Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие представления об изучаемом вопросе 11
1.1. История изучения влияния лесов на регуляцию влагооборота - речных водосборов 11
1.2. Выбор объекта исследования 16
1.3. Эколого-экономические и нормативно-правовые аспекты принципов создания системы водоохранно-защитных зон 20
Глава 2. Природно-климатическая характеристика района исследований 26
2.1. Физико-географическое районирование бассейна р. Сызранки 26
2.2. Климат 30
2.3. Рельеф 32
2.4. Грунтовые воды 35
2.5. Почвенный покров 37
2.6. Растительность и сельскохозяйственная освоенность территории 39
2.7. Морфометрические характеристики гидрографической сети бассейна реки Сызранки 42
2.8. Состояние водосбора и водопотребления в бассейне реки Сызранки 46
Глава 3. Материалы и методы исследований 51
Глава 4. Оценка водоохранно-защитной и водорегулирующей роли лесов бассейна реки Сызранки 56
4.1. Особенности влияния лесной растительности на атмосферные осадки и водный режим бассейна реки Сызранки 56
4.2. Динамика растительного покрова бассейна Сызранки под влиянием антропогенной освоенности 64
4.2.1. Лесорастительное зонирование бассейна реки Сызранки 64
4.2.2. Выделение коренных лесных ассоциаций на территории водосбора реки Сызранки 67
4.3. Типизация речных водосборов бассейна реки Сызранки по характеру нарушенности лесного покрова 78
4.3.1. Применение ГИС как инструмента оценки современного состояния лесорастительных условий 78
4.3.2. Выделение пространственной неоднородности лесных насаждений в рамках типологической структуры лесов как показателя нарушенности экосистем 81
4.3.3. Классификация лесных участков по степени экологической нарушенности в пределах водосборных бассейнов 84
4.4. Систематизация сходных лесорастительных условий и динамики лесных экосистем 96
4.5. Оценка влияния облесенности стокоформирующих комплексов водосборов рек на величину поверхностного стока бассейна реки Сызранки 100
Глава 5. Комплексная методика выделения водоохранных зон в бассейнах малых рек 109
5.1. Выделение водоохранно-защитных зон на водосборах малых рек с помощью ландшафтно-экологического анализа территории 109
5.2. Применение ГИС как инструмента автоматизации выделения водоохранных зон и стокопоглощающих прибрежных защитных лесных полос 117
5.3. Использование интегрального показателя естественного экологического благополучия водосборов для определения очередности выделения водоохранных зон речных водосборов 123
5.4. Дополнительные меры по охране и рекреации лесных экосистем речных водосборов 133
Выводы 146
Список литературы 150
Приложения 170
- Эколого-экономические и нормативно-правовые аспекты принципов создания системы водоохранно-защитных зон
- Состояние водосбора и водопотребления в бассейне реки Сызранки
- Классификация лесных участков по степени экологической нарушенности в пределах водосборных бассейнов
- Дополнительные меры по охране и рекреации лесных экосистем речных водосборов
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из главнейших регуляторов влагооборота в водосборах рек являются лесные экосистемы. Под влиянием хозяйственной деятельности человека леса испытывают чрезвычайные нагрузки, что ведет к ухудшению их водорегулирующих и водоохранно-защитных свойств. В конечном счете, это приводит к значительному преобразованию гидрологического режима в бассейнах рек, повышению эрозионных процессов, снижению качества воды. Основная антропогенная нагрузка ложится на бассейны малых рек, являющихся наиболее распространенными элементами гидрографической сети России и создающих около 92 % всей её густоты. Это относится, прежде всего, к тем регионам, где ведение хозяйственной деятельности сочетается с природной предрасположенностью к возникновению водно-экологических проблем. К таким регионам относится и Ульяновская область.
Современные условия дефицита лесных ресурсов во многих регионах страны и мира, несоответствие, определенных существующим законодательством, способов выделения границ водоохранных зон современным экологическим требованиям, высокие экономические потери от малоэффективных природоохранных мероприятий и необходимость сохранения гидрологического баланса бассейнов рек вызвали потребность в оптимизации способов выделения рациональных границ водоохранных зон.
В связи с этим, актуальным становится определение такой площади и конфигурации водоохранной зоны, которая бы обеспечивала предотвращение процессов водной эрозии, загрязнения, засорения, заиления водных объектов и истощения их вод, а также сохранение среды обитания гидробионтов и других представителей животного и растительного мира. Ключевая роль при этом отводится поиску совокупности сопряженных методов, позволяющих определить наиболее экологически аргументированные особенности выявления оптимальных границ водоохранных зон.
В качестве объекта исследований был выбран бассейн реки Сызранки, расположенный в пределах лесостепной зоны центральной части Среднего Поволжья. Сызранка является притоком первого порядка реки Волги. Состояние лесных экосистем водосбора характеризуется высокой степенью экологической нарушенности. Ведение неконтролируемой хозяйственной деятельности за последние десятилетия привело к значительному ухудшению качества воды Сызранки, изменению её водного режима, увеличению выноса твердых частиц и заилению русла реки. Во многом перечисленные негативные последствия связаны с отсутствием современной стратегии лесо- и водопользования в бассейнах малых рек, а также с несоответствием существующих норм выделения границ водоохранных зон современным природоохранным требованиям.
