Почвы островов Казанского района переменного подпора Куйбышевского водохранилища Кулагина, Валентина Ивановна

Введение к работе

Актуальность пройдены. Островные системы, образующиеся в івязи с возведением на крупных реках гидроэлектростанций, до іастсящего времени не подвергались систематическому изучению. Зтсутствие основополагающих знаний об их функционировании, сти-сийность хозяйственного использования создают предпосылки для отягощения экологической обстановки водохранилищ, активными іандшафтообразующими элементами которых они являются. Наиболее іаглядньїм примером влияния гидротехнического строительства на экологическую обстановку является река Волга с ее каскадом гидроэлектростанций.

Строительство одной из них, Куйбышевской, повлекло за со-Зой создание крупнейшего по площади водохранилища, изменившего течение практически всех природных процессов. Многометровый годъем воды обусловил затопление большой площади, формирование систем островов, роль которых в функционировании водохранили-да, создании его "экологического фона"- практически неизвестна, так как ни сами острова водохранилища, ни компоненты их ландшафтов, в том числе почвы, до сих пор реально не изучались.

Исследование почвенного покрова островов - это, кроме всего прочего, изучение истории и, в конечном счете, прогноз будущего последних. Среди других компонентов ландшафта почвенный покров наиболее устойчив. Он медленнее реагирует на изменение внешних условий, а приобретаемые при этом признаки и свойства сохраняются наиболее длительное время. В связи с этим исследование почвенного покрова островов Куйбышевского водохранилища является первоочередным этапом в решении многих его экологических проблем.

Цель работы : Изучить почвенный покров островов Куйбышевского водохранилища и закономерности распределения почв на них.

Основные задачи исследования :

-составить представление о всем разнообразии почв, встречающихся в пределах островов Куйбышевского водохранилища; -систематизировать полученные сведения с учетом существующих классификаций пойменных почв; -изучить основные свойства выделенных типов почв островов;

-выявить направления и механизм влияния водохранилища

на почвы островных экосистем; -показать возможные направления эволюции почв; -обосновать рациональные способы практического использования почв островов.

Научная новизна. Впервые изучен почвенный покров островов Куйбышевского водохранилища'. Выявлены и систематизированы все образующие его почвы. Составлены картографические материалы, отображающие зависимость их размещения от строения и происхождения поверхности островов, литологических особенностей почво-образующей толщи.

Вскрыты пути влияния водохранилища на направления эволюции почв. Показано, что островные почвы после строительства плотины развиваются в тесной связи с функционированием Куйбышевского водохранилища и являются интересной моделью для изучения их роли в экосистемах искусственных водохранилищ равнинных рек.

Предложена классификация островов, разработанная на основе детального исследования почвенного покрова и существующих особенностей гидрологического режима водохранилища.

Защищаемые положения .

1. Острова Куйбышевского водохранилища,частично сохранившиеся, частично образовавшиеся после создания плотины Куйбышевской ГЭС, сформировались из фрагментов поверхности днища долины р.Волги, лежавших в широком диапазоне относительных высот, что обусловило формирование почв островов как бывшими аллювиальными, так и зональными почвами.

2. Организация почв в составе почвенного покрова зависит от множества факторов, главнейшими из которых являются унаследованные особенности строения поверхности, высота ее относительного среднего напорного уровня и гидрологический режим водохранилища.

3. Эволюция почв островов управляется как природными зональными биоклиматическими факторами, так и влиянием водохранилища.

Практическая значимость. Исследование проведено в рамках региональной программы "Экология", почвенный раздел которой

- з -предусматривает в качестве одного из этапов разработку специального кадастра этой специфической части земельного фонда Среднего Поволжья. Полученные материалы могут также использоваться при разработке практических мероприятий по экологическому оздоровлению р.Волги.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на отчетных научных конференциях (1991-1993 гг.) КГУ и КИБ КНЦ РАН, а также XII конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Среднего Поволжья и Урала (Казань,1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы. Все фактические данные и сформулированные на основе их практические выводы и предложения готовятся для опубликования в специальной монографии , посвященной Куйбышевскому водохранилищу.

