CC BY
62— ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ И ИХ КОМПОНЕНТОВ —
УДК 574.9+574.472
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ГИДРОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПОБЕРЕЖИЙ ВОДОХРАНИЛИЩ1
© 2017 г. Н.М. Новикова*, О.Г. Назаренко**, Н.А. Волкова*
*Институт водных проблем РАН Россия, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 3.
Е-mail: [email protected], [email protected] **Государственный центр агрохимической службы «Ростовский» Россия, 346493, Ростовская обл., Аксайскийр-он, пос. Рассвет. E-mail: [email protected]
Дано обоснование показателей и критериев, используемых при изучении и оценке трансформации компонентов природных комплексов побережий вследствие изменения их водного режима под воздействием крупных водохранилищ. В качестве основных факторов рассматривается заливание (показатели - длительность и повторяемость) и подтопление (показатель - изменение глубины залегания уровня грунтовых вод в разные периоды вегетационного периода). Отклик экосистем оценивается на основании показателей изменения гидроморфизма в грунтовых водах, почвах, растительности. Представлен алгоритм работы по данной методике, включающий этап по выявлению участков территории побережья, подверженных разному (заливание, подтопление) воздействию водохранилища и этап собственно оценки трансформации природных комплексов на каждом из выделенных участков. Рассмотрен подход к оценке гидрогенной трансформации природных комплексов через получение количественных значений на основании использования шкал гидрогенной трансформации, разработанных для каждого из показателей (факторов и биоты). Полученные оценки по каждому критерию характеризуют «степень» их трансформации в конкретном ландшафте и на всем побережье, а совокупность балльных оценок по всем критериям внутри ландшафта - «глубину» трансформации природных комплексов в конкретном ландшафте и на всем побережье водохранилища. Использование методики рассмотрено на примере равнинных водохранилищ степной зоны (Краснодарского, Цимлянского, Веселовского и Пролетарского) на европейской территории России.
Ключевые слова: водохранилище, побережье, гидроморфизм, метод оценки, критерии, показатели, шкалы, длительность и частота заливания, грунтовые воды, почвы, растительность, топо-экологическое профилирование.
Многолетние исследования воздействия водохранилищ на природу, хозяйство и условия жизни людей показывают, что оно не может быть охарактеризовано однозначно, поскольку многообразно и противоречиво (Авакян, Широков, 1994).
Создание водохранилищ приводит к затоплению многих тысяч гектаров плодородных земель, к переселению сотен и тысяч людей, к переустройству дорог, трубопроводов, линий электропередач и связи. Да и после того, когда эти водоемы были заполнены, в прибрежной полосе начинается подъем уровня грунтовых вод, вызывающий подтопление сельскохозяйственных угодий; развитие вторичного гидроморфизма в субаридных и аридных районах, сопровождающегося засолением почв, снижением плодородия земель,
1 Работа выполнена по программе фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН №12, проект «Оценка роли водных ресурсов с позиций национальной безопасности России» 2015-2017 гг. и по теме НИР ИВП РАН «Разработка оценочных показателей и критериев трансформации наземных экосистем в связи с изменением водного режима территорий» (Подраздел Темы НИР 1.3.9 2014-2017 гг.).
вызывающего разрушение строений и сооружений. Изменения в прибрежной полосе претерпевают почвы, растительность и животный мир. Изменяются также и микроклиматические условия, происходит изменение температурного и ледового режима рек. Волна, в особенности штормовая, подмывает берега, и десятки, а то и сотни гектаров земель обрушиваются в водоем и перемещаются береговыми течениями. Береговая линия отступает, и как показали наши исследования, этот процесс не прекращается и после 50 лет со времени создания водоема (Широков, 1985).
Со времени активного строительства водохранилищ в прошлом веке изменилось отношение к ним не только как к способу решения водных проблем, но и как к новому объекту, создаваемому в природной среде. Так, если в 30-х и 40-х годах проектировщики и «заказчики» интересовались только ложем будущего водохранилища и узкой приурезной полосой берега, в 50-х годах во внимание стала приниматься уже широкая прибрежная полоса - зона переработки берега. В настоящее время при проектировании водохранилищ разрабатываются также вопросы, связанные с задачей наиболее полного использования ресурсов окружающей территории, с развитием хозяйства и инфраструктуры в зоне влияния новых водоемов, сохранения или компенсации ущерба, наносимого природной среде (Емельянов, 1994).
Одна из важных задач современной науки по изучению водохранилищ как феномена ХХ века и последствий их создания к настоящему времени может считаться завершенной. За относительно непродолжительное время их функционирования, начиная с середины прошлого века, накоплен обширный объем информации по вопросу воздействия на окружающую среду. На данном этапе актуальной следует считать задачу по разработке универсальных методов и методик оценки гидрогенной трансформации ландшафтов и экосистем побережий водохранилищ. Эта задача актуальна как в связи с решением теоретических вопросов взаимодействия вод суши с окружающей средой, так и из-за необходимости решения важных практических задач по прогнозу и оценке влияния на прилегающие территории существующего или создаваемого водохранилища, необходимости научного обоснования рационального использования их ресурсов и повышения водоохранных функций побережий.
Материалы и методы
В задачу данной статьи входит обоснование разработанной методики оценки гидрогенной трансформации природных комплексов побережий под влиянием водохранилищ на основании анализа взаимосвязей межу водным фактором и компонентами экосистем.
Основные положения. «Объектом» разрабатываемой методики являются природные комплексы побережий, а «предметом» - критерии и показатели их гидрогенной трансформации.
Назначение. Методика разрабатывается для обеспечения стандартизации процедур оценки воздействия водохранилища на природные комплексы побережья на основе алгоритма последовательных действий путем использования системы критериев и показателей, позволяющих установить глубину и степень трансформации компонентов исходных природных комплексов. Задачи, на решение которых направлена методика: 1 -определение участков побережья водохранилища, испытывающих его разное воздействие (заливание; заливание и подтопление; только подтопление) и выявление их водного режима; 2 - выяснение проявления гидроморфизма разных компонентов природных комплексов на участках, испытывающих разное воздействие водохранилища на основе применения системы критериев и показателей; 3 - оценка глубины и степени произошедшего изменения в
направлении гидроморфизации разных ландшафтов и всего побережья водохранилища в целом, в том числе и количественной балльной оценки на основе специально разработанных шкал.
Область применения. Использование разработанной методики оценки гидрогенной трансформации природных комплексов возможно при решении вопросов рационального использования ресурсов побережий уже существующих и вновь создаваемых водных объектов, в системе мониторинга для обеспечения экологической безопасности и при рассмотрении и уточнении границ водоохранных зон.
Источниками информации (материалами для разработки представленной в работе методики) послужили официальные данные метеорологических станций (температура и осадки, высота снежного покрова), ежедневные данные по положению уровня водохранилища, которыми располагают Бассейновые речные управления и Управления водными ресурсами каждого водохранилища, данные натурных наблюдений на побережьях водохранилищ и на территории прилегающих к ним ландшафтов, не затронутых их воздействием. Сбор информации и ее накопление проводились по разным компонентам природных комплексов для каждого ландшафта и водохранилища в специально разработанных базах данных. В настоящем исследовании использованы данные натурных наблюдений, которые были проведены авторами на побережьях водоемов степной зоны в европейской части России.
Общей теоретической базой является представление о том, что водный фактор -ведущий в трансформации вмещающих ландшафтов побережий. В результате его воздействия на прилегающие территории исходные автоморфные ландшафты приобретают черты и свойства полу- и гидроморфных. Многими исследователями показано (Вендров, Дьяконов, 1976; Балюк, Кутузов, 2006; Назаренко и др., 2008; Рыльщиков, 2009; Новикова, Назаренко, 2007, 2013; Новикова и др., 2011, 2014; Новикова, Уланова, 2012; Экотонные системы ..., 2011; Плисак, 1981; Природные комплексы ..., 2014 и др.), что в результате изменения водного режима участка реки и превращения его в водохранилище на прилегающей территории происходит активное пополнение и подпор грунтовых вод; на открытых участках побережья активизируются абразионные процессы; под влиянием длительного затопления и волновой деятельности на периодически обнажающемся дне полностью разрушаются исходные природные комплексы; на участках побережья, подверженных кратковременному заливанию, одновременно идет смыв верхних горизонтов почв и накопление на поверхности отложений, принесенных водой в паводок; формируются гидроморфные и полугидроморфные почвы и растительные сообщества; на незаливаемых участках, где грунтовые воды залегают ближе к поверхности, чем 3 м, идут процессы формирования полугидроморфных природных комплексов. Ранее существовавшие в исходном ландшафте почвы, растительность и животное население в процессе адаптации к новым условиям водного режима изменяются в разной степени в зависимости от гидролого-геоморфологических условий конкретных биотопов. На участках побережий водохранилища, преобразованных в устьевые расширения впадающих рек, в заливах, формируются побережья аккумулятивного типа. Здесь процессы трансформации более широко развернуты в пространстве. На затопленной территории предыдущая дневная поверхность погребена под новыми речными наносами, формируются отложения илов и растительные сообщества гигро- и гидрофитов.
Методические подходы и методы, используемые в работе.
- Методический подход «ключ» - «опыт» для сопоставления и оценки трансформации природных комплексов побережий. В качестве «ключевых» используются участки ландшафта, не затронутые воздействием водохранилища, а участки, находящиеся под его воздействием, - в качестве «опытных».