Цели и задачи работы.
Цель работы: разработать на примере реки Сызранки методы оптимизации выделения водоохранных зон в бассейнах малых рек.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1) Оценить современное состояние и водоохранно-защитную роль лесов бассейна реки Сызранки, особенности их влияния на осадки и водный режим территории, выявить динамику растительного покрова под влиянием антропогенной освоенности.
2) Разработать структуру и организацию ГИС, позволяющую производить комплексную оценку современного состояния и типизацию речных водосборов по характеру нарушенности лесного покрова и геоморфологическим особенностям территорий.
3) Произвести ландшафтно-экологический анализ стокоформирующих комплексов бассейна реки Сызранки с целью определения необходимости лесовосстановления и лесоразведения в ее водоохранной зоне.
4) Разработать комплексную методику оптимизации выделения водоохранно-защитных зон малых рек.
5) Предложить рекомендации по повышению водоохранно-защитной эффективности природоохранных мероприятий в лесах бассейнов малых рек.
Научная новизна работы.
Впервые исследовано экологическое состояние, структура и состав лесных сообществ в бассейнах малых рек центральной части Среднего Поволжья на примере реки Сызранки. Изучено изменение растительного покрова под влиянием антропогенных факторов и определены коренные доагрикультурные лесные сообщества изучаемой территории. Проведена типизация речных водосборов бассейна реки Сызранки по геоморфологическим признакам и характеру нарушенности лесного покрова.
На основании ландшафтно-экологического анализа территории выделены основные стокоформирующие комплексы речных водосборов бассейна реки Сызранки, для которых определена степень необходимости лесовосстановительных мероприятий.
Предложена новая система оценок экологического состояния водосборных бассейнов, использующая интегральный показатель «Индекс естественного экологического благополучия» для водосборного бассейна (Iб), который характеризует способность водосборов формировать гидрологический режим территории.
Разработана комплексная методика выделения водоохранных зон речных водосборов, в основу которой положены принципы ландшафтно-экологического анализа речных бассейнов и использование интегрального показателя способности водосборов формировать условия гидрологического режима территории.
Выделены оптимальные границы водоохранной зоны р. Сызранки, отвечающие условиям устойчивого природопользования, имеющие естественную конфигурацию и достаточную ширину для перевода поверхностного стока во внутрипочвенный.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Значение лесов как регулятора влагооборота в бассейнах рек определяется не только пространственной структурой, площадью и составом лесных насаждений, но и состоянием их экологической нарушенности.
2. Различные генетические типы стокоформирующих комплексов, выявленные на территории бассейна реки Сызранки, требуют различных лесовосстановительных мероприятий.
3. Предложенная комплексная методика выделения границ водоохранных зон речных водосборов, отвечает требованиям рационального природопользования, учитывает геоморфологические, гидрологические, геоботанические и эдафические условия территории.
4. Придание статуса ООПТ наиболее ценным ненарушенным участкам речных водосборов, которые могут послужить эталонами, позволит эффективно проводить работы по восстановлению водоохранных лесов, сохранению лесного биоразнообразия на видовом и экосистемном уровнях.
Личный вклад автора. В основу данной работы положены материалы собранные автором за период с 2007 по 2011 гг. Автор принимал непосредственное участие в разработке темы, составлении программы исследований, организации и проведении полевых и камеральных работ, обобщении и интерпретации полученной информации, построении геоинформационной модели и выполнении графических работ.
Практическая значимость. Разработана комплексная методика выделения границ водоохранных зон водосборов малых рек, отвечающая требованиям экологически ориентированного природопользования и, в первую очередь, лесопользования. Предложены меры по повышению водоохраной эффективности лесов бассейна реки Сызранки, обоснован перечень участков, перспективных для выделения ООПТ, что послужит сохранению биоразнообразия и повысит экологическую стабильность территории.
Предложенный интегральный показатель, характеризующий способность водосбора формировать гидрологический режим территории, может быть использован для зонирования речных водосборов разного иерархического уровня по степени их экологической нарушенности.
Полученные материалы приняты Министерством лесного хозяйства, природопользования и экологии Ульяновской области для использования при проведении природоохранных и лесоустроительных работ.
Основные положения и выводы диссертации используются в учебном процессе кафедры природопользования и кафедры лесного хозяйства экологического факультета Ульяновского государственного университета.
