гигроскопичность луговых почв высокая-8,6-9,8%. Рассчитанная по ней влажность устойчивого завядания растений достигает 11,5 – 13,1%.

Количество доступной для растений влаги при ППВ сравнительно высокое – 12,3 – 19,1%.

В целом, водно-физические свойства луговых почв рисовников мало удовлетворительные. Почвы нуждаются в проведении мероприятий по улучшению водно-физических свойств.

Низкая водопроницаемость луговых почв рисовников и плохая планировка чеков сделали весьма проблематичным своевременный сброс воды, что снизило и без того невысокую урожайность риса. По этой причине уже в 1998 году из 1483 га рисовых земель 1098 га были признаны непригодными для использования по прямому назначению.


3.2. Проблемы подтопления ландшафтов прибрежной зоны Краснодарского водохранилища


В степной зоне водохозяйственная и активная хозяйственная деятель­ность человека является решающим фактором трансформации природной среды. В ее основе лежит изменение водного режима территорий за счет соз­дания водохранилищ, обширных массивов орошаемых земель, прокладки ка­налов, роста урбанизации.

Строительство Краснодарского водохранилища в степной зоне обусловило по­явление важной научной и хозяйственной проблемы - исследования и ис­пользования подтопленных земель природных ландшафтов на их побережь­ях. Подтопленные почвы сильно отличаются от зональных по морфологиче­ским, физическим, физико-химическим и агрохимическим свойствам. Соот­ветственно меняется и сельскохозяйственная ценность этих почв, а также ус­ловия их хозяйственного освоения. На прилегающих к водохранилищам тер­риториях из-за изменения гидрологических и климатических условий уро­вень грунтовых вод повышается, нередко земли заболачиваются, изменяется их минерализация, почвы трансформируются, в растительном покрове уве­личивается доля влаголюбивых видов, нарушаются условия обитания живот­ных.

В. А. Ковда [15] полагал, что строительство крупных плотин и водохрани­лищ, особенно на равнинных реках, является одной из главных причин зна­чительных потерь ценных продуктивных почв в результате их затопления и подтопления. По его мнению, затопленными чаще оказываются наиболее плодородные почвы пойменных террас, а также освоенные зональные почвы печных долин. В зависимости от климатических, гидрогеологических, гидро­химических и других особенностей, подтопление прибрежной зоны ланд­шафтов вызывает такие негативные процессы, как заболачивание, слитизацию, осолонцевание и засоление почв.

Многие исследователи сходятся во мнении, что изменение естественного режима течения рек коренным образом меняет ход и направление некоторых природных процессов, вызывая их искусственное ускорение или замедление. В первую очередь это относится к процессу подтопления, при котором подъем уровня грунтовых вод (УГВ) - основная причина изменения условий произрастания лесных и полевых биоценозов. При переувлажнении верхней части зоны аэрации приводит к отмиранию корневой системы древо­стоя и, в зависимости от степени подтопления, к его частичной или полной гибели. Также, при изменении влажности почвенного покрова, негативное влияние высокого уровня грунтовых вод сказывается на луговых и сельскохозяйственных угодьях. При подтоплении, с одной стороны, заметно снижа­ется урожайность сельскохозяйственных культур, с другой - происходит ви­довое замещение луговых сообществ с уменьшением их продуктивности. Важной особенностью указанной проблемы является медленное развитие и кумулятивный характер этих процессов. Важным условием является то, что они могут развиваться скрыто до достижения критической ситуации.

И. Ю. Долгушин считает, что подтопленной принято называть ту часть побережья водохранилища, в пределах которой грунтовые воды испытывают устойчивый подъем и начинают оказывать практическое воздействие на ландшафт. Результаты этого воздействия зависят в первую очередь от глуби-ны залегания зеркала грунтовых вод и характера почвогрунтов. По его мнению, существует несколько случаев подтопления ландшафтов:

- в первом случае уровень грунтовых вод под влиянием подпора со сто­роны водоема испытывает подъем. При этом верхний край капиллярной кай­мы не доходит ни до основания почвенной толщи, ни до корнеобитаемого слоя грунтов. Никакой трансформации ландшафта в этом случае не происходит.