- Методический подход, заключающийся в рассмотрении территории побережья как блоковой экотонной системы «вода-суша» в понимании и терминологии, предложенной В.С. Залетаевым (1997), и обеспечивающий оценку комплексного воздействия водохранилища. Именно такое рассмотрение пространственной и функциональной структуры побережий позволяет оценить гидрологическое воздействие водоема на прилегающие территории суши и его особенности через характеристики длительности и частоты заливания, степень подтопления, качество грунтовых вод.
- При выявлении границ разного воздействия водохранилища на побережье (участков заливаемой и подтопленной территории) используются собственные параметры водохранилища, установленные для управления их функционированием при создании (УМО - уровень мертвого объема, НПУ - нормальный подпорный уровень).
- Для оценки длительности и частоты заливания участков территории используются принятые в гидрологии расчетные формулы.
- Основной прием для получения достоверной и репрезентативной экологической оценки действия водного фактора - сопряженный анализ приуроченности его характеристик и исследуемых параметров к высотным (абсолютным или относительным) отметкам рельефа. Именно такой подход позволяет районировать побережье по типу воздействия водохранилища, совмещать разнообразные данные, относящиеся к конкретной точке, и подвергать их совместной обработке и сопряженному анализу; картографировать.
- Методы полевых эколого-географических исследований, в том числе топо-экологическое инструментальное профилирование с заложением трансект и точек ключевых почвенных и геоботанических исследований, с описанием состава и структуры растительности и учетом надземной фитомассы, выявлением индикаторов современного гидроморфизма, используются для получения современных данных, характеризующих состояние природных комплексов, специально отмечается наличие индикаторов гидроморфизма. Все точки топо-экологического профиля через положение уровня водохранилища на дату проведения съемки «привязываются» к абсолютным и относительным высотным отметкам побережья.
Существующие теоретические представления о трансформации природных комплексов разных ландшафтов на побережьях под влиянием водохранилищ были проверены на примере водохранилищ, созданных в середине прошлого века в степной зоне на юге европейской части России (рис. 1, табл. 1). Их расположение представлено на рисунке 2.
- Оценка гидрогенной трансформации природных комплексов проводится на основании комплекса индикаторов. Ответные реакции и трансформация компонентов комплексов отличаются друг от друга, поэтому разработаны показатели и экологические критерии их количественных значений. По ним оцениваются глубина и степень трансформации природных комплексов.
- Методы математической статистики для обработки и анализа данных направлены на выявление связи показателей биоты с водным фактором (длительностью и частотой заливания или глубиной залегания уровня грунтовых вод) или с блоками экотонной системы «вода-суша», отражающими разный характер воздействия водохранилища.
Алгоритм работы в соответствии с разработанной методикой рассмотрен на конкретных примерах по данным для водохранилища на юге европейской части России. Он включает несколько этапов (шагов), последовательно решающих основные задачи метода.
Первый шаг решает задачу выявления пространственной организации природных комплексов побережий водохранилищ: установления участков, подверженных его разному воздействию (длительности заливания, наличия подтопления). С этой целью используется ландшафтно-экологический подход, в основу которого положено рассмотрение побережья как блоковой системы экотонной системы «вода-суша» в понимании В.С. Залетаева (1997).
Цимлянское водохранилище
Веселовское водохранилище
Пролетарское водохранилище
Рис. 1. Расположение точек наблюдений на четырех водохранилищах. Fig. 1. The watch points locations at the four reservoirs.
Рис. 1. Расположение точек наблюдений на четырех водохранилищах. Условные обозначения к рис. 1: синие точки - топо-экологические профили; ландшафты указаны в приведенной ниже таблице (Ландшафтная ..., 1987; Рыльщиков, 2009). Fig. 1. The watch points locations at the four reservoirs. Legend to the fig. 1: blue points - topo-ecological profiles; the landscapes are listed in the following table.
Типы Подтипы Виды
С X С (D Н и v V Очень засушливый, аллювиальный аккумулятивный (239 б) Надпойменные террасы крупных рек, плоские и волнистые, местами с балками, с с/х землями
Умеренно засушливый, аллювиальный аккумулятивный (239 в) Равнины плоские, волнистые, в придо-линных частях с многочисленными оврагами и балками, с/х землями
• • • • • • Умеренно засушливый, аллювиальный аккумулятивный (239 е) Равнины плоские и волнистые, местами слабо террасированные, с озерами, болотами, с с/х землями, участками лугов, разнотравно-злаковых степей
/ч 74 /\ Сухой, аллювиальный аккумулятивный (251 а) Поймы и низкие террасы, плоские, местами гривисто-западинные, с руслами, протоками, озерами-старицами, с лугами
с < > V/ Сухой, лессовый аккумулятивный (255 о) Равнины плоские и пологоволнистые, с широкими балками, в придолинных частях с оврагами
Н^ 'К ^ * * * Сухой, лессовый аккумулятивно-денудационный (255 ц) Равнины пологоувалистые, в придолинных частях с глубокими балками, оврагами, с западинным микрорельефом
J- а <и н о о £ и О О о о О О Сухой, лессовый аккумулятивно-денудационный (255 ч) Равнины преимущественно плоские, с глубокими балками и короткой сетью оврагов
> > • Сухой, лессовый аккумулятивный (255 и) Равнины плоские и плосковолнистые, слабо наклонные, с каналами, балками, злаковыми степями
• • • 4 • • Сухой, морской аккумулятивный (249 б) Равнины плоские, местами с блюдцами-«подами» и полынно-злаковой растительностью
Таблица 1. Основные характеристики рассматриваемых водохранилищ (Авакян, Шарапов, 1977; Цимлянское, водораздельные..., 1977). Table 1. The main characteristics of the considered reservoirs.
Характеристики Водохранилище
Краснодарское* Цимлянское Весёловское Пролетарское****
Год заполнения 1973-1975 (1941) 1952-1953 1933*** 1939-1941
Река, на которой образовано Кубань (Кубань, Белая) Дон Западный Маныч Западный Маныч
Высота над уровнем моря 35
Длина, км 40 260 98 190
Ширина, км 15 38 7 13
Средняя глубина, м 5 8.8 4.3 2.6
Наибольшая глубина, м 18 30 9 7
Площадь водного зеркала при НПУ, км 420 (76) 2702 246 798
Объем полный, км 2.35 (0.35) 23.86 0.89 2.03
Объем полезный, км3 2.15 (0.32) 11.54 0.06 0.76
НПУ 32.75** 36 >17 12.84
УМО 31
Назначение***** И, Н, Р, С, От С, И, Р, Э, Н, В С, Э, И, Р С, Э, Р
Примечания к таблице 1: Краснодарское* - в 1973-1975 гг. объединилось с построенным ранее (1941 г.) Тщикским водохранилищем, в скобках показаны параметры Тщикского водохранилища, не вошедшие в параметры Краснодарского; 32.75** - произошло изменение НПУ с 33.65 на 32.75 м БС; 1933*** - летом 1942 г. плотина была взорвана и восстановлена только в 1944 г., к 1959 г. водохранилище было полностью наполнено (необходимость обеспечения подачи в Азовский канал воды для орошения и навигации на водохранилище исключают возможность падения уровня ниже отметки 10.0 м БС); Пролетарское**** -данные приведены для всего водохранилища, в работе рассматривается западная часть водохранилища; Назначение***** - И - ирригация, Н - борьба с наводнениями, Р - рыбное хозяйство, С - судоходство, От - отдых, Э - гидроэнергетика, В - хозяйственно-питьевое водоснабжение. to the table 1: *- in 1973-1975 merged with the previously built (1941) Tshikskiy reservoir, shown in brackets options of Tshikskiy reservoir, not included in the parameters of Krasnodar; ** - there has been a change of NHRIs at 33.65 to 32.75 m BS; ***- in the Summer of 1942 the dam was blown up and restored only in 1944, to 1959 was fulfilled to NHRIs (the Need to ensure that flow in the Azov canal water for irrigation and navigation on the reservoir rule out the possibility of a decline below 10.0 m BS); **** - Data are given for the entire reservoir, this paper considers the West compartment of the reservoir. *****- и - irrigation, Н -flood control, Р - fisheries, С - shipping, От - recreation, Э - hydropower, В - potable water supply.
Согласно этому подходу, выделяются пять типов участков (функциональных блоков), испытывающих различное воздействие водохранилища (рис. 3). Первый из них - аквальный блок (рис. 3, №1) - глубоководная часть водохранилища, расположенная ниже УМО.
Рис. 2. Схема расположения водохранилищ. Условные обозначения. Водохранилища: 1 -Цимлянское, 2 - Краснодарское, 3 - Веселовское, 4 - Пролетарское. Fig. 2. The arrangement of reservoirs. Legend. Reservoirs: 1 - Tsimlyansk, 2 -Krasnodarsk, 3 - Veselovsky, 4 -Proletarsky.
Рис. 3. Схема блоковой структуры экотона «вода-суша». Условные обозначения: 1-5 - блоки экотона, НПУ - нормальный подпорный уровень, УГВ - уровень грунтовых вод (Новикова и др., 2014). Fig. 3. The block structure of water-terrestrial ecotone. Legend: 1-5 - ecotone blocks, FRL - full reservoir level, GWL - groundwater level (Новикова и др., 2014).