Апробация работы. Основные итоги работы доложены на международных, всероссийских и региональных конференциях: VIII ежегодной научно-практической конференции «Естественнонаучные исследования в Симбирском-Ульяновском крае» (Ульяновск, 2007, 2010), XXII, XXIII и XXIV, XXV чтениях памяти А. А. Любищева «Современные проблемы эволюции» (Ульяновск, 2008, 2009, 2010, 2011); Международной научно-практической конференции «Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем» (Астрахань, 2008); III и IV Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, 2009, 2010); III и IV Межвузовской научно-практической конференции «Экология России: на пути к инновациям» (Астрахань, 2010); региональной научно-практической конференции «Экология, город и мы» (Ульяновск, 2009); III и IV Всероссийской конференции с международным участием «Медико-физиологические проблемы человека» (Ульяновск, 2009, 2011); V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011); III Всероссийской научно-практической конференции «Научные проблемы использования и охраны природных ресурсов России» (Самара, 2011); Всероссийской научной конференции с международным участием «ЭКОБИОТЕХ-2011» (Уфа, 2011); Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность современных социально-экономических систем» (Волгоград, 2011).
Публикации. Автором опубликованы 14 научных работ, в том числе 4 работы в ведущих рецензируемых журналах и изданиях из списка ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 225 страниц. В том числе: 169 стр. основного текста, 56 стр. – приложений, 38 рисунков, 21 таблица. Библиографический список составляют 258 наименований, в том числе 6 – иностранных.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю В. Н. Горбачеву за оказанную научно-методическую помощь. Осо-бую благодарность и искреннюю признательность автор выражает Н. В. Благовещенской за неоценимую помощь в написании научных статей, консультации в вопросах водоохранно-защитной роли лесов и критическое обсуждение результатов исследований. Н. В. Благовещенской, В. А. Савинову, Н. И. Пахалиной, Т. В. Долгополовой за неоценимую помощь в проведении полевых работ. Кроме того, данная работа не могла бы быть выполнена без поддержки всего коллектива областного детского экологического центра, за что выражаю ему свою искреннюю благодарность.
Эколого-экономические и нормативно-правовые аспекты принципов создания системы водоохранно-защитных зон
В настоящее время необходимость экологического обоснования проектов охраны природы и рационального природопользования нашла широкое признание. Так, например, в вопросе выделения водоохранных зон речных экосистем А. К. Денисов (1963), А. А. Молчанов (1966), М. В. Рубцов (1972) и многие другие учёные сошлись во мнении о нерациональности определенных существующим законодательством способов выделения границ и необходимости разработки региональных нормативов, учитывающих особенности климата, морфологии подстилающей поверхности, почв, существующих на данной территории биоценозов и т.д. Современные условия дефицита лесных ресурсов во многих регионах страны и мира, несоответствие существующих границ водоохранных зон современным природоохранным требованиям, высокие экономические потери от малоэффективных водоохранных и лесовосстановительных мероприятий и необходимость сохранения гидрологического баланса бассейнов рек вызвали потребность в оптимизации способов выделения рациональных границ водоохранных зон речных водосборов.
Существующее законодательство определяет размеры и границы водоохранных зон и прибрежных защитных полос, а также режим их использования исходя из физико-географических, почвенных, гидрологических и других условий с учетом прогноза изменения береговой линии водных объектов. Водный кодекс РФ регулирует отношения в сфере водопользования и имеет в данной области наибольшую после Конституции РФ юридическую силу. Использование водных ресурсов может регулироваться и иными федеральными законами и законами субъектов РФ, а также указами Президента РФ, нормативными актами Правительства РФ, федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов РФ и органов местного самоуправления, в случае если они не противоречат Конституции РФ и Водному кодексу (Балдаков, 2007). Согласно статье 65 «Водоохранные зоны и прибрежные защитные полосы» Водного кодекса РФ (2006) № 74-ФЗ в ред. от 19.07.2011 устанавливаются ширину водоохранных зон для рек или ручьев от их истока протяженностью до десяти километров - в размере пятидесяти метров, от десяти до пятидесяти километров - в размере ста метров и от пятидесяти километров и более - в размере двухсот метров. При подобном способе выделения не учитываются региональные особенности речной системы, кроме того не берутся в расчёт лесные экосистемы, выполняющие регулирующую и кольматирующую функции, факторы стокоформирующих поверхностей, а также отдельные звенья гидрографической сети. Принципы создания берегозащитных лесных насаждений описаны в рекомендациях «Выращивание систем защитных лесных насаждений в водоохранных зонах малых рек» и «Проектирование и создание систем противоэрозионных и водоохранных мероприятий на водосборах» и других нормативных документах.
В литературе, посвященной непосредственно принципам выделения запретных полос вдоль рек в защитных и водоохранных целях, существует немало работ посвященных непосредственно решению этого вопроса. В то же время, многие авторы убеждены в необходимости региональных нормативных разработок (Денисов, 1963; Молчанов, 1966; Бяллович, 1972; Рубцов, 1972; Побединский, 1975 и многие другие).
