CC BY
99
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЗАТОПЛЕНИЯ ЛОЖА БОГУЧАНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Б.И. УГРЮМОВ, проф. Братского ГУ, д-р техн. наук,
О.К. ДАНИЛЕНКО, асп. Братского ГУ
Сформированная на базе Ангарского каскада ГЭС Байкало-Ангаро-Енисейская водохозяйственная система обеспечивает потребности коммунально-бытового, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, судоходства, лесосплава, рекреации, рыболовства и других отраслей водного хозяйства. Порождает массу противоречий совместное использование водных ресурсов Ангары и Байкала в интересах разных водопользователей и влияние регулирования стока на окружающую среду. Они обусловлены несоответствием:
а) технологических требований различных водопользователей к зарегулированному водному режиму реки и озера;
б) уровневых режимов водохранилищ экологическим требованиям и ограничениям;
в) хозяйственной деятельности на акватории и побережьях реки и водоохранных требований обеспечения безопасности населения, хозяйственных объектов и угодий.
Экосистемы Ангары и Байкала за последний пятидесятилетний период претерпели значительные изменения, обусловленные главным образом антропогенным воздействием. В историческом аспекте основными признаками быстроразвивающихся деструктивных процессов в экосистеме и ухудшения качества воды были: молевой сплав леса, химическое загрязнение водоемов промышленными предприятиями Иркутска, Ангарска, Братска, Усть-Илимска, Усолья-Сибир-ского, Коршунихи и др., создание каскада электростанций.
Проблемы, связанные с экологической обстановкой вышеуказанных регионов, осложняются тем, что они затрагивают интересы трех субъектов Российской Федерации: Иркутской области, Республики Бурятия и Красноярского края, т.е. носят межрегиональный характер.
Кроме имеющихся на Ангаре действующих ГЭС - Иркутской, Братской и Усть-Илимской, есть еще и строящийся гидроэнергетический объект - Богучанская ГЭС. Изменение технических параметров и условий функционирования действующих ГЭС и водохранилищ в сторону
уменьшения негативного воздействия на окружающую среду практически невозможно, тогда как для проектируемых и строящихся ГЭС необходимо использовать все имеющиеся возможности минимизации ущерба природе, хозяйству и населению региона.
Проблемы, связанные со строительством гидроэлектростанций, сложны и взаимосвязанны, последствия проявляются через многие годы после завершения строительства. К основным экологическим проблемам относятся:
- эрозия береговой линии, переформирование берегов, дна, устьевых участков водоемов, впадающих в водохранилища, и поступление в водохранилища в связи с этими процессами запасов древесины;
- изменение уровня грунтовых вод, что ведет к смене гидрологического режима почв береговой полосы и, следовательно, произрастания древостоев;
- изменение качественного состава воды в водохранилище в связи с вымыванием с поверхности почв химических веществ от выбросов промышленных предприятий, а также затоплением больших объемов древесины, оставшейся вследствие некачественной или неполной лесоочистки.
Повышение отметок нормального подпорного уровня приводит к активизации процессов в береговой зоне и подтоплению территорий, способствует появлению падающего леса, возникновению очагов энтомовредителей и грибковых заболеваний, а вместе - к снижению рекреационных функций леса, к увеличению капиталовложений на берегоукрепительные работы.
Подъем уровня грунтовых вод после затопления водохранилища вызывает также заболачивание и засоление почв в лесостепной и степной зонах, ухудшение санитарного состояния местности.
Создание водохранилищ, сопровождающееся изменением режимов паводкового затопления земель, уровня грунтовых вод и микроклимата, приводит к изменению водного и теплового режима почв на побережьях водохранилищ, а следова-
32
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
тельно, к изменению биологических и физико-химических процессов. В совокупности изменение гидрологического режима, микроклиматических условий и почвенного покрова прибрежной территории водохранилища оказывает влияние на высшую растительность как самого водоема, так и прибрежных территорий.
Водный режим подавляющего числа типов наземных экосистем автономен и не будет зависеть от водохранилища и величины его сезонной сработки, поскольку обусловлен атмосферными осадками. Это экосистемы, занимающие склоны разной крутизны, экспозиции и протяженности, обращенные к акватории и заливам водохранилища на высотах, превышающих отметки НПУ. Лишь в узкой прибрежной полосе в десятки метров с пологими склонами, вследствие возможного капиллярного подъема влаги через водопроницаемые грунты, корневые системы растений могут использовать влагу, гидростатически связанную с уровнем водохранилища.