- в другом случае, по мнению автора, край зоны закрытых капилляров в

результате подъема грунтовых вод устанавливается непосредственно у осно­вания почвы. В периоды сильных дождей и снеготаяния нижняя часть поч­венного профиля подвергается значительному дополнительному увлажне­нию, приводящему к ее оглеению. Растительность нижних ярусов при этом в большинстве случаев не подвергается существенным изменениям.
  • характер почвообразовательных процессов в пределах ландшафта силь­но меняется в случае, когда зеркало поднятых грунтовых вод колеблется в пределах нижней части почвенной толщи, а край капиллярной каймы не до­ходит до ее поверхности. В этом случае нижние, а иногда и средние горизон­ты почвенного профиля испытывают оглеение, в верхних горизонтах в ре­зультате гидрогенной и биогенной аккумуляции накапливаются гумус, азот, фосфор, железо, марганец и другие элементы. Соответственно преобразуется и растительный покров. В его нижних ярусах господство переходит к луго­вым видам растений - начинается процесс олуговения территории, вызван­ный повышением ее увлажнения. Древостой реагируют на изменение усло­вий по-разному. Деревья, корневые системы которых оказываются в зоне за­крытых капилляров, в большинстве случаев испытывают угнетение и сни­жают прирост, деревья же с корневыми системами, попадающими в зону от­крытых капилляров, чаще всего увеличивают прирост. Характер эволюции конкретных лесных насаждений определяется при этом рядом дополнитель­ных факторов (видом древостоев, их возрастом и биологическими особенно­стями, химизмом грунтовых вод, режимом колебания их уровня и т.п.).
  • в случае, когда уровень грунтовых вод располагается на небольшой глубине - в пределах почвы, а зона закрытых капилляров доходит до самой поверхности, территория подвергается интенсивному процессу поверхност­ного заболачивания, испытывая часто вначале стадию олуговения. Заболачи­вание приводит к сильному оглеению всего почвенного профиля, к накопле­нию в нем закисных форм железа, марганца и некоторых других элементов,

включая вредные для большей части растений продукты анаэробного разло­жения органических веществ. С агротехнической точки зрения ценность та­ких почв значительно снижается: они полностью непригодны для полевых и огородных культур и лишь в некоторых случаях могут использоваться для культивирования кормовых трав. Преобладающая часть прежней суходоль­ной растительности здесь, как правило, погибает. Из древостоев на этой тер­ритории обычно сохраняется лишь часть сосен, приуроченных к повышению микрорельефа. Из новых древесных и кустарниковых пород здесь со време­нем появляются ива и ольха, приуроченные главным образом к ложбинам стока талых и дождевых вод.

Таким образом, изменение почв и растительности прибрежной зоны ландшафтов под влиянием подъема грунтовых вод оказывается тем большим, чем сильнее нарушается существовавший ранее режим увлажнения почвы и примыкающего к ее основанию слоя почвообразующей породы. Интенсив­ность этих изменений, как правило, обратно пропорциональна глубине зале­гания поднятых грунтовых вод и прямо пропорциональна мощности капил­лярной каймы, определяемой гранулометрическим составом почвогрунтов. Преобразование ландшафта на легких песчаных почвах при глубине залега­ния поднятых грунтовых вод 0,8-1,0 м обычно оказывается значительно ме­нее выраженным, чем на суглинистых почвах тех участков, где зеркало грун­товых вод устанавливается на глубине 1,2-1,5 м.


Существует схематическая типизация гидро­геологических условий подтопления почв ландшафтов в районе водохрани­лищ (рис. 6). Она включает:

1. Водоупор расположен значительно выше исходного уровня воды в ре­ке. Нормальный подпорный горизонт не превышает уровня водоупора. Ника­ких изменений в положении грунтовых вод не происходит.

2. Ложе реки врезано в водоупор. Водоносный пласт небольшой мощно­сти. Подпор воды в реке оказывает влияние на небольшую территорию (де­сятки метров).



Рис. 6 Типы гидрологических условий, в которых создаются водохрани­лища.


  1. Водоупор ниже ложа реки. Водоносный пласт значительной мощности (десятки метров). Влияние подпора воды в реке распространяется далеко (на сотни и тысячи метров).
  2. Благодаря высоким берегам водоупор и грунтовые воды как до, так и после подпора находятся глубоко. Режим влаги в верхних слоях почвогрунта не меняется.
  3. Понижения поверхности почвы, расположенные ниже нормального подпорного горизонта, отделены от водохранилища повышением рельефа; вода фильтруется в пониженные места.
  4. Берега сложены практически водонепроницаемыми породами, фильт­рация из водохранилища невелика; она не оказывает влияния на режим грун­товых вод.

Схематическая типизация не охватывает всего многооб­разия гидрогеологических условий для равнинных территорий, но она спо­собствовала изучению подтопления прибрежных территорий ландшафтов на многих водоемах страны, в том числе и аридных районах.