Второй - амфибиальный блок (рис. 3, №2) - заливаемое дно водохранилища, обнажающееся при сработке уровня, где на открытом побережье ведущую роль играет волноприбойная деятельность водных масс, а в лагунах - аккумуляция наносов. Этот участок располагается на высотных отметках от УМО до береговой линии. Третий участок - динамический блок (рис. 3, №3) - территория побережья, подверженная кратковременному заливанию в весенний период с близким стоянием уровня грунтовых вод в вегетационный период. Этот участок побережья протягивается от береговой линии до максимально возможного подъема уровня водохранилища (НПУ). Четвертый участок - дистантный блок (рис. 3, № 4) -незаливаемая подтопленная (по сравнению с исходным ландшафтом) территория побережья с грунтовыми водами на глубине до 3-х (5) м. Этот участок располагается от высотных отметок НПУ до территорий, где глубина уровня грунтовых вод залегает на 3(5) м ниже поверхности. Последний, пятый блок - маргинальный (рис. 3, № 5) - не подвержен гидрологическому влиянию водохранилища. Здесь природные комплексы испытывают его влияние через биотические связи. Внешняя граница воздействия водохранилища определяется эмпирически, во время полевых исследований, на основании глубины залегания грунтовых вод ниже 3 м от поверхности в весенний период. Знание высотных отметок перечисленных стандартных параметров водохранилищ позволяет однозначно выделять функциональные блоки экотонной системы. Экспериментальным путем (Природные комплексы ..., 2014) получено, что высотная отметка береговой линии водохранилища соответствует 50% обеспеченности заливания, рассчитанной на основании среднегодовых значений уровня водохранилища за весь период его существования.
Второй шаг. Определение параметров режима затопления. Эти характеристики вычисляются на основе стандартных гидрологических формул по значению уровневого режима водохранилища (Лучшева, 1983) и далее интерпретируются как экологические критерии заливания побережья по трем показателям.
- Частота (обеспеченность) заливания определяется как количество случаев достижения уровнем вод данной высотной отметки за весь период наблюдений по формуле: P=(n-0.3)/(D+0.4)*100%, где P - обеспеченность уровня в %, n - номер в ранжированном ряду, D - количество дат наблюдений. Полученный результат следует представлять в виде графика (рис. 4, А).
А) 850-г 750-о 650" Д 550450-
350~1-т-т-1-1-1
0 20 40 60 80 100 о 100 200 300
Р, % Сутки
Рис. 4. Частота (А) и длительность (Б) паводкового заливания высотных отметок на Краснодарском водохранилище (Природные комплексы ..., 2014). Fig. 4. Frequency (A) and duration (Б) of the elevation points flooding in the Krasnodar reservoir (Природные комплексы ..., 2014).
- Длительность заливания определяют как время стояния вод водохранилища на данной отметке в течение года по формуле: A=m/N, где A - продолжительность в сутках, m -
количество дней стояния воды на данной отметке (за период наблюдений), N - период наблюдений в годах. Длительность заливания также может быть отображена на графиках в виде кривых стояния воды на разных высотных отметках за каждый год и в виде обобщенной кривой, показывающей обеспеченность длительности заливания за длительный промежуток времени (рис. 4, Б).
Подтопление территории определяется через глубину залегания грунтовых вод. Этот показатель может быть определен только экспериментальным путем в ходе специальных полевых работ, с проведением топо-экологического инструментального нивелирования в период максимального наполнения вдохранилища.
Третий шаг связан с получением дополнительной эколого-географической информации при проведении полевых экспериментальных исследований. Топо-экологическое инструментальное профилирование позволяет связать между собой в единую систему полученные теоретические данные по высотным отметкам, как границам воздействия водохранилища, и все данные реальных высотных отметок на местности, полученные при полевых наблюдениях на ключевом участке (рис. 5).
Топо-экологические профили прокладываются от уреза воды «вкрест» рельефа с помощью нивелирного хода с целью связать между собой точки наблюдений и получить их относительные и абсолютные высотные отметки, а затем, исходя из высотных отметок границ, выделить участки с разным водным режимом - функциональные блоки экотона «вода-суша». Профиль заканчивается там, где глубина уровня грунтовых вод располагается ниже 3 -х метров в весенний или раннелетний период, соответствующий наиболее высокому стоянию грунтовых вод, - на местности этому обычно соответствуют природные комплексы либо с коренной растительностью, либо с пашней. Вдоль хода прокладывается трансекта -полоса сбора данных. В каждом растительном контуре закладывается геоботаническая площадка с полным описанием, почвенным разрезом (или бурением) до грунтовых вод. Каждая точка отбора проб и описаний фиксируется с помощью прибора дистанционного геопозиционирования. Для определения солевых характеристик почв и грунтовых вод отбираются образцы из почвенных разрезов или почвенных кернов. Пробы воды из водохранилища отбираются для определения их минерализации. Высотное положение «нуля» профиля определяется по положению уровня воды в водохранилище на день его заложения с поправкой на расстояние от плотины (средневзвешенный уровень). Этой информацией располагает Управление водными ресурсами каждого водохранилища.
Благодаря гепозиционированию все точки наблюдений находят плановое отображение в виде «треков»: точек и связывающих их отрезков маршрутов в системе географических координат. Эта система может быть наложена на материалы дистанционного зондирования и рассмотрена в ландшафтном окружении.
Каждый раз после проведения полевых работ при обработке данных вычерчиваются профили, а к ним в соответствии с расположением точек стационарных наблюдений в блоках экотона прикладываются развернутые легенды, отражающие состояние всех изученных компонентов на дату исследования (рис. 5). В легенду рекомендуется включать данные по каждой обследованной точке в виде тематических слоев о химизме и засолении почв, минерализации и химическом составе поверхностных и подземных вод, проективном покрытии и запасах надземной и подземной фитомассы растительности, данные учетов зверей, птиц и другой биоты. Такие развернутые легенды позволяют рассмотреть участок побережья как единую систему взаимодействия водоема и прилегающей суши - экотонную систему «вода-суша» - и оценить действие водного и других факторов в совокупности.
Данные по грунтовым водам исследуются и анализируются самостоятельно и включают рассмотрение положения внутри блоков, изменение внутри года, по годам разной водности.
Рис. 5. Распределение компонентов природных комплексов на топо-экологическом профиле на побережье в сухостепном аллювиально-аккумулятивном ландшафте Цимлянского водохранилища в 2011 г. Условные обозначения: пунктир - уровень воды в разные годы исследований, красные квадраты - точки наблюдений, синие треугольники - УГВ в 2004 г., А - блоки экотона (1 - аквальный, 2 - амфибиальный, 3 - динамический, 4 - дистантный), Б - почвы (1, 2 - отсутствуют, 3 - темно-каштановая среднемощная среднесмытая среднесуглинистая на лессовидном суглинке), В - растительные сообщества (1 - водоросли, 2 - обнажившееся дно без сосудистых растений, 3 - первичное зарастание с доминированием проростков ив, тополя, горца земноводного с остатками давно отмершего тростника, 4 -сообщества макрофитов с полосой из куртин рогоза (Typha sp.), которые сменяются высокими плотно стоящими тростниками, те перемежаются тремя полосами старых экземпляров ивы белой (Salix alba), которые тянутся вдоль берега, 5 - тростниковое сообщество с участием молодых кустарниковых ив (Salix viminalis, S. triandra), 6 - злаково-разнотравное осоко-ивовое сообщество (Salix viminalis+S. Triandm-Populus nigra-Glycyrrhiza echinata-Elytrigia repens+Poa angustifolia), 7 - наземновейниково-вязовое (Ulmus laevis-Calamagrostis epigeios) сообщество, 8 - разнотравно-злаковые сообщества (Calamagrostis epigeios, Poa angustifolia, Cichorium intybus, Artemisia absinthium), 9 - пашня). Fig. 5. The distribution of the natural complexes components on the topo-ecological profile on the dry, alluvial-accumulative Tsimlyansk reservoir's coast in 2011. Legend: dotted lines - water's level during the different years of observations, red squares - watchpoints, blue triangles - ground water table in the spring 2004, A - ecotone blocks (1 - aquatic, 2 - amphibial, 3 - dynamic, 4 - distant), B - soils (1, 2 - no soils, 3 - dark-chestnut medium-deep, medium-denuded, medium-loamy on the loesslike loam), C - plant communities (1 - seaweed, 2 - denuded bottom without vascular pants, 3 -primary weediness with dominant sprouts of willow, poplar, Persicaria amphibia and with remains of long-withered reed, 4 - macrophyte communities with a belt of Typha sp. beds, which thick and high bushes of reeds replace, alternated with three belts of old Salix alba, stretched along the shore, 5 - reed community with young Salix viminalis and S. triandm, 6 - grass-mixed sedge-willow community (Salix viminalis+S. Triandm-Populus nigra-Glycyrrhiza echinata-Elytrigia repens+Poa angustifolia), 7 - above-ground woodreed-elm community (Ulmus laevis-Calamagrostis epigeios), 8 - mixed-grass communities (Calamagrostis epigeios, Poa angustifolia, Cichorium intybus, Artemisia absinthium), 9 - crop land).
Выявляются тенденции пространственно-временных изменений, устанавливается связь их колебания с изменением уровня водохранилища. Данные представляются в виде графиков и таблиц (рис. 6).
Рис. 6. Глубина залегания (А) и минерализация грунтовых вод (Б) на разных участках воздействия водохранилища в разных блоках экотона: 3 - динамическом, 4 - дистантном (Природные комплексы ..., 2014). Fig. 6. The depth (A) and groundwater salinity (B) in the different parts of the reservoir's impact in different ecotone blocks: 3 - dynamic, 4 - distant (Природные комплексы ..., 2014).
Протяженность отдельных блоков, характеризующих то или иное воздействие водохранилища на разных типах побережья, зависит от особенностей ландшафта конкретного участка. При наличии инструментально проложенных топо-экологических профилей в разных типах примыкающих к берегу (вмещающих) ландшафтов следует получить сравнительную характеристику представленности и протяженности блоков экотона в каждом из них и, таким образом, оценить расположение, а затем и площади территорий, подверженных тому или иному воздействию водохранилища (рис. 7).