Для прогноза влияния водохранилища на прибрежную растительность, животный мир и дальнейшей оценки экологических последствий для Богучанского водохранилища в качестве аналога используется Усть-Илимское водохранилище. Они адекватны друг другу по геотектонике и геоморфологии, климатическим, почвенным и лесорастительным условиям, особенностям русла реки, современной и древней долинами и их обрамлению, реальным и актуальным растительности и животному миру. Строящаяся в каскаде на Ангаре БоГЭС и функционирующая рядом Усть-Илимская ГЭС и их водохранилища находятся в одной лесорастительной провинции и лесохозяйственном районе.
По сравнению с Братской и Усть-Илимской ГЭС с точки зрения оценки экологических и социальных последствий строительства и затопления территории водохранилищем в ангарском каскаде гидроэлектростанций БоГЭС находится в наиболее благоприятной социальной и экологической ситуации. Последовательный ряд крупных водохранилищ изменил все элементы лесорастительной среды в зоне, примыкающей к водохранилищам - климат, почвы, гидрологические условия и пр.
Наиболее глубоко и быстро будет изменен гидрологический режим в полосе, примыкающей непосредственно к водохранилищам. Поднимется уровень грунтовых вод, что в некоторых слу-
чаях приведет к усыханию лесов, в других - к увеличению их продуктивности. Уровень воды водохранилища, как известно, изменяется вследствие весенне-летнего водоподъема, осенне-зимнего водосброса турбинами и подготовки водохранилищ к приему весенних паводковых вод. В прибрежной зоне создается полоса временного затопления и осушения, ширина которой будет зависеть от величин колебания уровней воды и уклонов местности. На этих зонах периодического затопления-осушения лес не сможет произрастать на площадях, близких к зимнему берегу водохранилища, так как они будут освобождаться от воды лишь к концу вегетационного периода и позже. На территориях, обсыхающих в более ранние сроки, возможно произрастание некоторых древесных пород в соответствии с их экологией и гидрологическим режимом. Надо полагать, что древостои будут затопляться водами высшего уровня до распускания листьев, что несколько усилит их жизнестойкость. Насаждения сосны и ели не переносят систематического длительного затопления.
Таким образом, должны быть освобождены от леса не только ложа водохранилищ, но и прибрежные полосы, обсыхающие в осенне-зимний период, так как имеющаяся здесь древесная растительность превратится в сухостой, а заново создать насаждения не представится возможным. Только в прибрежных полосах, затопляемых весной и ранним летом, необходимо сохранить имеющиеся древостои, если их слагают поймостойкие древесные породы, или же создавать новые с учетом режима затопления и экологии пород. Эти насаждения будут защищать берега водохранилищ от волнобоя.
Долинная экосистема Богучанского водохранилища представлена высоковозрастным древостоем 180-240 лет, который к такому режиму увлажнения не в состоянии адаптироваться. Усыхание и вываливание деревьев будет происходить постепенно. Будет происходить процесс смены лесного (древесного) типа растительности на кустарничково-осочково-высокотравный. Замедление процесса смены будет обусловлено его блокированием остатками живой части древостоя. Долинная экосистема будет сильно захламлена упавшими сухими деревьями и представлять повышенную пожарную опасность, особенно весной, после высыхания отмершей травянистой растительности. В них высока вероятность воз-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
33
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
никновения и распространения на прилегающие леса лесных пожаров. В случае лесосводки на периодически подтопляемой территории долины за короткое время (5-10 лет) могла бы сформироваться устойчивая древесно-кустарниковая экосистема, видовой состав которой был бы адекватен вновь сложившемуся режиму увлажнения вследствие экологической формы естественного отбора в процессе залесения территории и формирования фитоценоза.
В акваториях, где волнение наименьшее, происходит повышение уровня грунтовых вод, но отсутствует застойное увлажнение, формируются фитоценозы с преобладанием влаголюбивой растительности, способные переносить временное подтопление. Здесь могут доминировать вейник Лангедорфа, осот разнолистный, лабазник, из кустарников - спирея иволистная, рябинолистник.