Объем работы. Диссертация общим объемом 163 страницы машинописи состоит из введения, трех глав, выводов и приложения. Список использованной литературы включает 149 наименований. Работа иллюстрирована 20 рисунками, включает 38 таблиц. Объекты и методы исследования

Объектом данного исследования являются почвы островов волжского отрога ( Казанского района переменного подпора ) Куйбышевского водохранилища. Выбор этой части был определен следующими причинами :

- наличием большого количества островов различного проис
хождения и высотного положения. Из 751 острова, отмеченного на
водохранилище, примерно двести расположено здесь.

- протяженностью плеса, обеспечивающей большие различия в уровне поднятия воды в его верхней и нижней частях и, как следствие, образование островов из разных фрагментов днища речной долины.

разнообразием почвенного покрова островов, являющимися следствием названных причин.

крайним непостоянством подпорного уровня, который обусловлен работой сразу двух ГЭС ( выше и ниже лежащей).

Для решения поставленных задач было проведено полевое обследование почвенного покрова на 101 острове площадью от 0.2 до 1276 га. Из них 77-пойменные острова и 24 - остатки надпойменных террас. В качестве картографической основы использова-

- 4 -лись географические карты масштаба 1:25000 и 1:50000, карта генетической принадлежности островов, составленная сотрудниками географака КГУ, и карта-лоция. Во время совместных полевых экспедиций с Отделом Экологии КИБ КНЦ РАН заложено 228 разрезов и полуям, для лабораторного исследования отобрано 589 образцов .

Во всех образцах по общепринятым методикам [2, 12, 51, 52, 56, 57, 70, 71, 93, 94, 108, 112-115, 119] определялись: содержание гумуса и общего азота, сумма обменных оснований, гидролитическая кислотность, реакция среды, гранулометрические состав, гигроскопическая вода, в некоторых - валовый химический состав и формы железа.

Результаты обрабатывались методами математической статистики. Рассчитывалисьусредненные показатели для каждого подтипе почв, а также достоверность разницы между ними [37,46,79]. Часть результатов обработана на персональном компьютере прі помощи специально разработанной базы данных.

Отражение особенностей гидрологического режима водохранилища в облике и свойствах почв

Кроме общего подъема уровня воды после строительства плотины произошли следующие изменения: 1) уменьшились сезонные колебания уровня с 9-12 до 6-7 м; 2) увеличилась длительності паводкового периода; 3) появились суточные и недельные колебания уровня с амплитудой до 1-1.5 м, связанные с работой ГЭС.

Почвы сформировавшихся островов по водному режиму сталі делиться на продолжающие развиваться в зональном направлении і периодически затапливаемые и подтапливаемые в связи с колебаниями уровня воды в водохранилище.

Роль литологичёских особенностей почвообразующих отложений в формировании облика и свойств почв

Острова Куйбышевского водохранилища сложены в основної аллювиальными отложениями,, для которых характерна слоистость, Гранулометрический состав слоев и особенности чередования и) определяют: а) капиллярный подъем влаги из почвенно-грунтовыз вод; б) сброс избытка влаги из почвенного профиля; в) теснот; связи уровня воды водохранилища и почвенно-грунтовых вод; г. соотношение грунтового и атмосферного питания в водном режимі

- 5 -почв.

В связи со значимостью этого фактора предпринята попытка объективного разделения всего разнообразия слоистости лочвооб-разующих толщ, встречающихся в пределах обследованных островов, на отдельные группы на основе имеющихся массовых данных определения гранулометрического состава.

Полученные результаты свидетельствуют, что по содержанию физической глины в верхних горизонтах вся совокупность разрезов достоверно (Р=0.95) разделяется на три выборки с средним содержанием физической глины 8.7%, 27.4%, 45.7%. Это разделение было принято за основу обоснования руслового, пойменного и старичного аллювия. Внутри этих групп выделялись подфации по особенностям слоистости в пределах 1.0-1.5 м толщи. Обосновано несколько подфациальных толщ и показано, что они обеспечивают неодинаковые условия формирования почв (рис.1).