Считается, что леса, примыкающие к реке, обладают более высокой водорегулирующей и берегозащитной способностью, чем леса, расположенные вдали от нее. Однако многие исследователи (М. И. Львович, 1958, 1963; В.В. Рахманов, 1962; А.А. Молчанов, 1966; М. В. Рубцов, 1972 и др.) в своих работах указывают на то, что склоновые воды стекают через звенья гидрографической сети вогнутой формы: ложбины, лощины, балки, суходолы, а затем уже попадают в реки. Таким образом, наиболее негативный поверхностный сток, ведущий к водной эрозии, не проходит через выделенные нормативами запретные водопоглотительные полосы на участках выпуклой формы, и, следовательно, не может быть ими перехвачен и переведен во внутрипочвенный. В связи с этим возникает необходимость в создании такой гидрологической системы защитно-водоохранных лесов и водопоглотительных полос по берегам рек, которая бы учитывала особенности рельефа и подстилающей поверхности водосборов (Молчанов, 1977; Чубатый, 1977; Побединский, 1979 и многие другие). Основное внимание следует уделять вопросам естественного восстановления лесной растительности в наиболее эрозионно-неустойчивых участках речных водосборов.
М. В. Рубцов (1977) при выделении водоохранных зон предлагает учитывать заболоченность лесов, а ширина запретных полос должна быть дифференцирована по каждой стороне долины с учетом ее морфометрии. По мнению О. В. Чубатого и В. С. Олейника (1977), ширина прибрежной запретной полосы определяется шириной примыкающей к ней лесосеки и в свою очередь изменяется в зависимости от избранного способа рубки.
И. И. Ковалем и Н. А. Битюковым (1974) установлено, что в среднем площади, находящиеся в интенсивном хозяйственном пользовании в 17 раз хуже выполняют водорегулирующие и защитные функции по сравнению с лесными участками. Ими также разработана методика расчета и нормативы ширины запретных полос вдоль горных рек Северного Кавказа, главной особенностью которой является выделение особой зоны водорегулирующих лесов, составляющих вместе с водоохранными зонами единую систему, направленную на обеспечение наиболее благоприятного водного режима рек и защиты почв от процессов эрозии.
Разработка нормативов ширины запретных лесных полос для Средней Сибири была выполнена В. В. Протопоповым и В. В. Куклиным (1977), при этом они использовали усовершенствованную ими формулу Г. А. Харитонова (1939). Д. Ф. Ефремов (1977) предлагает расчетные характеристики ширины лесных полос для Дальнего Востока. Г. И. Швебс и Т. Д. Борисевич (1989) считают, что проектирование водоохранных полос в степных районах должно основываться на ландшафтно-гидрологическом подходе. Берегозащитная полоса располагается на пойме вдоль уреза воды. Ее ширина определяется в зависимости от состояния поймы, режима стока и интенсивности эрозионных процессов в долине, протяженности реки и степени хозяйственного освоения.
Размещение водорегулирующих лесополос, как указывают Г. И. Швебс и Т. Д. Борисевич (1989), нужно полностью увязывать с характером склона (форма, крутизна, длина). Наиболее полно водорегулирующее и противоэрозионное влияние лесополос проявляется тогда, когда они расположены перпендикулярно направлению стока, т.е. примерно вдоль горизонталей. Они считают, что целесообразно ограничить наибольшую ширину защитных лесополос до 30 м, обычно же она должна находиться в пределах 12-21 м, а расстояние между ними 200-600 м - в зависимости от уклона и длины склона, типа почв и т.д.
Установление размеров границ от уровня уреза воды является стандартной практикой при выделении водоохранных зон. При этом не учитываются геоморфологические условия, такие как характер экспозиции склона и характер расчлененности местности. Выделенные подобным образом границы не являются оптимальными и затрудняют во многом хозяйственное использование земель. Исследования бассейна р. Кеми Р. М. Бабинцевой, В. Н. Горбачевым, В. В. Ивановым и др. (2001) показали, что выделенная на данной реке водоохранная зона по площади составляет не более одной трети стокоформирующей поверхности, что обусловлено равнинным рельефом водосбора. Зато рассчитанная для этого же участка реки водоохранная зона методом пластики рельефа лежит в пределах нерестовой и берегозащитной полос, т. е. она примерно в два раза уже, чем механически выделенная при лесоустройстве, водоохранная полоса. Особенно важно то, что граница водоохранной зоны не является прямолинейной, а имеет естественную конфигурацию и достаточную для данного участка реки ширину, чтобы надежно защитить гидрологический баланс водотока. При подобном способе выделения защитных полос высвобождается весомая часть эксплуатационной зоны берега реки, не участвующая в формировании стокопоглотительной полосы, изъятая из хозяйственной деятельности при завышении ширины водоохранных полос. Таким образом, ведение лесного хозяйства на альтернативной экологической основе будет не только экономически более эффективным, но и позволит лучше сохранить гидрологический баланс речных водосборов (Рубки главного пользования..., 2001).
Состояние водосбора и водопотребления в бассейне реки Сызранки
Водосбор Сызранки представляет волнистое возвышенное плато центральной части Приволжской возвышенности, сильно изрезанное речными долинами и сетью глубоких оврагов и балок. Источником питания рек являются атмосферные осадки, подземные и ключевые воды, а во время половодья талые воды снегов. Гипсографическая кривая, р. Сызранки представлена на рис. 2.3. Она дает наглядное представление о распределении площади водосбора по высотным зонам. Наиболее высокая часть водосбора реки находиться до впадения в неё притоков (130-й км). Так устье реки располагается на высоте 268 м, а первый приток впадает уже на высоте 138,2 м, таким образом, падение составляет 129,8 м. Подобный тип профиля реки называется плавновогнутым и характеризуется вогнутой кривой гиперболического вида более крутой в верховьях реки и пологой в низовьях.