3.2.1. Изменение свойств почв ландшафтов побережья под влиянием

Краснодарского водохранилища


Естественный водный режим в степной зоне зональных почв формируется в иной гидротермической обстановке, чем в районах избыточного ув­лажнения. Количество атмосферных осадков уменьшается с севера на юг и юго-восток, а испаряемость почвенной влаги увеличивается. Поэтому роль атмосферных осадков в этом направлении в изменении почв даже в зоне подпора быстро уменьшается; преобладающим фактором, определяющим характер и степень изменения подтопленных почв, становится капиллярный подъем влаги.

Влияние Краснодарского водохранилища на почвенный покров ландшафтов зоны подтопления как можно широко отражает изменившиеся гидротермические условия. Атмосферные осадки даже при близких грунто­вых водах уже не могут вызвать поверхностного заболачивания почв. При этом важно отметить, что в степной зоне преобладают суглинистые почвогрунты. Среди изменений почв в зоне подтопления по-прежнему важ­ное место занимает в разной степени оглеение профиля в зависимости от уровня грунтовых вод, но большое значение приобретает процессы засоления и осолонцевания почв, в корне изменяющие плодородие почв в степной зоне и их возможное сельскохозяйственное использование.

По мнению С.Л. Вендрова, А.Б. Авакяна [9]и др. вся прибрежная тер­ритория ландшафтов по характеру влияния водохранилища на почвенно-растительный покров отчетливо делится на два пояса. Лучше всего они про­слеживаются на пологих берегах.

В первом поясе подземные воды устанавливаются на глубине не более

1 метра от поверхности земли. То широкой, то сравнительно узкой полосой

этот пояс окаймляет водохранилища, исчезая лишь на крутых берегах. Из-за высокого стояния подземных вод почва здесь увлажняется и буквально про­питывается водой. Содержание воды повышается до 70-100 % от полной вла-гоемкости, т.е. максимального количества, которое может находиться в по­рах. Чем выше уровень подземных вод, тем выше влажность почвы. В пони­жениях вода выступает на поверхность, образуя болота, озерца и реже на­стоящие озера

(рис.7).







Рис. 7 Понижения, заполненные водой

(в непосредственной близости от

Краснодарского водохранилища)


Поднимающаяся вода вытесняет почти весь содержащийся в почве воздух. Между тем на разложение растительных остатков и на дыхание корней растений расходуется большое количество кислорода, а так как доступ воздуха в почву прекращен, содержание кислорода в почвенном воздухе и в во­де резко снижается. Особенно большой дефицит кислорода наблюдается при близком залегании подземных вод. В то же время относительно повышается количество углекислоты.

Под влиянием недостатка кислорода гибнут почвенные микроорганизмы и задерживается разложение отмирающих частей растений. Спустя непро­должительное время самые разные почвы, оказавшиеся в условиях переув­лажнения, становятся похожими одна на другую. Почва окрашена в голубовато-сизые тона. Уже по одному этому цвету можно судить о том, что почва находится в неблагоприятном состоянии. При недостатке кислорода в ней начинается процесс так называемого оглеения: окись железа пере­ходит в закись, которая придает характерную окраску оглеенным поч­вам. Вещества, образующиеся в глеевом горизонте, обладают ядовитыми для растений свойствами.


Кислородное голодание, переувлажнение, оглеение почвы - все эти яв­ления, следующие за подъемом уровня вод, отрицательно сказываются на растениях. Значительная часть их корней отмирает, а у оставшихся подавля­ются жизненные процессы. Дыхание корней затруднено, снижается количе­ство всасываемых важнейших питательных элементов - калия, фосфора, азота.

В целом зональные автоморфные черноземы в зоне подтопления эволю­ционировали в черноземы глубинно-глееватые и полугидроморфные - вто­ричные луговато-черноземные и лугово-черноземные почвы.

Для использования земель зоны подтопления важно отметить, что в под­топленных лугово-черноземных почвах сильно уплотняется почвенный про­филь во влажном состоянии при интенсивном выпасе скота (до 1,70 г/см3 на глубине 2-6 см), уплотнение распространяется до глубины 50 см, соответст­венно до этой глубины уменьшается порозность, структура в этом слое ухудшается, характеризуется большой глыбистостью.