Четвертый шаг. Оценка трансформации природных комплексов проводится на основании разработанной системы индикаторов современного гидроморфизма - биологических и экологических критериев: заливания, подтопления, грунтовых вод, почв, растительных сообществ и показателей его проявления (табл. 2).
Оценку можно проводить методом прямого сопоставления индикаторов через рассмотрение и описание того, «что было и как стало» путем сопоставления характеристик актуального состояния природных комплексов блоков экотонной системы с характеристиками вмещающего ландшафта до создания водохранилища. Этот метод доступен для восприятия экологов и сложен для специалистов водного хозяйства. Поэтому для расширения возможности проведения оценки разными специалистами был разработан метод оценки на основании условных баллов. С этой целью для основных индикаторов гидроморфизма (грунтовых вод, почв и растительности) были разработаны шкалы, оценивающие в баллах степень их трансформации на основании сопоставления актуального состояния с тем, которое было до создания водохранилища. При этом учитывается и положение индикатора в блоке экотона. Установленный показатель предложено считать степенью его гидрогенной трансформации, а совокупность баллов каждого индикатора во всех блоках экотона дает представление о глубине гидрогенной трансформации ландшафта, как совокупный показатель продвинутости процесса гидроморфизма в почвах, растительности и грунтовых водах в настоящее время. Использование метода балльной
оценки гидрогенной трансформации было апробировано на примере наиболее крупных водохранилищ, расположенных в степной зоне на Европейской части России.
Рис. 7. Рельеф побережий на топо-экологических профилях и протяженность блоков экотона. Fig. 7. Shores relief on the topo-environmental profiles and the ecotones blocks length. Условные обозначения. Кривые - рельеф поверхности топо-экологических профилей на Цимлянском водохранилище, числитель - номер профиля, знаменатель - номер ландшафта, нижняя горизонтальная линия - значение высотной отметки с заливанием обеспеченностью Р=50% (также соответствует высотной отметке положения границы дна и берега), верхняя линия - НПУ, 2 - амфибиальный блок экотона (обнажившееся дно), 3 - динамический блок (заливаемый), 4 - дистантный блок (подтопленная территория). Окончание профилей определяется глубиной залегания грунтовых вод глубже 3 м. За ноль по оси У принято значение уровня воды (32.6 м БС) в период наблюдений в августе 2011 г.; по оси Х ноль соответствует положению уреза воды в период наблюдений. Legend: Curves - surface topography of the topo-ecological profiles in Tsimlyansk reservoir, numerator - profile number, denominator - landscape number, bottom horizontal line on - value of the elevations of the flood security (P=50%), and also it shows the altitude position of the bed and banks border, top line -normal headwater level, 2 - amphibial ecotone block (denuded bottom), 3 - dynamic block (flooded), 4 - distant (waterlogged area). The profiles end is determined by the depth of the watertable, deeper than 3 m. On Y-axis 0 stands for the reservoir water level during the observation period in August 2011, equal to 32.6 m BS. On X-axis 0 stands for the water edge position during the observation period.
Результаты и обсуждение
Глубина залегания уровня грунтовых вод во многом определяет условия современного гидроморфизма. В свою очередь колебание грунтовых вод на побережье сопряжено с изменением уровня воды в водохранилище и так же, как на водохранилище, их максимальный подъем к поверхности приходится на ранневесенний период: конец апреля -начало мая.
Таблица 2. Индикаторы гидроморфизма и их показатели. Table 2. Hydromorphism indicators and their ecological indices.
№ п.п. Критерии Показатели
1 Заливание, длительность и частота слабое - от 10 до 15 дней, не ежегодное среднее - 16-40 дней, ежегодное сильное - более 40 дней, ежегодное
2 Подтопление по глубине залегания ГВ сильное - на глубине 0.3-1 м умеренное - на глубине 1.25 м слабое - на глубине от 2.5 до 5 м
3 Уровень грунтовых вод, развитие гидроморфных процессов Гидроморфный режим - 0-1.5 м Полугидроморфный режим - 1.5 (3 м) Автоморфный режим > 3 м
4 Проявления в почвенном профиле - повышенная мощность гумусового горизонта (А+В): для луговато- и луговых почв - более 130 см, для влажно-луговых - более 100 см; - признаки современных окислительно-восстановительных процессов в виде гидроокисных пленок железа (охристовых пятен), сизоватости, включения марганцево-железистых новообразований: слабое проявление лугового процесса - от 1 до 2 м, активный луговый процесс (под гумусовым горизонтом) - от 50 до 80 см; - признаки глеевого процесса; - глубина наличия первичного и вторичного гипса (для степной зоны), который свидететсльвует об уровне поднятия/опускания капиллярной каймы ГВ; - присутствие карбонатной плесени или размытых палевых пятен белоглазки (СаС03)
5 Изменения в растительности - смена экологического типа растительности на основе представленности (% соотношения) видов разных экологических групп по отношению к водному фактору (гигрофиты, гидрофиты, мезофиты, ксерофиты), доминированию, типу водного питания (фреатофиты, трихогидрофиты, омброфиты) и засолению почв (мезофиты, мезогалофиты, галофиты) - доминирование или присутствие видов-индикаторов изменений водного режима (подтопления и затопления)
6 Изменения в животном населении преобразование численности, плотности популяций индикаторных групп видов животных
Проведенные исследования на водохранилищах показали (рис. 6, табл. 3, последний столбец справа), что в амфибиальном блоке грунтовые воды весной обычно располагаются на
Таблица 3. Почвы, грунтовые воды и индикаторы гидроморфизма в функциональных блоках в зоне влияния водохранилищ. Table 3. Soils, ground waters and hydromorphism indicators in the functional blocks in the area under the reservoirs' impact.
Под-зона Ландшафт*, профиль * * а о л W Характеристика почвы Морфологические признаки гидроморфизма, глубина в см УГВ, см
А+АВв см Вскипание Вторичный гипс Охристовость Сизоватость Fe+Mn CaCOs (плесень)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
КРАСНОДАРСКОЕ водохранилище
Степная (настоящие степи) (239 в) КП 1 II Чернозем обыкновенный среднемощный тяжелосуглинистый вторично-гидроморф-ный на голубой глине 0-50 *** - 80170 - 2050 Fe - 180
III Чернозем обыкновенный намытый сверхмощный гидро-генно трансформированный на голубой глине 0-160 - 150120 160250 160220 - 160220 - 250
(239 е) КП 8 II Слоистая наносная толща с погребенной оглеенной почвой - - - - 10100 - - 210
III Слоистая наносная толща с погребенной оглеенной почвой - 320350 - - 60180 - - 250
IV Чернозем слитой сверхмощный глинистый на желто-бурой коричневой глине 170 - - - - - - 450
ЦИМЛЯНСКОЕ водохранилище
(239 б) ЦП 6 III Каштановая остаточно-луговая карбонатная намытая средне-мощная-мощная средне-суглинистая на желто-бурой глине 30-80 60 - 5-20 70100 - - 80
IV Каштановая остаточно-луговая карбонатная среднемощная среднесуглинистая на желто-буром суглинке 0-30 - - - - - - 140
Сухостепная (251 а) ЦП 21 III Каштановая маломощная вто-рично-гидроморфная средне-суглинистая на желто-бурой глине, перекрытая наносом 30-40 - 20-30 2030 - - 4050 80
IV Каштановая средне-мощная, среднесуглинистая на желто-бурой глине 0-50 30 100120 - - - 140150 180
Продолжение таблицы 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Каштановая мало-мощная
00 & III сильносмытая карбонатная средне-суглинистая 10-15 - - - 3040 0-30 - 90
Н /с0 на желто-буром суглинке
Каштановая средне-мощная
IV средне-суглинистая на желто-буром суглинке 0-40 50 — — — — — 240
Лугово-каштановая
III карбонатная глееватая мощная средне-суглинистая на лессовидном суглинке 0-70 - - 4070 120 4070 7080 120
1—I Темно-каштановая карбонатная
| IV средне-мощная средне-суглинистая на лессовидном 0-30 - 200 - - 130190 4060 300
суглинке
сч Темно-каштановая средне-мощная средне-смытая глубоко 170
V солончаковатая средне- 0-30 60 370 - - - - 410
5 суглинистая на лессовидном
^ с и н о о суглинке
Лугово-каштановая сильно- 40110
X О & III смытая оглеенная на зеленой глине 30 30 110
Темно-каштановая опесчанен- 90170 60110
IV ная подстилаемая зеленой - - 60-90 - - 180
глинои, техногенно нарушенная
ПРОЛЕТАРСКОЕ водохранилище
Лугово-каштановая
II выщелоченная мощная глееватая на гидрогенно трансформирован-ном покровном суглинке 0-90 50 - - 90110 5070 - 110
Темно-каштановая глубоко
С? III вскипающая мощная среднесуглинистая на желто- 0-90 80 - - - 4050 130160 160
буром суглинке
сч Темно-каштановая мощная среднесуглинистая на желто- 440 140-
IV буром суглинке, подстилаемом погребенной почвой, подстилаемой опесчаненной глиной 0-80 50 430450 450 190; 240250 450
Продолжение таблицы 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
ВЕСЕЛОВСКОЕ водохранилище
(249 б) ВП 1 II Лугово-болотная иловатая карбонатная 0-50 20-40 - - - - - 50
III Чернозем обыкновенный среднемощный солончаковатый на лессовидном суглинке 0-90 - 20-90 - 0-10 8090 - 90
IV Чернозем обыкновенный маломощный сильносмытый глубокозасоленный тяжелосуглинестый на лессовидном суглинке 0-40 - 160180 - - - - 320
Сухостепная (255 и) ВП 5 III Чернозем обыкновенный карбонатный маломощный высоко-загипсованный тяжелосуглинистый, вторично гидроморфный 0-20 30 70100 0-20 - 50 - 170
IV Лугово-черноземная среднемощная солончаковатая 0-90 - - - 150 - - 270
Примечания к таблице 3: ландшафт* - характеристика ландшафтов в соответствии с номерами в табл. 1; блок** - функциональные блоки (I - аквальный, II - амфибиальный, II -динамический, III - дистантный, IV - маргинальный); -*** - проявление отсутствует. Notes to table 3: landscape* - landscape features according to the table 1; block** - functional ecotone blocks (I - aquatic, II - amphibial, II - dynamic, III - distant, IV - marginal); -*** - no display.