Аллювий с песчаной и супесчаной кровлей и песчаными нижележащими слоями не способен поддерживать высокий уровень обводненности верхней части профиля даже в случае залегания поч-венно-грунтовых вод на глубине 40-50 см от поверхности.

Аллювий с песчаной и супесчаной кровлей, подстилаемой суглинистым слоем, обладает способностью формировать кайму ка-' пиллярно-подпертой влаги мощностью до нескольких метров. Если капиллярная кайма редко достигает венчающего слоя аллювия, то в формировании почв существенную роль начинает играть атмосферная влага.

Если 20-40-сантиметровый суглинистый слой лежит в середине толщи аллювия, соответствующего мощности разреза, а венчаю-, щий и нижележащий слои облегченного (песчано-супесчаного) состава, то водный режим будет регулироваться мощностью подстилающей суглинистую прослойку толщи и глубиной стояния почвен-но-грунтовых вод.

Водоподъемная способность аллювиальных отложений с суглинистой кровлей определяется особенностями гранулометрического состава подстилающего его слоя. Если вся нижележащая толща отложения (до зеркала почвенно-грунтовых вод) такого же или даже более тяжелого состава, то высота подъема может быть максимально возможной. Если же кровля подстилается облегченными

І20_см

2.1

г.г 2.3

3.1

Рис. I Типы слоистости толщ аллюЕия, встречающегося на островах обследованной акватории Куйбышевского водохранилища

1.1,1.2,1.3,1.4 - аллювий с песчано-супесчаной кровлей; 2.1,2.2,2.3 - аллювий с легко-среднесутлинистой кровлей; 2.1 - аллювий с тяжелосуглинистой-глинистой кровлей;

а - песок; б - супес!.; е - легкий и средний суглинок; г - тяжелый суглинок и глина.

слоями, то водоподъемная способность ограничивается.

Эти материалы позволяют косвенно оценить роль различных толщ аллювия на формирование водного режима развивающихся на них почв, и следовательно, возможности образования того или иного типа почв на том или ином аллювиальном отложении. Почвенно-таксономическая роль происхождения и строения островов

В пределах исследованной части Куйбышевского водохранилища острова произошли из наиболее высоко поднятых элементов пойменной и останцов второй надпойменной террасы. Первые преобладают выше, вторые - ниже г.Казани. Две эти группы островов имеют разный состав почвенного покрова. До сооружения плотины гидроэлектростанции условия формирования ландшафтов этих поверхностей сильно различались. Ландшафты второй надпойменной террасы функционировали по зональному типу. Под господствовавшими здесь различными типами лиственных лесов формировались в основном дерново-подзолистые и серые лесные почвы.

Подпор русла привел к поднятию уровня воды, что обусловило подтопление почв наиболее низких элементов поверхности второй надпойменной террасы. Остальная часть продолжает развиваться в тех же условиях, которые существовали и до наполнения Куйбышевского водохранилища.

^: Острова из бывшего пойменного уровня днища долины - это останцы высокой поймы, затапливавшейся лишь время от времени. Различие высоты их поверхности определяет при существующем размахе колебания уровня воды различия обводненности развивающихся здесь почв. Они образуют непрерывный ряд, начиная от представителей, для которых весьма существенную роль играет атмосферное водное питание, и кончая представителями, развитие которых всецело определяется систематическим затоплением и постоянным подтоплением. Форма в плане, ее ориентация к направлению движения водных масс, а также строение поверхности островов играют большую роль в ранжировании почв по особенностям водного режима.

Систематика островных почв

Обычные аллювиальные почвы достаточно хорошо изучены, об их свойствах собраны обширные данные, составлено большое коли-

Систематический список почв островов

Таблица 1

Типы

Подтипы

Роды

Виды

Приуроченность к островам и их частям

Ш. і) вторично оппеенные

1.Аллювиальные болотные

2.Аллювиальные луговые

3.Аллювиальные дерновые

А, Аллювиальные почвы I. Почвы систематического затопления и постоянного подтопления 1) лугово- по особенностям по содержанию Пойменные острова, верхняя часть болотные почвообразующих органического волжского отрога водохранилища, пород вещества Низкие участки - 0,4-0,8 м до

грунтовых вод. Обычно внутренние части островов, около внутренних озер и замкнутых котловин II, Почвы периодического затопления и систематического подтопления

І) обычные

по содержанию органическое вещества и мощности гумусового горизонта

Пойменные острова,невысокие ровные участки, сложенные относительно тяжелым аллювием^ Средняя часть волжского отрога (до г.Казань).