При застойном увлажнении в растительном покрове на смену мезофитному разнотравью приходят крупные осоки, хорошо переносящие даже длительное затопление, из древесных распространение получает ива корзиночная. На песчаных отмелях очень часто формируются монодоминантные сообщества из горца птичьего, ромашки лекарственной, из древесных встречаются небольшие заросли ивы корзиночной. Крутые обрывистые берега, где интенсивно протекает процесс берегопереработки, обрушение берегов и сползание грунтов, обычно не зарастают, а единично появившиеся экземпляры растений, как правило проникающие с сопредельных участков, существуют короткое время.
В зоне влияния Богучанской ГЭС зафиксировано 160 видов сосудистых растений, 15 видов кустарников, 7 видов лесных мхов, 6 видов лишайников. При такой насыщенности реакция видов травянистых растений в зоне воздействия водохранилища будет различной. В большинстве случаев растения индифферентны к изменению режима увлажнения воздуха и почвы. Среди мхов в условиях периодического подтопления и даже при высоком стоянии грунтовых вод изменений также не наблюдается, но в условиях длительного застойного увлажнения произойдет замена мезо-фитных зеленых мхов влаголюбивыми (аулакоми-ум, сфагнумы). Наиболее существенно изменится лишайниковый покров.
При затоплении земель снижается видовое разнообразие нижних ярусов растительнос-
ти, но это не влечет значительных изменений структуры растительного покрова прибрежных территорий. Выпадение из напочвенного покрова лишайников в целом не изменит сложившуюся структуру растительного покрова, так как лишайниковые типы леса приурочены к определенным местам обитания и их доля составляет не более 10 % лесопокрытой площади.
Ведущим компонентом лесных экосистем является древостой, представленный многолетними древесными растениями. В условиях Приан-гарья наиболее долгоживущими являются сосна, лиственница и кедр, естественная продолжительность жизни которых достигает 350-400 лет. На все воздействия окружающей среды деревья реагируют изменениями величины радиального и терминального прироста. Наиболее чувствительные к экзо- и эндогенным воздействиями является радиальный прирост, или ширина годичного кольца.
Толщина годичного слоя древесины ствола отражает степень благоприятности всей совокупности факторов: радиальный и терминальный приросты, определяемые солнечно-земными связями, характер воспринимающей солнечную радиацию поверхности, осадки, уровень плодородия и влажность почвы, микроклиматические и другие локальные особенности лесорастительных условий, катастрофические и хронические природные воздействия и различная хозяйственная деятельность. Опыт показывает, что по мере увеличения исходной влажности почв прирост увеличивается все слабее, а в условиях заболачивания резко сокращается.
Иначе обстоит дело при выходе грунтовых вод на дневную поверхность в понижениях рельефа. В этом случае могут потерять прирост и усохнуть сначала сосняки суходольные, затем зеленомошники и далее сфагновые. Так, деревья зеленомошника гибнут при затоплении через 2-3 года при падении прироста на 10-20 %, в то время как в сосняке сфагновом прирост падает до 60 %, но деревья остаются живыми. Степень изменения текущего прироста в зоне подтопления падает с увеличением возраста древостоев. Наибольший прирост по высоте и диаметру дадут деревья I класса возраста. Вместе с тем увеличится количество подроста в древостоях с полнотой 0,4-0,6. В подросте сосновых лесов возрастет количество ели и лиственных пород, наметится смена сосны.
34
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
При подъеме грунтовых вод, не доходящих до корневых шеек деревьев, более выносливыми оказываются молодняки, что объясняется поверхностной корневой системой их и большей пластичностью организма к условиям среды по сравнению со спелыми древостоями. В таких условиях они усилят свой прирост.
В зоне постоянного затопления, равной 54,7 тыс. га, на лесные земли приходится 35,1 тыс. га. Это в основном покрытые лесом площади, на которых должна производиться лесосводка и лесоочистка. Особенностью БоГЭС является беспрецедентно долгое строительство. На месте частей и участков ложа водохранилища, где была произведена лесосводка и лесоочистка, к настоящему времени уже сформировались молодые хвойные, лиственные и хвойно-лиственные насаждения. В зависимости от давности лесосводки их высота в настоящее время составляет от 3-5 до 10-12 м, запас древесины от 20-30 до 100-120 м3/га. Эти молодые насаждения находятся в фазе интенсивного роста, их высота ежегодно увеличивается на величину до 1 м. Древесина в этом возрасте не представляет какой-либо коммерческой или товарной ценности. Практически ко времени затопления залесенность будет близка к исходной, но с существенно меньшим и малоценным запасом древесины.