глубине от 0 до 50 см; в заливаемом динамическом - от 0.5 до 1.5 м и в дистантном - от 1.5 до 3 м (по определению); и далее они заглубляются ниже 3 м.
В оценочных исследованиях грунтовые воды выступают в качестве важного показателя возможности развития того или иного процесса, поскольку при глубине от 0 до 1.5 м они индицируют возможность развития почв гидроморфного ряда: болотных (0-0.5 м) и луговых (0.5-1.5 м), а при залегании на глубине от 1.5 до 3 м создаются условия для формирования полугидроморфных почв, с признаками луговости. Опираясь на эти закономерности для оценки изменения грунтовых вод разработана шкала с градациями, отражающими их экологическое значение (табл. 4). Пример: подъем грунтовых вод на один шаг - с глубины 3(5) м до 1.5 м и с глубины 3-1.5 м до 0.5 м оценивается по 2 балла. Максимальное значение в 3 балла присваивается при подъеме грунтовых вод с вод с глубины 3 (5) м практически до дневной поверхности (0.5-0.0 м).
Почвы и особенности их трансформации в разных условиях влияния водохранилищ. В качестве индикаторов гидрогенной трансформации почв ландшафтов побережий использовались морфологические признаки почв: 1 - глубина залегания первичного и вторичного гипса первичный гипс (перв. гипс) наследуется от породы, в то время, как вторичный гипс (вт. гипс, фото 1 А, Е) маркирует уровень поднятия капиллярной каймы почвенно-грунтовых вод; 2 - присутствие карбонатной плесени или размытых палевых пятен белоглазки (CaCO3 плес, фото 1 Д); 3 - наличие железистых и марганцевых новообразований
и их форма ^е+Мп): а) гидроокисные пленки железа (охристые пятна, фото 1 А, Б) -признаки современных процессов смены окислительно-восстановительных условий; б) сизоватость (сиз.) - признак устойчивых восстановительных условий и интенсивного выноса железа может иметь современное происхождение, если зафиксирован в верхнем гумусовом горизонте или унаследован от прежних гидрогенных условий почвообразовании, если диагностируется в горизонте В или ВС; в) бобовинки Fe и Мп - могут быть унаследованы от прежних условий формирования почвенно-грунтовой толщи.
Таблица 4. Шкала для балльной оценки изменения положения грунтовых вод при возрастании гидроморфизма. Table 4. Scale for the scoring evaluation of the changes in groundwater depth during hydromorphism increasing.
Глубина грунтовых вод в исходном ландшафте до затопления, м Актуальная глубина грунтовых вод на данных момент, м
>3 (5) 3-1.5 1.5-0.5 0.5-0
>3 (5) 0 1 2 3
3-1.5 1 0 1 2
1.5-0.5 2 1 0 1
0.5-0 3 2 1 0
Рассмотрение современных почв в зоне влияния водохранилищ подтвердило результаты наблюдений, которые были проведены в начале их создания в 1960-1980-х гг., и показало, что исходно зональные почвы претерпели глубокую трансформацию в направлении формирования гидроморфных и полугидроморфных почв. Использование индикаторов развития гидрогенных процессов в почвенном профиле позволило выявить зонально и регионально обусловленные особенности в каждом из блоков экотона (табл. 3).
Анализ материалов экспериментальных исследований, выполненных в данной работе, показал, что и в степных умеренно засушливых аллювиальных аккумулятивных ландшафтах (табл. 1, 3, 239е) в условиях избыточного увлажнения, присущего весенне-летнему периоду, в исходных зональных автоморфных почвах развивается глеевый процесс, что выявляется на основе индикаторов - по наличию гидроокислов железа и присутствию сизоватых тонов в почвенном профиле. В сухостепных сухих аллювиальных аккумулятивных (табл. 1, 3, 251а) и сухостепных сухих лессовых аккумулятивных (табл. 1, 3, 255о) ландшафтах проявляются все индикаторы вторичного гидроморфизма. Наибольшей степени гидрогенной трансформации подверглись сухостепные сухие морские аккумулятивные ландшафты (табл. 1, 3, 249б).
Краснодарское водохранилище. Почвенный покров территорий, прилегающих к Краснодарскому водохранилищу, в большинстве из заложенных профилей представлен черноземами обыкновенными и черноземами слитыми. Черноземы слитые представляют собой один из видов черноземов обыкновенных. Развиты они на иловато глинистых породах. Характерна исключительная плотность (слитость) горизонта В, его слабая водопроницаемость и глыбисто-призмовидная структура. Почвы не солонцеватые. Выделяются в теплых фациальных подтипах. Основные процессы трансформации морфологических свойств почв на Краснодарском водохранилище зависят от длительности затопления и глубины залегания почвенно-грунтовых вод, вследствие чего при кратковременном заливании и относительно глубоких грунтовых водах в исходных почвах основные процессы трансформации проявились в формировании охристых пятен гидрооксидов железа, сформировавшихся вследствие поверхностного затопления, оглеения в
амфибиальном и динамическом блоках и формирования прослоек вторичного гипса в
2
динамическом блоке (ландшафт 239 в, КП 12, табл. 3).
Фото 1. Зональные почвы и показатели гидроморфизма в них: А, Е - вторичный гипс; Б, В -охристовость; Г - карбонаты; Д - карбонатная плесень. Photo 1. Zonal soils and indicators of their hydromorphism: A, F - secondary gypsum; C - ochre; D - carbonates; E - carbonate mold.
2 КП, ЦП, ВП, IIII - обозначения топо-экологических профилей на Краснодарском, Цимлянском, Веселовском и Пролетарском водохранилищах соответственно. Их расположение указано на рисунке 1.
Для открытой части Краснодарского водохранилища характерен смыв верхнего гумусового горизонта почв на обширных обнажающихся пространствах при сработке уровня в амфибиальном блоке. В то же время на отдельных участках побережья (ландшафт 239 е, КП 8, табл. 3) гумусовый горизонт отсутствует по причине погребения и оглеения исходных почв под наносами водохранилища. Признаком вторичного гироморфизма почв является отсутствие гидроокислов железа, а также сизоватость отложений, что подтверждает длительность нахождения грунтовых вод на данной отметке. В одном из профилей (КП 2) поднятие почвенно-грунтовых вод (180 см) маркирует карбонатная плесень.
Цимлянское водохранилище. Почвенный покров территорий, прилегающих к Цимлянскому водохранилищу, представлен темно-каштановыми и каштановыми почвами. Трансформация почв здесь связана с развитием признаков вторичного гидроморфизма в исходных почвах, а также с трансформацией исходно автоморфных почв в полугидроморфные лугово-каштановые. На Цимлянском водохранилище, воздействие которого распространяется на разные типы степных ландшафтов, в исходных почвах отмечены все индикаторы вторичного гидроморфизма (табл. 3). Здесь, как и на Краснодарском водохранилище, на открытых участках побережья в амфибиальном и динамическом блоках происходит смыв гумусового горизонта почв и отложение на поверхности наносного песчаного слоя. В почвах в динамическом блоке проявляется охристовость, сизоватость, новообразования железа, присутствие карбонатной плесени в верхних горизонтах. Для дистантного блока характерны новообразования вторичного гипса, карбонатной плесени над горизонтом белоглазки, на глубине стабильного положения грунтовых вод развивается оглеение.
Пролетарское водохранилище. Почвенный покров территорий, прилегающих к водохранилищу, представлен темно-каштановыми и лугово-каштановыми почвами. Почвы, вскрытые наиболее близко к урезу воды, практически по всем профилям подвержены высокой степени гидрогенной трансформации. По морфологическому строению лугово-каштановые почвы близки к каштановым, но отличаются от них большим содержанием гумуса. Каких-либо иных специфических и постоянных морфологических и химических признаков для непосредственной диагностики лугово-каштановых почв не отмечается; их диагностика по отношению к автоморфным каштановым почвам производится на основе анализа условий водного режима почв с учетом рельефа, общей гидрогеологической обстановки. В ландшафтных условиях, близких к условиям Веселовского водохранилища (239 б, 1111 5, табл. 3), индикаторы современного гидроморфизма свидетельствуют о глубокой трансформации почв практически во всех блоках экотонной системы: наличие в почвенном профиле гидроксидов железа на всем его протяжении, а также присутствие сизоватых тонов на границе устойчивого уровня грунтовых вод. Это указывает на присутствие и длительность нахождения почвенно-грунтовых вод на этих глубинах. Признаки гидрогенной трансформации подтверждаются и наличием карбонатной плесени в нижних и средних горизонтах почвенного профиля. Вторичный гипс обнаружен только в дистантном блоке, он располагается на уровне поднятия грунтовых вод в весенний период.