Средняя высота водосбора является одной из важнейших морфометрических характеристик, так как она характеризует основные составляющие водного баланса, а также и другие элементы гидрометеорологического режима. Средняя высота водосбора Сызранки составляет 213 м. Средний уклон водосбора 1,6%о (Ресурсы поверхностных вод, 1971).
Состояние водосбора характеризуется соотношением естественных экосистем лесов, болот и озер, оказывающих существенное влияние на гидрологический режим, и измененных человеком искусственных экосистем агроценозов и урбанизированных ландшафтов. Бассейн Сызранки примерно на треть покрыт лесами, что значительно выше среднего показателя по Ульяновской области. Общая площадь лесов бассейна реки Сызранки составляет 1741,7 км . Коэффициент лесистости (/л) водосбора Сызранки составляет 0,36. Расположение лесов на водосборе имеет неравномерный характер. Большая их часть расположена в северной и центральной части бассейна, гораздо меньшая - в южной и юго-восточной части. Две трети водосбора распаханы и вовлечены в интенсивную хозяйственную деятельность человека.
На территории водосбора имеются два озера, 16 крупных (площадью более 10000 м ) и множество мелких прудов, что в целом не много для условий лесостепной хоны. Их общая площадь в пределах бассейна Сызранки составляет 486 млн. м , коэффициент озёрности (f0) составляет 0,001. Для расчета потерь стока были определены значения испарения с водной поверхности и с поверхности суши (Ресурсы поверхностных вод СССР, 1973а, 19736). Эти величины оказались соответственно 650 и 460 мм. Отсюда потери стока для бассейна реки Сызранки составили 1,9 мм. Общий слой стока с бассейна реки Сызранки составляет 109 мм, поэтому объем потерь испарения с поверхности озер и прудов можно считать достаточно небольшим.
Территория бассейна реки Сызранки относится к зоне с недостаточным увлажнением. Болота здесь встречаются достаточно редко и в основном приурочены к отрицательным элементам рельефа: понижениям, прогибам, берегам озер и рек, верховые болота практически отсутствуют (Денисенков, 2000). На изучаемой территории в 30-е - 50-е годы XX века добыча торфа на промышленные нужды (в качестве топлива и органического удобрения) истощила его запасы, а масштабные осушительные работы, предшествовавшие его добыче, оказывали серьезное влияние на состояние болотных биоценозов (приводя к их перестройке), а также соседних к ним суходолов (Благовещенский, 1981, 1987). В результате подобных изменений происходило прекращение торфонакопления, восстановительные процессы сменялись окислительными, на окружающих территориях понижался уровень грунтовых вод, нарушался гидрохимический баланс. Вследствие этого в растительных сообществах данных территорий происходили коренные изменения (Благовещенский, 2008).
По данным Торфяного фонда РСФСР (1952) всего на территории бассейна находится 94 разведанных болота общей площадью 8,523 км , коэффициент заболоченности /6 составляет 0,00175. Согласно нашим исследованиям, наибольшая площадь болот (более половины) приходится на водосборы рек Сызранки (без притоков) и Темрязанки. Меньше всего болот на водосборах реки Балашейки - всего 0,275 км2 и Росочки, где не разведано ни одного неосушенного болота. Наибольшая доля болот у водосборов рек Темрязанки, Канасаевки и Балашейки. Таким образом, наибольшее влияние на водный режим оказывают именно леса, тогда как озера и болота играют второстепенную роль.
Современное состояние водопотребления в бассейне реки Сызранки характеризуется низким уровнем водозабора из поверхностных водных объектов и достаточно высоким уровнем потребления воды из подземных водосборов. Основными промышленными водопользователями подземной воды в бассейне реки Сызранка по данным Государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Ульяновской области (2008) являются:
1. ООО «Силикат» 0,285 млн. куб. м;
2. МУП «Коммунсервис» р.п. Новоспасское 0,832 млн. куб. м;
3. МУП «Радищевский групповой водовод» 0,153 млн. куб. м; 4. МП «Сантеплотехсервис» р.п. Николаевка 0,302 млн. куб. м.
Суммарный объем потребленной воды равен 1,572 млн. куб. м, что составляет 0,32% от среднего многолетнего годового стока. За последние годы наблюдается динамика уменьшения объёма забора подземных вод из бассейна реки Сызранки. Это произошло за счёт банкротства некоторых предприятий сельского хозяйства, потребителей воды, Николаевского и Новоспасского районов, по территории которых протекает река Сызранка.
Кроме того, на качество воды Сызранки влияют загрязняющие вещества, поступающие с притоков р. Сызрани (Томышевка, Канадейка и т. д.), а также некоторых других предприятий Новоспасского и Николаевского районов. Вода в реке Сызранка характеризуется как «грязная», класс качества - 4А. УКИЗВ равен 4,76 (Государственный доклад, 2010, 2011).