Почвы преимущественно атмосферного тштания

по содержанию органического вещества, мощности гумусового гори-

Вторично оглеенные почвы занимают участки от 0.8 до 1.5 м над НПУ. Обычно узкие острова, невысокие гривы, прибрежная часть.

Окончание таблицы і

і почвы

по содержанию гумуса, мощности гумусового горизонта, глубине оподзоленного и оглеенного гориз.

Оподзоленные - на участках вше 4-5 м над НТО.

Острова - остатки II надпойменной террасы. Нижняя часть вола-ского отрога. Обычные занимают верхние части грив и участки выше і - 1.5 м, вторично оглеенные - более низкие. Острова - остатки II надпойменной террасы. Светло-серые лесные занимают более высокие участки.

- 10 -чество классификаций [1, 13, 15-17, 29, 32, 33, 38, 40-45, 50, 53, 55, fil, 64-66, 99,100, 102, 103, 107, 109, 111, 118, 122, 127, 128, 135, 136, 143, 144, 146, 1493.

Однако непосредственное применение их к почвам островов Куйбышевского водохранилища невозможно. Связано это в основном с развитием последних в условиях специфического водного режима, наличием в их облике и свойствах признаков, отвечающих прежнему и существующему гидрологическому режиму. Это позволило дать свой вариант классификации данных/ почв. При разработке систематического списка (табл.1) за основу были приняты предложения Г.В.Добровольского [61].

Как показывает его содержание, почвы островов Куйбышевского водохранилища отнесены к двум надтиповым группам: интра-зональных и зональных. Интразональные почвы - это почвы, формирование которых тесно связано с особенностями функционирования водохранилища. Внутри этой группы выделяется три подгруппы, почвы которых отличаются соотношением грунтово-флювиально-го и атмосферного фактора в создании их водного режима. Среди аллювиальных почв пойменных островов таким образом выделяются аллювиальные дерновые, аллювиальные луговые и аллювиальные болотные.

Закономерности размещения почв островов

Несмотря на значительное разнообразие гранулометрического состава почвы отдельных типов и подтипов все же тяготеют и участкам с определенным интервалом высот. Признаки переувлажнения обычно отчетливо выражены в нижней части профиля при залегании почв на 0.6-1 м выше нормального подпорного уровня водохранилища, и по всему профилю - при залегании на 0.4-0.6 к выше НПУ.

На пойменных островах на участках до 0.4-0.6 м над HID чаще всего встречаются аллювиальные лугово-болотные почвы, от 0.6 до 1-1.5 м - преобладают аллювиальные луговые и аллювиальные дерновые вторично оглеенные почвы. Участки с высотами 1-І м над НПУ чаще всего заняты аллювиальными дерновыми обычным! почвами, а самые высокие - свыше 4-5 м над НПУ - аллювиальным! дерновыми оподзоленными почвами. Подобные закономерности можнс заметить и на островах от второй надпойменной террасы. Участкі

ше 1-1.5 м над НПУ заняты зональными почвами - дерново-под-элистыми и светло-серыми лесными, более низкие - их вторично глеенными аналогами. В эти средние значения могут быть внесе-j существенные поправки конкретными условиями формирования, <лючая строение аллювиальной толщи и рельеф острова.

На мелких узких островах уровень грунтовых вод наиболее эсно связан с уровнем воды в водохранилище, вследствие чего цесь естественнее всего встретить почвы с признаками частой лены окислительно-восстановительных условий в профиле, т.е. плювиальные дерновые вторично оглеенные. Действительно, на элжском участке водохранилища имеется большое количество та-лх островов, особенно около устья Свияги.