Веселовское водохранилище. Почвенный покров территорий, прилегающих к Веселовскому водохранилищу, в большинстве из проложенных профилей представлен черноземами обыкновенными и лугово-черноземными почвами. Генетический профиль черноземов (в обобщенном «типоморфном» виде) характеризуется ясно выраженной верхней толщей (той или иной мощности) с накоплениями гумуса, обменных оснований и биогенных зольных элементов, глубже которой находится карбонатно-иллювиальная (или карбонатно-гипсово иллювиальная) толща, постепенно переходящая в не измененную почвообразованием материнскую породу. Почвы лугово-черноземного типа являются полугидроморфными аналогами черноземов и формируются в отличие от последних в
условиях повышенного увлажнения, которое может создаваться за счет местных временных скоплений влаги поверхностного стока, или за счет питания почвенно-грунтовыми водами, или в результате их совместного действия.
Морфологическое строение лугово-черноземных почв сходно со строением автоморфных черноземов; отличительные признаки: повышенная гумусность и наличие глубинной глееватости. Важным показателем служит сравнительно небольшая глубина залегания грунтовых вод или сезонной верховодки (3-7 м), что при глинистых и тяжелосуглинистых породах обеспечивает пленочно-капиллярное поднятие влаги до средней части почвенного профиля.
На побережье Веселовского водохранилища (ландшафт 249 б, ВП 1, табл. 3), согласно почвенным индикаторам, высокой степени гидрогенной трансформации подверглись почвы, испытывающие периодическое поверхностное затопление в динамическом блоке. Признаками вторичного гидроморфизма является наличие вторичного гипса на глубине 100 см и железисто-марганцевые порошковидные конкреции на глубине, близкой к уровню грунтовых вод. О воздействии поверхностного затопления свидетельствуют гидроокислы железа на глубине 0-10 см. В дистантном блоке современный гидроморфизм проявляется в формировании горизонта с включением вторичного гипса на глубине 160-180 см, где, он, по-видимому, соответствует уровню поднятия грунтовых вод в весенний период.
В сухостепном ландшафте Веселовского водохранилища (255 и, ВП 5, табл. 3) трансформация почвенного покрова под влиянием водохранилища проявляется в присутствии практически всех индикаторов вторичного гидроморфизма. Уровень залегания почвенно-грунтовых вод в пределах динамического блока колеблется от 160 до 180 см. Наличие ржавых пятен и железистых конкреций в верхнем слое почвы, скорее всего, является признаками поверхностного затопления этой территории. Вторичный гипс, вскрытый здесь на глубине 70-100 см, а в трех соседних скважинах на глубине от 40 до 120 см, указывает на поднятие почвенно-грунтовых вод до этой отметки. В дистантном блоке морфологические признаки влияния водохранилища не обнаружены, но наличие сизоватости на глубине 150 см свидетельствует об исходном луговом режиме этих почв.
Проведенные исследования подтверждают данные, полученные в первые годы создания водохранилищ: на прилегающих территориях происходит гидрогенная трансформация почв. Зависимость гидрогенных процессов от типа воздействия четко проявляется при рассмотрении связи индикаторов почвенного гидроморфизма с разными блоками: смытость гумусового горизонта - характерный признак амфибиального блока; для динамического блока характерно наличие охристых пятен и железисто-марганцевых конкреций, сизоватость, что свидетельствует о застаивании поверхностных вод. Для дистантного блока характерны сизоватость и наличие железисто-марганцевых конкреций, которые означают застаивание грунтовых вод, формирование вторичного гипса.
Полученная информация о гидрогенной трансформации почв в разных блоках экотонных систем побережий позволила разработать шкалу, связавшую критерии, показатели и оценочные значения (табл. 5). При этом принят разный «вес баллов»; отсутствие индикаторов гидроморфизма в почвенном профиле означает отсутствие гидрогенной трансформации в почвах и оценивается нулем баллов. Присутствие каждого из них оценивается в один балл. При условии, если нашими наблюдениями подтверждается, что произошла трансформация автоморфной почвы исходного ландшафта в луговый подтип присваивается 6 баллов, а переход в луговую почву - 8 баллов. При дальнейшей трансформации в подтип и тип болотной почвы присваивается каждый раз еще по одному баллу в итоге - 9 и 10 соответственно.
Засоление почв в степных ландшафтах. Засоление почв - признак, характерный для ландшафтов, испытывающих недостаток атмосферного увлажнения. В степной зоне степень
трансформации почв тех территорий, которые подвержены влиянию крупных водохранилищ, во многом зависит от пород, слагающих дно и берега водоема, а также химического состава и степени минерализации поверхностных и грунтовых вод в том или ином ландшафте. Наши исследования показали (табл. 6), что засоление практически отсутствует во всех ландшафтах подзоны настоящих степей (табл. 6, 239 б, в, е), достигает средней степени в ландшафтах сухих степей и резко возрастает в особых условиях - в ландшафтах, сложенных морскими отложениями Манычской ложбины (табл. 6, 249 б). Самая высокая степень почвенного засоления (2.26%), по результатам анализа, отмечена в пределах Веселовского водохранилища, что характеризует почвы как очень сильнозасоленные. В то же время в подзоне сухих степей (табл. 6, 255 ч) в условиях влияния пресных вод Цимлянского водохранилища почвы также не засолены, что можно отнести к проявлению региональных особенностей.
Таблица 5. Шкала для балльной оценки гидрогенной трансформации почв. Table 5. Scale for the scoring evaluation of hydrogenic soils transformation.
Индикаторы современного гидроморфизма почвенном профиле в Луговый Болотный
« S Вторичный гипс J2 н с J2 т Бобовинки Fe+Mn процесс процесс
Показатель X а п и а с РЗ о в о т с S р и о о т а в о з и и о О и a и ь н е с е л п Подтип Тип Подтип Тип
Исходный тип -
автоморфные 1 1 1 1 1 1 6 8 9 10
зональные
Примечания к таблице 5: в амфибиальном блоке в условиях открытого побережья почвы смыты, присваивается максимальный балл, оценивающий наивысшую степень трансформации - 12. Notes to table 5: in amphibial block on the open shores soils are washed away, so the maximum score is assigned to estimate the highest rate of transformation, which is 12.
Химизм засоления почвенного покрова изученной территории различен (табл. 7). Следует отметить, что высокая степень засоления и хлоридно-сульфатный химизм характерны для большинства топо-экологических профилей на побережье Веселовского водохранилища. При этом максимальная величина сухого остатка соответствует горизонтам, насыщенным новообразованиями мелкокристаллического гипса.
В пределах Пролетарского водохранилища, находящегося в том же подтипе ландшафта, степень засоления почвенного покрова также достигает высоких значений, однако проявляется в меньшем количестве заложенных профилей и характеризуется более низкими значениями величины сухого остатка. Но засоление более токсичное, т.к. химизм засоления - хлоридный; подобная ситуация может быть объяснена тем, что воды Пролетарского водохранилища имеют самую высокую минерализацию (1.80-9.30 г/л; табл. 7).
Иными словами, рассмотрение засоления почв обнаруживает, что региональные условия перекрывают зональные. Наиболее засоленными оказываются почвы на побережьях водохранилищ, в которых самая высокая минерализация воды и засоленные грунты.
Таблица 6. Засоление почв в динамическом блоке на побережьях водохранилищ в разных ландшафтных условиях. Table 6. Soils salinization in the dynamic block on the reservoirs' shores under different landscape conditions.
Ландшафт* Степень засоления по сухому остатку, % (почвы хлоридно-сульфатного типа засоления) Водохранилище
нет засоления (0-0.25) слабое (0.25-0.5) среднее (0.5-1) высокое (>1.1)
(239 б) - 0.08-0.34 - - Цимлянское
(239 в) 0.05-0.12 - - - Краснодарское
(239 е) 0.03-0.23 - - -
(249 б) - - - 0.06-2.26 Веселовское, Пролетарское
(251 а) - - 0.04-0.72 - Цимлянское
(255 и) - - 0.17-1.15 - Пролетарское
(255 о) - - 0.05-1.12 - Цимлянское
(255 ц) - - 0.02-0.67 -
(255 ч) 0.06-0.12 - - -
Примечание к таблице 6: ландшафт* - характеристика ландшафтов приведена в таблице подписей к рисунку 1. Note to table 6: landscape* - the landscapes features are shown in the table-legend for figure 1.
Таблица 7. Степень и химизм засоления почв в динамическом блоке. Table 7. Soils salinization degree and chemism in the dynamic block.
Характеристика Водохранилище
Цимлянское Веселовское Пролетарское Краснодарское
Засоление почвы, % 0.02-1.12 0.11-2.26 0.01-1.25 0.03-0.23
Тип засоления почвы Cl-SO4 Cl-SO4 Cl -
Засоление почв побережий под влиянием водохранилища оценивается на основании содержания водорастворимых солей в сухом остатке водной вытяжки. Этот показатель изменяется в диапазоне от <1% до 3%. При построении шкалы выбран шаг в 0.25% для двух нижних ступеней (отсутствия и слабого засоления) и 0.5% - для верхних ступеней (среднего и высокой степени засоления).
Растительность ландшафтов побережий. Растительность побережий водохранилищ также рассматривалась в границах основных функциональных блоков. Анализ научных публикаций показывает (Вендров, Дьяконов, 1976; Назаренко и др., 2008; и др.), что на берегах водохранилищ спустя несколько лет после их создания наблюдается дифференциация экологических условий, улучшающих или ухудшающих произрастание древесной растительности. Соотношение площадей положительного и отрицательного влияния меняется в зависимости от географического положения водохранилища и местных геолого-геоморфологических условий побережья. Наиболее неблагоприятным воздействием
на растительность считается подтопление, приводящее к ухудшению лесорастительных условий в лесной зоне. Общая площадь подтопленных земель на побережьях водохранилищ Волжско-Камского каскада к началу 1970-х годов составила 160-170 тыс. га, из них на площади не менее 60 тыс. га наблюдалось сильное подтопление, где прирост древостоя снизился (Белавская, 1958). Проведенные исследования и анализ научной литературы позволяют представить наиболее широко распространенные растительные сообщества, индицирующие развитие современного гидроморфизма в каждом из блоков экотонной системы рассматриваемых водохранилищ (табл. 8, фото 2).