Таким образом, водосбор реки Сызранки характеризуется высокой степенью антропогенной освоенности и вовлечения природных экосистем в хозяйственную деятельность человека. Данные процессы активно влияют на процессы формирования гидрологического режима на территории бассейна, качества воды в поверхностных водотоках, процессы водной эрозии. Состояние водопотребления свидетельствует о низком качестве поверхностных вод, обусловленное как непосредственным антропогенным загрязнением при эксплуатации промышленных предприятий, так и опосредованным воздействием при угнетении естественных экосистем водосбора, прежде всего лесных, выполняющих водоохранную, водорегулирующую, кольматирующую и средообразующую роль.
Классификация лесных участков по степени экологической нарушенности в пределах водосборных бассейнов
Для классификации лесных участков по степени нарушенности природных ландшафтов и лесного покрова по предложению Хаммонда (1995) производится камеральная оценка состояния растительного покрова и ландшафта на основе заданных условий выраженных в виде параметров, которые дополняются данными натурных обследований.
За основу классификации нарушенности лесных экосистем была принята шкала Р. М. Бабинцевой и др. (2008), включающей пять категорий экологической нарушенности лесных экосистем по состоянию растительного покрова. К первой категории отнесены ненарушенные лесные экосистемы, включающие коренные леса семенного происхождения. Ко второй, третьей и четвертой категории отнесены слабо-, средне-, и сильнонарушенные лесные экосистемы, что соответствует стадиям вторичной сукцессии нарушенных биоценозов. К пятой категории нарушенности относятся полностью разрушенные лесные экосистемы, включающие невозобновившиеся своевременно вырубки, гари и другие категории лесных земель по границе с лесостепью, лишенные лесной растительности и подвергшиеся остепнению.
Величина и положение лесных земель подвергшихся вырубкам, распашке или остепнению является важнейшим показателем при систематизации лесорастительных условий на водосборе и может служить показателем общей нарушенности и степени антропогенного воздействия на данную территорию. По результатам оценки состояния лесного фонда разных природных районов бассейна реки Сызранки, в настоящее время в от 35 до 70 % площади всей территории могут быть отнесены к пятой категории нарушенности, то есть к разрушенным лесным экосистемам.
Выделение границ разрушенных лесных экосистем, относящихся к пятой категории экологической нарушенности, вызывает некоторые методологические трудности в связи с тем, что лишенные лесной растительности или подвергшиеся остепнению земли могут быть сильно изменены хозяйственной деятельностью человека (преобразованные агроландшафты). Определение границ по остаткам сохранившейся от лесных ассоциаций растительности очень трудоёмко и не всегда возможно в связи с тем, что в разных районах степень преобразования территории различна и не всегда удается выделить представителей коренных сообществ. В то же время многие исследователи (Коржинский, 1887; В. И. Талиев, 1905; И. В. Тюрин, 1935) связывают эволюцию и распространение лесных почв с динамикой и распространением древесной растительности на данной территории. А поскольку процессы почвообразования длятся сотни и даже тысячи лет, по сохранившемуся почвенному покрову можно восстановить границы доагрикультурных лесных сообществ. Для этого в специализированной ГИС по карте почв изучаемой территории производилось совмещение границ современных лесов и границ распространения лесных почв данной территории (рис. 4.11).
Поквартальное выделение на карте разными цветами участков леса в соответствии с их степенью нарушенности позволило произвести оценку речных водосборов изучаемого бассейна по характеру нарушенности лесного покрова и подтвердило высокую неоднородность характера лесных насаждений бассейна реки Сызранки (рис. 4.12).
Анализ полученных карт нарушенности показал, что наиболее нарушенные антропогенной деятельностью лесные экосистемы полностью лишенные лесной растительности находятся в водосборах рек Канадейки, Томышевки и Канасаевки, что соответствует критическому уровню антропогенной нагрузки (свыше 50 % разрушенных лесных экосистем). Состояние остальных водосборов соответствует высокому уровню антропогенной нагрузки (от 30 до 50 % разрушенных лесных экосистем).
Для визуальной оценки степени нарушенности лесов по степени нарушенности для каждого водосбора были использованы круговые градуированные диаграммы нанесенными на карту-схему бассейна реки Сызранки (рис. 4.13). Размер круговой диаграммы соответствует площади лесов водосбора, а размер закрашенного сектора круга - площади лесов соответствующей степени нарушенности.
Для количественной оценки степени нарушенности лесной территории была введена система оценочных баллов (СУ), нормированная в диапазоне 0 -0,8, где лесам первой категории нарушенности присваивалось 0 баллов, второй категории - 0,2 балла, третьей категории - 0,4 балла, четвертой категории - 0,6 балла и пятой категории - 0,8 балла.