На небольших плоских островач, высотой около 1-1.5 м, сло-энных более тяжелым аллювием, т.е. там, где колебания грунто->ix вод несколько смягчаются, распространены аллювиальные лу-эвые почвы.

Аллювиальные лугово-болотные почвы встречаются на мелких :тровах редко. Они требуют более-менее устойчивого избыточно-d увлажнения. Как правило, это достигается только на очень язких островах.

К наиболее высоким островам тяготеют аллювиальные дернове оподзоленные почвы, но они никогда не занимают всю их пло-здь, так как даже на мелких островах всегда есть участки ниже -5 м над НПУ с другими почвами (рис.2).

Гривы мелких островов от второй надпойменной террасы за-эты зональными почвами: светло-серыми лесными и дерново-под-элистыми. Более низкие участки, где капиллярная кайма дости-ает почвенного профиля, - вторично оглеенными серыми лесными и эрново-подзолистыми почвами. Признаки частой смены окисли-эльно-восстановительных условий в них хорошо заметны, но ільно оглеенных почв почти нет.

Чем крупнее остров, тем меньше зависит уровень грунтовых зд в его центральной части от колебаний уровня воды в водох-знилище. На элементах поверхности, подчиненных внутренним зерам и замкнутым котловинам, он становится наиболее стабиль-;ім. Здесь, на низких участках, часто формируются почвы с хо-эшо выраженными, признаками оглеения: на пойменных островах

Рис. 2. Карта-схема почвенного покрова островов различных ТИПОВ. М: 1: 50000 а - надпойменно-террасовый остров вытянутой формы; б - высокий пойменный остров вытянутой формы; в - плоский поименные! остров; г - низкий пойменный подковообразный остров; д - низкий пойменный вытянутый остров; е - надпойменно-террасовый острое с выровненной поверхностью; ж - крупный пойменный остроі в Еерхней части волжского отрога; з - крупный пойменный остроі е средней части еолжского отрога.

1 П 71 - аллювиальные дерновые оподзоленные; аллювиальные дерновые; аллювиальные дерновые вторично оглеенные; аллювиальные лугово-болотные; аллювиальные луговые; светло-серые лесные; серые лесные вторично оглеенные; дерново-подзолистые; дерново-подзолистые вторично оглеенные.

аллювиальные лугово-болотные, на островах от второй надпойменной террасы - серые лесные вторично оглеенные и дерново-подзолистые вторично оглеенные почвы. Береговая, часть, узкие косы и мысы крупных островов по своему водному режиму приближаются к таковому мелких островов. Приверх и прирусловые валы пойменных островов, а также наиболее высокие гривы обычно занимают аллювиальные дерновые оподзоленные и аллювиальные дерновые обычные почвы, а невысокие гривы, прибрежную часть, ухвостье - аллювиальные дерновые вторично оглеенные. Вообще, на крупном острове, как правило, можно встретить все разнообразие аллювиальных почв (рис.2).

Эволюция почв островов

К настоящему времени изменения гидрологического режима руслового потока р. Волги еще не нашли адекватного отражения в облике и свойствах почв, развивающихся под его непосредственным влиянием. Нестабильность его - основная причина трудности эволюционного прогнозирования.

В почвах низших элементов поверхностей продолжается процесс усиленного приобретения признаков гидроморфизма: возрастание выраженности в профиле ржавых и сизых пятен, органогенного наполнения.

Почвы самых высоких участков, которые не связаны с грунтовыми водами и которых не достигают з настоящее время паводки, будут продолжать развиваться в зональном направлении. Влияние водохранилища на них не настолько сильно, чтобы существенно модифицировать его.

И, наконец, почвы, оторванные от грунтовых вод, но испытывающие влияние паводков (в основном аллювиальные дерновые обычные), судя по всему, не претерпят существенных изменений. Ведущим процессом их эволюции, как и прежде, будет дерновый процесс. Серые лесные и дерново-подзолистые почвы на таких участках также могут испытывать эволюционные изменения за счет усиления дернового процесса, но эти изменения на первых порах практически не заметны.