Таблица 8. Доминанты растительных сообществ, индицирующих развитие современного гидроморфизма на побережьях водохранилищ в разных подзонах. Table 8. Dominants of plant communities, displaying the modern hydromorphism development on the reservoirs shores in different climatic subzones.
Природные подзоны Растительные сообщества - индикаторы гидроморфизма в функциональных блоках
амфибиальный динамический дистантный маргинальный
степная Заросли высоких гигрофитов (Phragmites australis, Typha angustifolia, T. latifolia) Древесные и древесно-травянистые сообщества (Salix album, Populus nigra, Phalaris canariensis, Stachys palustris, Carex spp.) Настоящие незасоленные злаковые луга (Bromopsis inermis, Lycopus europaeus), засоленные луга (Puccinellia gigantea, Juncus jerardi) Остепненные злаковые и разнотравные луга (Elytrigia repens, Potentilla reptans, Lotus corniculatus)
сухо-степная Сообщества древесно-кустарниковых видов (Tamarix ramosissima, T. hispida, Elaeagnus angustifolia, Salicornia europaea) Засоленные луга (Aeluropus littoralis, Calamagrostis epigeios, Limonium gmelinii c участием Elaeagnus angustifolia) (Artemisia santonica, Alhagi pseudalhagi, Calamagrostis epigeios)
Изучение современного состояния растительности в зоне временного затопления показывает, что многие деревья и кустарники, в первую очередь различные виды тополя, ив, сумели приспособиться к новым условиям, особенно в тех случаях, когда увлажнение увеличивалось не резко, а постепенно. На Цимлянском водохранилище в первые годы его создания вдоль береговой линии с 50% обеспеченностью заливания сформировалась лесополоса шириной от 5 до 20 м с доминированием тополя черного (Populus nigra).
Рассматриваемые водоемы степной зоны располагаются в одном Нижне-Донском флористическом районе, поэтому растительный покров прибрежных территорий близок и его выраженность и структура зависят от конкретных ландшафтно-экологических условий. Растительность района Цимлянского водохранилища относится к сухим степям, представленным типчаково-ковыльными с участием бедного разнотравья и полынными сообществами. На правобережье местами сохранились белополынно-житняковые степи с пятнами чернополынников, ромашниковых и прутняковых сообществ. На левобережье еще встречаются участки белополынно-ромашниковых степей со значительным участием пятен чернополынных и камфоросмовых группировок.
Фото 2. Растительные сообщества на открытом побережье абразионно-аккумулятивного берега, показатели современного гидроморфизма. Условные обозначения: А - лишенный растительности амфибиальный блок; Б - Populus nigra-Phragmites australis-Calamagrostis epigeios сообщество динамического блока; В -Populus nigra-Elytrigia repens-Poa angustifolia сообщество дистантного блока; ряд растительных сообществ на аккумулятивном побережье: Г - Phragmites australis сообщества амфибиального блока; Д - Ulmus glabra-Calamagrostis epigeios сообщество динамического блока; Е - Calamagrostis epigeios-Mixteherbosa сообщество дистантного блока. Photo 2. Plant communities on the open abrasion-accumulative shores, the indicators of modern hydromorphism. Legend: A - amphibial block, bald of vegetation, B - Populus nigra-Phragmites australis-Calamagrostis epigeios community in dynamic block, C -Populus nigra-Elytrigia repens-Poa angustifolia community in distant block; series of plant communities on the alluvial shore: D - Phragmites australis community in amphibial block, E -Ulmus glabra-Calamagrostis epigeios community in dynamic block, F - Calamagrostis epigeios-Mixteherbosa community in distant block.
В процессе работы на топо-экологических профилях был составлен полный список встреченных видов растений. Он включает в себя 115 видов высших сосудистых растений из 29 семейств. Ведущими семействами являются характерные для степной зоны Asteraceae, Роасеае, Fabaceae, Chenopodiaceae, Labiatae и Ро^опасеае.
Анализ представленности и частоты встречаемости видов в экологических группах по увлажнению выявил наибольшее разнообразие в группе мезофитов, ксерофитов и мезоксерофитов (рис. 8).
Рис. 8. Представленность (а) и частота встречаемости (б) видов растений экологических групп по отношению к водному фактору на Веселовском водохранилище. Условные обозначения: 1 - мезофиты, 2 - ксерофиты, 3 - мезоксерофиты, 4 - гигрофиты, 5 -ксеромезофиты, 6 - гигромезофиты, 7 - гидрофиты. Fig. 8. Representation (a) and frequency of occurrence (b) of plant species, belonging to ecological groups, compared to the water factor in the Veselovskoye reservoir. Legend: 1 - mesophytes, 2 - xerophytes, 3 - mezokserophytes, 4 -hygrophytes, 5 - xeromesophytes, 6 - gigromezophytes, 7 - hydrophytes.
В растительном покрове на участках побережья, располагающегося в заливах, наиболее широкое распространение имеют в амфибиальном блоке сообщества тростника южного (Phragmites australis) и рогоза длиннолистного (Typha angustifolia). В динамическом блоке на границе с амфибиальным в условиях абразионно-аккумулятивного типа берега на Цимлянском водохранилище преобладают сообществ тополя черного (Populus nigra) с вейником наземным (Calamagrostis epigeios).
На Краснодарском водохранилище наиболее широкое значение имеет ива белая (Salix alba), а тополь черный почти не встречается. В данном случае подобное явление можно объяснить тем, что ива лучше, чем тополь, переносит длительное заливание. На отдельных участках выживают ивы, переживающие заливание почти 3-х метровой толщей воды в течение 4-5 месяцев. Однако габитус ив заметно улучшается при сокращении длительности заливания. Взрослые деревья образуют систему дыхательных корней, по которой можно судить о высоте паводкового затопления. В условиях ландшафтов Веселовского и Пролетарского водохранилищ древесные виды в гидроморфных условиях не встречены, что можно объяснить повышенной минерализацией вод.
На участках открытого побережья искусственных водоемов постоянная растительность
часто отсутствует, а зарастание происходит видами, семена и проростки которых поступают с прилегающего берега. На Краснодарском и Цимлянском водохранилищах преобладают проростки древесных видов, на Веселовском и Пролетарском - однолетние галофиты.
Изменения в растительности от коренного берега к урезу воды в связи с увеличением влагообеспеченности биотопов, как видим, идут в направлении смены влагоустойчивых видов и растительных сообществ влаголюбивыми.
При составлении оценочной шкалы для облегчения ее восприятия приведены не конкретные сообщества, а условный экологический ряд, отражающий суть изменений при усилении гидроморфизма биотопов от зонального к околоводному и водному (фото 2, табл. 9). Однако реально на местности действует не только водный фактор: к нему присоединяются абразия, аккумуляция и засоление. Поэтому в динамическом блоке нередко наряду с гидрофитами-фреатофитами (Phragmites australis, Glycyrrhiza echinata, Populus nigra и др.) широкое распространение получает мезофит вейник наземный (Сalamagrostis epigeios). Это объясняется тем, что вейник - показатель нарушенных биотопов, и в данном случае он появляется в связи с тем, что при затоплении частично смывается горизонт А и на поверхности почвы аккумулируются песчаные отложения. В таблице 9 блоки экотона и степень гидрогенной трансформации растительных сообществ расположены таким образом, что от крайнего правого столбца (маргинальный блок с растительностью исходного ландшафта в отсутствии изменения гидроморфизма) возрастание увлажнения идет в направлении ко второму слева (амфибиальный блок с гидрофильной и гигрофильной растительностью) и при каждом шаге изменения к предыдущему присваивается еще два балла. Таким образом, весь возможный диапазон изменений гидроморфизма укладывается от 0 до 6 баллов.
Таблица 9. Шкала для оценки гидрогенной трансформации растительности в направлении возрастания увлажнения. Table 9. Scale for evaluation of the plants hydrogenic transformation towards the growing moisture.
Исходная неизмененная растительность Измененная растительность в результате воздействия водохранилищ
Зональная растительность Интразональная растительность в блоках экотона
амфибиальный блок динамический блок дистантный блок маргинальный блок
Степная растительность гидрофильная и гигрофильная растительность гигрофильная и мезофильная растительность мезофильная, мезоксерофильная, ксерофильная растительность ксерофильная и мезоксерофильная растительность
Баллы при изменении зональной растительности на интразональную 6 4 2 0
Примечания к таблице 9: при отсутствии сомкнутой надземной растительности в амфибиальном блоке изменению присваивается еще 2 балла; итоге присваивается 8 баллов. Notes to table 9: in the absence of above-ground vegetation density in the amphibial block, the change is given 2 more points; eventually, 8 points are given.
Разработанные шкалы (табл. 4, 5, 9) были использованы для оценивания степени трансформации компонентов природных комплексов (грунтовых вод, почв и растительности) в блоках экотонной системы вмещающих ландшафтов побережий исследованных водохранилищ степной зоны на европейской территории России (табл. 10).
Глубина трансформации первоначально была рассчитана отдельно для каждого блока экотона вмещающего ландшафта (табл. 10, правый столбец) как сумма баллов по всем критериям. Чем выше значение балльной оценки, тем более глубокой трансформации подвергся природный комплекс данного блока. Используя полученные значения по блокам, была рассчитана глубина трансформации природных комплексов в среднем по водохранилищу как среднее арифметическое сумм балльных оценок по всем блокам (табл. 10, горизонтальные строки, цифры у названия водохранилища).