Полученные значения коэффициентов нарушенности (N) лесных экосистем были использованы для типизации речных водосборов бассейна реки Сызранки по характеру нарушенности лесного покрова. Всего было выделено четыре типа водосборов: ненарушенные (N 0,2), малонарушенные (0,2 N 0,4), средненарушенные (0,4 N 0,6) и сильнонарушенные (N 0,6).
Бассейн Сызранки (без притоков) характеризуется средней степенью антропопрессинга в верхнем течении и высокой в нижнем, что связано с историческими причинами раннего заселения человеком речных долин крупных и средних рек. Большие площади лесов были вырублены вдоль береговых склонов в нижнем и среднем течении реки. Наибольшие площади ненарушенных и малонарушенных лесных экосистем сосредоточены в её верхнем течении. Коэффициент нарушенности для водосбора составляет 0,60, что соответствует средненарушенным лесным экосистемам. Диаграмма запасов леса по категориям нарушенности (рис. 4.14) имеет два пика и смещена в правую сторону (соответствует высокой нарушенности).
Бассейн реки Росочки территориально находится в труднодоступном месте и окружен высокими склонами водоразделов, поросшими лесами. Центральная часть водосбора занята полями и селами Осока и Кудажлейка, вокруг которых состояние лесных экосистем характеризуется высокой степенью нарушенности. Много малонарушенных лесных территорий встречается на крутых склонах и вершинах вдоль берегов реки Осоки (приток Росочки) в восточной части водосбора. Коэффициент нарушенности для водосбора составляет 0,48, что соответствует средненарушенным лесным экосистемам. Запасы леса по категориям нарушенности представлены на рис. 4.15. Диаграмма имеет два пика и смещена в сторону меньшей нарушенности.
Бассейн реки Темрязанки характеризуется высокой неоднородностью состояния нарушенности лесных экосистем, что связано с обширными рубками лесов на его территории. В верхнем течении реки практически отсутствуют коренные лесные сообщества, а величина разрушенных лесных экосистем составляет почти половину. В центральной части водосбора напротив практически отсутствуют разрушенные лесные земли, и много лесов первой категории нарушенности, которые могли бы стать центром восстановления лесных экосистем данной территории при условии прекращения антропогенных воздействий. Нижняя часть водосбора подверглась существенным вырубкам и практически полностью лишена ненарушенных лесных экосистем. Коэффициент нарушенности для водосбора составляет 0,53, что соответствует средненарушенным лесным экосистемам. Запасы леса по категориям нарушенности представлены на рис. 4.16. Диаграмма имеет два пика, площадь закрашивания преобладает в правой части (соответствует высокой степени нарушенности).
Дополнительные меры по охране и рекреации лесных экосистем речных водосборов
В существующей системе охраны и рекреации лесных экосистем имеют место некоторые противоречия, связанные, прежде всего, с тем, что выделяемые полосы лесов в водоохранных зонах, а также леса, относящиеся к I группе, занимают лишь около 4-5 % общей площади лесного фонда и полностью исключены из эксплуатации, тогда как на оставшейся части лесов, где ведется их активная промышленная эксплуатация, водоохранные мероприятия по существу совершенно не проводятся. Это особенно важно, так как именно эти леса и обеспечивают, прежде всего, нормальный гидрологический режим территории.
А. А. Молчанов (1977) утверждал, что нет никакого основания отдавать предпочтение лесам, расположенным близко к речным руслам, потому как все леса, произрастающие на водосборном бассейне, обладают водоохранными и гигиеническими свойствами и требуют соответствующей системы природопользования. Именно по этому, важнейшим принципом, при разработке эффективного комплекса водоохранных и лесовосстановительных мероприятий, должно быть осуществление охраны лесов в процессе их использования с применением всех лесохозяйственных мероприятий начиная от рубки и вплоть до своевременного эффективного лесовосстановления на площадях, пройденных рубкой.
В настоящее время преобладающим способом промышленной лесозаготовки являются сплошные рубки, приводящие к резкому нарушению защитных свойств леса. Нежелательным последствием такого неэффективного лесопользования является образование вторичных сукцессионых процессов на месте коренных лесных экосистем, таких как смена ценных хвойных пород малоценными лиственными. В результате данных процессов значительно повышается себестоимость восстановления ценных коренных, и наиболее продуктивных, лесных экосистем. В местах сплошных вырубок резко увеличиваются негативные явления, такие как водная эрозия, смыв почв, образование промоин и оврагов, кроме того сплошные рубки способствуют изменению внутригодового баланса влагооборота, увеличивая паводковый сток и уменьшая меженный, также они влияют и на уровень залегания грунтовых вод.
Известно, что восстановление водоохранно-защитных и противоэрозионных функций леса после рубки, как на отдельных участках склонов стокоформирующих поверхностей, так и на целых водосборных бассейнах может протекать по-разному. На отдельных склонах, после проведения рубок, эрозионные процессы затухают достаточно быстро вследствие зарастания участков (в течение 3-5 лег интенсивность эрозии снижается в несколько раз по сравнению со свежими вырубками). Иначе протекают процессы на тех водосборах, которые подверглись массовым вырубкам лесов, где мутность воды в реках может оставаться высокой на протяжении десятилетий (Молчанов, 1962; Рубцов, 1972; Побединский, 1979).