Экологически безопасные подходы к практическому использовании почв островов Экспедиционные исследования показали, что острова волж-

- 14 -ского отрога Куйбышевского водохранилища используются довольно интенсивно. Из 101 обследованного острова 61 (в основном большие по площади) используются для различных целей: под сенокосы - 53. под пастбища - 15%, для отдыха и постройки дач - 56%, под сельскохозяйственные культуры - 3%.

Освоение островов до настоящего времени велось стихийно, что отягощает экологическую обстановку в акватории водохранилища, требует упорядочивания пользования островами и создания соответствующих рекомендаций. С учетом наиболее рационального использования острова можно разделить на несколько групп.

К первой группе относятся острова, на которых, не рекомендуется никакая хозяйственная деятельность. В первую очередь -практически не затронутые антропогенным воздействием. Благодаря наличию редких видов животных и растений их целесообразно сохранить в нетронутом виде, преобразовав в заповедники, заказники, памятники природы. К этой же группе относятся сильно эрозионно опасные и сильно размываемые острова.

Вторая группа включает острова, рекомендуемые к сельскохозяйственному использованию. Распахивать почвы островов не рекомендуется из-за низкого плодородия в полевом севообороте, малой противоэрозионной устойчивости' и нахождению в водоохранной зоне.

Чрезмерный выпас скота приводит к быстрой деградации луговых ценозов. Не защищенные растительностью аллювиальные почвы быстро разрушаются за счет эрозии и дефляции.' Однако, регулируемый выпас, не наносящий ущерба почвенному покрову, был би экономически целесообразен.

Наиболее рациональным является использование островов е качестве сенокосных угодий, так как этот вид сельскохозяйственной деятельности не наносит ущерба почвенному покрову.

Третья группа островов - это территории, рекомендуемые по? рекреационную зону: базы отдыха и строительство дач. Для этогс могут быть использованы высокие острова близ населенных пунктов, не входящие в первую и вторую категории. В рекреационное зоне почвенный покров нарушается за счет строительных работ, вытаптывания, замусоривания. Использование данных территории под рекреацию не желательно, но, по-видимому, неизбежно.

ВЫВОДЫ

4. Почвенный покров островов Казанского района переменного подпора Куйбышевского водохранилища представлен почвами пяти гипов,отличающимися по возрасту и происхождению.

5. Генезис современных почв островов связан с преобразованием пойменных почв дернового ряда бывшей поймы реки Волги, а также почв второй надпойменной террасы, развивавшихся долгое время по зональному типу.

6. Часть почв испытывает подтопление и эволюционирует в соответствии со степенью подтопления и свойствами первоначальной почвы. Они испытывают процессы олуговения или заболачивания, но процессы эти идут медленно вследствие непостоянного /ровня Куйбышевского водохранилища.

7. В верхней части волжского отрога водохранилища преобладают пойменные острова с пойменными почвами, в нижней - острова, представляющие собой незатопленные участки второй надпойменной террасы с аналогами зональных почв.

8. Самые высокие участки пойменных островов (выше 5 м над НПУ) занимают аллювиальные дерновые кислые оподзоленные почвы, самые низкие - аллювиальные лугово-болотные почвы, между ними располагаются почвы дернового (1-5м над НПУ) и лугового ряда (0.6-1 или 1.5 м над НПУ). На островах - незатопленных фрагментах второй надпойменной террасы высокие участки заняты дерново-подзолистыми и серыми лесными почвами, низкие - их подтопленными аналогами.

9. Разработанная модификация классификации почв островов предусматривает разделение их на зональные и аллювиальные. Основой выделения в составе аллювиальных почв типов являются особенности истории развития и существующий гидрологический режим, подтипов - соотношение атмосферного и грунтового питания, родов - фациальные особенности аллювиальных отложений, видов - соотношение результатов действия биоты и аллювиальной аккумуляции. Зональные почвы классифицируются традиционно.

10. Рекомендации по рациональному использованию островов предусматривают разделение их на группы по назначению (охраняемые территории, сельскохозяйственные угодья, рекреационная

зона) и формулировки необходимых мероприятий для каждой из них.