Как видим, самое низкое значение среднего балла (6.6) оказалось у Краснодарского водохранилища, и оно возрастает по градиенту аридизации среды в направлении на юг, где в Кума-Манычской впадине на Пролетарском и Веселовском водохранилищах засоление почв дополнило трансформацию экосистем, и оно оказалось самым высоким - 11.3 и 12.4 соответственно.
Заключение
В разработанной методике оценки гидрогенной трансформации исходных природных комплексов на побережьях под влиянием водохранилищ в качестве индикаторов используются изменения, произошедшие в основных компонентах ландшафта - почвах, и растительности. Изучение изменений в грунтовых водах, как одного из факторов этих изменений, необходимо, т.к. позволяет объяснить их причину.
Преимущество предлагаемой методики в том, что она не требует длительных стационарных наблюдений и может быть использована для экспрессной оценки трансформации природных комплексов и определения территории гидрогенного влияния водохранилища при проведении исследований в течение одного года при повторном обследовании экотонных систем в весенний и позднелетне-осенний периоды.
Методика количественной оценки гидрогенных изменений природных комплексов на основе предложенных шкал разработана на примере степной зоны, и поэтому область ее применения ограничена, но методическое решение и алгоритм работы применимы и могут быть использованы для работы на водохранилищах и в других природных зонах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Авакян А.Б., Шарапов В.А. 1977. Водохранилища электростанций СССР. М.: Издательство «Энергия». 399 с.
Авакян А.Б., Широков В.М. 1994. Рациональное использование и охрана водных ресурсов.
Екатеринбург: Виктор. 320 с. Балюк Т.В., Кутузов А.В. 2006. Методы выявления состава и структуры экотонной системы «вода-суша» на побережье Цимлянского водохранилища // Аридные экосистемы. Т. 12. № 30-31. С. 68-78.
Белавская А.П. 1958. Изменения высшей растительности Рыбинского водохранилища в связи с колебанием его уровня (1954-1955 гг.) // Труды Биологической станции «Борок». Вып. 3. М.-Л.: Издательство АН СССР. С. 98-135. Вендров С.Л., Дьяконов К.Н. 1976. Водохранилища и окружающая природная среда. М.: Наука. 136 с.
Емельянов А.Г. 1994. Комплексный геоэкологический мониторинг. Тверь: ТГУ. 89 с. ЭКОСИСТЕМЫ: ЭКОЛОГИЯ И ДИНАМИКА, 2017, том 1, № 2
Таблица 10. Сводная таблица итоговой оценки трансформации экосистем в зоне влияния водохранилищ на основании индикаторов современного гидроморфизма в функциональных блоках. Table 10. Summary table of the final evaluation of ecosystem transformation in the area of the reservoirs' impact, based on the indicators of modern hydromorphism in functional blocks.
Подзона Индекс ландшафта, номер профиля* Блок экотона** Г рунтовые воды Мощность гумусового горизонта Включения Растительность Засоление Сумма баллов
Степная (настоящие степи) КРАСНОДАРСКОЕ водохранилище - 6.6
(239 в) КП II* 1 0 2 6 0 9
III 1 0 3 4 0 8
(239 е) КП 8 II 1 0 1 6 0 8
III 1 0 1 4 0 6
IV 0 0 0 2 0 2
ЦИМЛЯНСКОЕ водох] эанилище - 8.5
(239 б) ЦП 6 III 2 0 2 4 1 9
IV 2 0 0 2 0 4
Сухостепная (251 а) ЦП 21 III 2 0 3 4 2 11
IV 1 0 2 2 1 6
(255 о) ЦП 18 III 2 0 2 4 3 11
IV 1 0 0 2 1 4
(255 ч) ЦП 1 III 2 6 4 4 0 16
IV 1 0 3 2 0 6
V 0 0 1 2 0 3
(255 ц) ЦП 11 III 2 6 2 4 2 16
IV 1 0 3 2 1 7
ПРОЛЕТА РСКОЕ водох ранилище - 11.3
(249 б) ПП 5 II 2 6 2 4 3 17
III 1 0 2 4 3 10
IV 0 0 3 2 2 7
ВЕСЕЛОВСКОЕ водохранилище - 12.4
(249 б) ВП1 II 3 10 0 6 3 22
III 2 0 3 4 3 12
IV 0 0 1 3 2 5
(255 и) ВП 5 III 1 6 3 4 3 17
IV 1 0 1 2 2 6
Примечания к таблице 10: индекс ландшафта, номер профиля* - индексы по Ландшафтной карте (1987) и номера топо-экологического профиля на каждом водохранилище; блок экотона** - II - амфибиальный, III - динамический, IV - дистантный, V - маргинальный. Notes to table 10: index of landscape, number of profile* - the indices, according to the Landscape map (1987), and the numbers of the topo-ecological profile for each reservoir; ecotone block**-II - amphibial, III - dynamic, IV - distant, V - marginal.
Залетаев В.С. 1997. Структурная организация экотонов в контексте управления // Экотоны в биосфере. М.: РАСХН. С. 11-29.
Ландшафтная карта СССР. 1987. Масштаб 1:2 500 000. М.: Министерство геологии.
Лучшева А.А. 1983. Практическая гидрометрия. Л.: Гидрометеоиздат. 424 с.
Назаренко О.Г., НовиковаН.М., Рыльщиков А.Ю. 2008. Сравнительная характеристика морфологических свойств почв подтопленных территорий Цимлянского водохранилища // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. № 12. С. 34-40.
НовиковаН.М., Волкова Н.А., Назаренко О.Г. 2014. Функционирование экотонных систем побережья Цимлянского водохранилища // Аридные экосистемы. Т. 20. № 4 (61). С. 2435.
Новикова Н.М., Волкова Н.А., Уланова С.С., Шаповалова И.Б., Вышивкин А.А.. 2011. Ответные реакции экосистем на изменение водного режима территорий в степной зоне // Аридные экосистемы. Т. 17. № 3 (48). С. 38-48.
Новикова Н.М., Назаренко О.Г. 2013. Природные комплексы побережий искусственных водоемов на юге европейской части России // Аридные экосистемы. Т. 19. № 3. С. 35-62.
НовиковаН.М., Назаренко О.Г. 2007. Современный гидроморфизм: процессы, формы, проявления, признаки // Аридные экосистемы. Т. 13. № 33-34. С. 70-82.
НовиковаН.М., Уланова С.С. 2012. Искусственные водоемы Калмыкии: режим, использование, природоохранное значение // Изменение природной среды России в ХХ веке. М.: Молнет. С. 288-306.
Плисак Р.П. 1981. Изменение растительности дельты реки при зарегулировании стока. Алма-Ата: Наука. 215 с.
Природные комплексы побережья Цимлянского водохранилища. 2014 / Ред. Н.М. Новикова. М.: Агронаучсервис. 152 с.
Рыльщиков А.Ю. 2009. Оценка степени трансформации природных ландшафтов под влиянием искусственных водоемов. Автореферат дисс. ... канд. геогр. наук. Ростов-на-Дону, Южный федеральный университет. 22 с.
Цимлянское, водораздельные и Манычские водохранилища.1977 / Ред. В.А. Знаменский, В.М. Гейтенко. Л.: Гидрометеоиздат. 203 с.
Широков В.М. 1985. Конструктивная география рек: основы преобразования и природопользования. М.: Издательство «Университетское». 189 с.
Экотонные экосистемы «вода-суша»: методика исследований, структурно-функциональная организация и динамика. 2011 / Ред. Н.М. Новикова. М.: Товарищество научных изданий КМК. 272 с.
EVALUATION TECHNIQUES OF THE HYDROGENIC TRANSFORMATION OF THE NATURAL COMPLEXES ON THE SHORES OF RESERVOIRS
© 2017. N.M. Novikova*, N.A. Volkova*, O.G. Nazarenko**
*Water Problems Institute RAS Russia, 119333, Moscow, Gubkina Str., 3.
Е-mail: [email protected], [email protected] **Rostov State Center of Agrochemical Service Russia, 346493, Rostov Region, Aksayskii District, Rassvet. E-mail: [email protected]
In this work we substantiated the indicators and criteria, which are used for studying and assessing of the transformation of components of natural coast complexes, due to the changes in the water regime, caused by the large reservoirs impact. The main factors are: flooding (parameters - duration and frequency), underflooding (parameters - changes of the groundwater level depth in different periods of
the growing season). The estimation of the ecosystems response is based on the indicators of hydromorphism changes, groundwater, soils, correlation between different plant species and water factor, amount of the aboveground phytomass. The algorithm of this method includes the identification of the coastal areas, affected by the different types of reservoir impact (flooding, underflooding), and assessment of the actual natural complexes transformation on each of every selected area. The two valuation approaches of the natural complexes transformation are presented: 1 - the qualitative evaluation, provided by comparing the indices of the modern natural complexes components with the indices of the same components of the original landscape, which have been existed before the reservoir creation, and 2 - the quantitative evaluation, provided by obtaining the transformation under the use of the hydrogenic transformation scales, developed for each of the indicators (factors and biota). The estimates for each index describe the "degree" of their transformation in the particular landscape and the entire reservoir coast, the set of estimated indices describes the "depth" of transformation. The usage of this method is illustrated by the example of lowland reservoirs (Krasnodar, Tsimlyansk, Veselovsky and Proletarsky) in steppe zone of the European Russia.
Keywords: reservoir, coast, evaluation technique, water level of the reservoir, flooding, groundwater, soils, vegetation, topo-ecological profiling, hydromorphism, indicators, criteria, scales.