Главными причинами данных процессов являются как изменение водного режима водосбора вследствие увеличения поверхностного стока, изменения режима снегонакопления и снеготаяния, изменения водопоглощающих свойств почвы, так и прогрессивное развитие эрозионных процессов происходящих на наиболее неустойчивых частях водосбора (крутых склонах, глинистых и подвижных почвах, на магистральных волоках и лесовозных дорогах, то есть участках разрушенных при лесозаготовке), которые наиболее интенсивно размываются через 10-15 лет после рубок (Бизюкин, 1976).
При организации устойчивого природопользования на водосборах рек, прежде всего, следует отказаться от сплошных рубок леса и перейти к системе несплошных (выборочных и постепенных) рубок, которая отвечает требованием мягкого управления природной средой. По данным Р. М. Бабинцевой с соавт. (2001) вырубки леса интенсивностью менее 35 % являются не только нерентабельными в экономическом отношении, но и неэффективными в природоохранных аспектах. Рубки с интенсивностью выборки более 60 % резко снижают водоохранные свойства лесов и ветроустойчивость оставшейся части древостоя. Таким образом, наиболее эффективными являются рубки интенсивностью 40-50 %, при расчетном времени восстановления около 40-50 лет.
Помимо организации эффективной системы рубок при проектировании устойчивого природопользования на водосборах рек следует особое внимание уделять работам по воспроизводству лесных ресурсов и дополнительному лесоразведению там, где оно необходимо. Воспроизводство лесных ресурсов осуществляется путем искусственного, естественного, и комбинированного восстановления лесов (Приказ МПР РФ от 16.07.2007 № 183 «Об утверждении правил лесовосстановления», 2007). По мнению разных авторов (Молчанов 1966, Рахманов, 1984, Благовещенский, 2005) наиболее продуктивными и устойчивыми породами, которые следует использовать при восстановлении лесов, эффективнее всего выполняющими водоохранную и водорегулирующую функцию, будут те, которые произрастали на данной местности изначально и наиболее приспособлены к её условиям. В ходе проведенных исследований была составлена карта-схема доагрикультурного растительного покрова бассейна реки Сызранки с указанием распространения основных типов леса по преобладающим породам (см. рис. 4.11), на основе которой предлагаем производить работы по лесовосстановлению и лесоразведению на изучаемой территории.
Вместе с организацией эффективной системы лесопользования на водосборных бассейнах следует особое внимание уделять процессам естественного восстановления природных экосистем и охране ненарушенных территорий, являющихся центрами биоразнообразия и источниками восстановления окружающей природной среды. В настоящее время этому вопросу уделяется очень мало внимания. Для того чтобы ослабить антропогенное воздействие на природные комплексы речных водосборов и установить компромисс между ведением хозяйственной деятельности и восстановлением естественного состояния природных экосистем поможет создание экологического каркаса территории, играющего роль стабилизирующего фактора, и состоящего из непрерывной сети территорий с различными режимами природопользования.
Функционирование устойчивого природного экологического каркаса предполагает наличие ненарушенных охраняемых территорий, служащих для сохранения естественных природных комплексов региона, линейных элементов, играющих роль экологических коридоров и наиболее многочисленных и уязвимых точечных узлов. Важной особенностью функционирования экологического каркаса является то обстоятельство, что все его элементы не только выполняют средообразующую и стабилизирующую роль, но и сами нуждаются в его «покровительстве».
В пределах водосборных бассейнов X. Хаммонд (Hammond, 1992), выделяет следующие экологические зоны:
1) защитные (водоохранные) зоны вдоль основного водотока, его истоков и притоков;
2) участки девственных, эталонных или особо ценных лесов, в которых не проводится главное лесопользование;
3) экологически неустойчивые части экосистемы бассейна (участки мелких почв, крутые каменистые склоны, заболоченные территории и т.п.);
4) места обитания диких животных (особенно редких и уникальных видов);
5) миграционные коридоры, по которым перемещаются животные в пределах бассейна и в соседние речные экосистемы;
6) рекреационные зоны;
7) эксплуатационные зоны, где ведется главное пользование лесом.
Набор экологических зон в разных бассейнах в зависимости от природных и экономических условий может быть различным, но в любом из них будут иметь место водоохранная и эксплуатационная зоны. Таким образом, в каждом бассейне помимо зоны интенсивного лесопользования выделяются зоны с различными ограничениями хозяйственной деятельности.
Следует отметить, что помимо традиционно выделяемых особо охраняемых территорий с различными ограничениями в лесопользовании пристального внимания требуют и такие уязвимые категории земель, как участки с мелкими каменистыми почвами, приводораздельные водорегулирующие леса на крутых склонах, истоки рек зачастую остающиеся не учтенными. Включение таких элементов в состав экологического каркаса с особым режимом природопользования позволит максимально сохранить баланс природных территорий с разной степенью антропогенного воздействия и создать полноценные условия для их восстановления.