Влияние водохранилища на почвенный покров прилегающих ландшафтов проявляется, прежде всего, на побережье в зоне подтопления, а также в зонах

постоянного и периодического затопления. Проявляется ярко выраженный зональный характер взаимодействия водохранилищ с почвенным покровом. У подтопленных почв появляются отличия от зональных по морфологиче­ским и физико-химическим свойствам. В почвах лесной зоны, прежде всего, проявляется их оглеения и заболачивание. Олуговение здесь проявляется в меньшей мере. В лесостепной и степной зонах чаще формируются луговые почвы, плодородие которых выше чем у зональных. Но ближе к степной зоне появляется опасность слитизации, осолонцевания, а иногда и засоления почв, что резко снижает их плодородие.


3.2.2. Изменение гидрохимических условий поверхностных

и грунтовых вод в зоне влияния водохранилища


При создании водохранилища вода обычно сохраняет гидрохимические особенности той реки, на которой оно создано. Для водоемов характерно небольшое содержание солей в воде и наличие гуминовых веществ, свойственных не зарегулированной реке.

Но в водохранилище происходит смешение вод, соответствующих разным фазам гидрологического режима реки и отличающихся разным химиче­ским составом. В результате значительно уменьшается годовая и межгодовая амплитуда минерализации воды.

Минерализация воды в водохранилище, как и в питающих его реках, за­висит от климатических условий. Если в лесной зоне она составляет чаще всего 0,2-0,3 то в степной - 0,4-0,6 г/л

К числу важнейших факторов, способствующих увеличению минерали­зации по сравнению с речной водой, относится поступление в водохранили­ще коллекторно-дренажных вод с минерализацией от 1-2 до 4,5 г/л, а иногда и более. В результате у каждого побережья в районе впадения коллекторов минерализация воды в водохранилище периодически увеличивается до 3-4 г/л. Большое значение имеет также превышение испарения с поверхности во­доема над осадками в условиях аридного которое со­ставляет здесь 1,3 м/год. Согласно расчетам К.Г. Лазарева [19] с соавторами, та­кое превышение испарения над осадками увеличивает минерализацию воды на 10% в маловодные и на 6,8% в средние по водности годы.

В период сработки водохранилища более минерализованные грунтовые воды начинают стекать в его чашу и повышать минерализацию поверхност­ных вод с 0,36 в мае-июне до 0,72-0,81 г/л - в сентябре-октябре.

Зарегулирование стока рек водохранилищем существенно отражается на содержании и динамике биогенных и органических веществ, а также газо­вом режиме водных масс. На характере этих изменений сказывается географическая зональность, особенности затопления чаши, внутриводоемные про­цессы и др. Решающую роль в переносе и циркуляции вод в водохранилище иг­рают течения — постоянные и временные. Постоянные (стоковые) течения обусловлены проточностью водохранилищ. Временные образуются под воз­действием ветра, атмосферного давления, неодинакового распределения плотностей и антропогенных факторов. Скорости течения обычно возрастают к зоне выклинивания подпора, как правило, уменьшаются с глубиной и изме­няются по сезонам года: наибольшие наблюдаются весной, наименьшие — в период межени. Течения и волнение, способствуя перемешиванию вод, создают неприятные условия для развития организмов и существенно влияют на термический и гидрохимический режим водоема, а также на­правляют процессы илонакопления. По гидрохимическим и гидробиологиче­ским особенностям водохранилище ближе к озеру, чем к рекам.

Затопленные почвы прибрежных ландшафтов, размыв берегов, торфяни­ки, растительность пополняют воду водохранилищ азотом, фосфором, желе­зом, органическими веществами. Вследствие обогащения воды органически­ми веществами увеличивается содержание углекислоты и уменьшается коли­чество растворенного кислорода. Наблюдается тенденция к увеличению со­лености, связанная с режимом регулирования и с загрязнением сточными во­дами. Большое содержание биогенных веществ в воде и в затопленных поч­вах и растениях способствует интенсивному развитию растительных и жи­вотных организмов.

Существенным источником поступления в воду минеральных и органи­ческих веществ является разлагающийся в водохранилищах фитопланктон (в основном сине-зеленые водоросли). В пятнах «цветения» сине-зеленых водо­рослей содержание минеральных форм биогенных веществ в 5-10, а органи­ческих веществ - в 20-50 раз выше, чем в не цветущей воде.

За последние десятилетия значительно увеличилось поступление в водохрани­лище части удобрений и химикатов используемых в хозяйстве.

Существенный вклад в формирование минерализации воды вносит поч­венный покров чаши водохранилища. Влияние почвенного покрова ложа водохранилищ на качество воды в них имеет ярко выраженный зональный характер. В степной зоне важное значе­ние приобретает выщелачивание солей из почвогрунтов ложа водохранилища, что приобретает первостепенное значение.