В целом лесосводка и вырубка, особенно за пределами территории, прилегающей к нижнему бьефу, не была сплошной. При этом изымалась наиболее ценная, имеющая спрос у потребителя деловая древесина. После такой лесосводки большая часть площади под водохранилище Богучанской ГЭС остается залесенной. В таблице представлены основные показатели Богучанской и Усть-Илимской ГЭС и их водохранилищ.
Зоны берегопереработки и сильного подтопления с глубиной стояния грунтовых вод до
1 м, так же, как и зона постоянного затопления, нуждаются в лесосводке, поскольку древесная растительность после затопления водохранилища неминуемо погибнет и вывалится. Отличие зон берегопереработки, сильного подтопления постоянного затопления состоит в том, что погибшие и вывалившиеся деревья не всплывают и не поступают в водохранилище. Однако длительное время (30-50 лет) стволовая древесина находится в состоянии гниения и деструкции и захламляет эти зоны. Поэтому покрытые лесом зоны берегопереработки и сильного подтопления целесообразно отнести к категории площадей, нуждающихся в лесосводке (лесоочистке). Их площадь составляет 3 тыс. га.
Древостой зоны затопления водохранилища Богучанской ГЭС представлен: сосной и елью - 50 %, лиственницей - 30 %, лиственными породами - 20 %. Изменение гидрологического режима, микроклиматических условий и влажности почвенного покрова прибрежной территории водохранилища оказывает влияние на высшую растительность как самого водоема, так и прибрежных территорий.
Все наземные экосистемы, уходящие под постоянное затопление, обречены на гибель. В зоне постоянного затопления на лесные земли приходится 35,1 тыс. га. В зоне подтопления с глубиной стояния грунтовых вод до двух метров можно выделить периодически затопляемые и подтопляемые участки в результате сезонной сработки и пополнения водохранилища.
Одним из постоянно действующих факторов, обусловленных режимом работы гидроузла, является периодический подпор уровня воды в конце августа и сентябре в водотоках, впадающих в водохранилище.
Таблица
Основные показатели Богучанской и Усть-Илимской ГЭС и их водохранилищ
Показатели и параметры Единица измерения Усть-Илимская ГЭС Богучанская ГЭС
проектный вариант рекомендуемые варианты на пониженных отметках
Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) м 296 208 183 173
Площадь зеркала водохранилища при НПУ км2 1922 2326 1040 618
Площадь затапливаемых земель тыс. га 154,9 149,5 59,8 33,9
В т.ч. сельскохозяйственных угодий тыс. га 31,8 29,6 18,8 10,7
Лесопокрытая площадь тыс. га 122,8 121,4 39,1 23,2
В т.ч. подлежащая лесоочистке тыс. га 13,7 18,2 17,5 17,1
Объем вырубаемой древесины в порядке лесосводки млн м3 11,9 10,7 3,3 1,3
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
35
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Долины и лога таких водотоков постоянно испытывают периодическое затопление и подтопление большей части корнеобитаемого слоя древесных растений. Залесненные долины и лога этих водотоков обычно не подвергаются лесосводке и очистке, либо лесосводка проводится выборочными рубками.
Долинные экосистемы данного района представлены высоковозрастными древостоями, которые к такому режиму увлажнения не в состоянии адаптироваться. Усыхание деревьев и их вываливание происходит постепенно. В районе водохранилища самой распространенной лесной породой является сосна. Согласно исследованиям [1] деревья, затопленные на незначительные глубины, в первые два года после наполнения водохранилища и затопленные на третий год на чуть больший уровень погибли уже в том же году.
Деревья, затопленные на глубину более 150 см, более угнетены, что проявляется в пожелтении хвои, особенно в нижней части кроны. Данные деревья вскоре погибнут. Даже однократное незначительное затопление (глубиной 7-17 см и продолжительностью 13-38 дней) вызывает некоторое угнетение деревьев на следующий год после затопления. Гибель сосны наблюдается в основном на второй - третий год после затопления. Ель очень мало отличается от сосны в отношении реакции на затопление. Она также легко переносит неглубокое (до 25-30 см) и непродолжительное затопление в первый год. В этом случае прирост ее нисколько не уменьшается. Но при повторных, более глубоких и продолжительных затоплениях она погибает несколько раньше сосны.
Выносливость березы по отношению к затоплению неодинакова и различается в соответствии с условиями среды, в которой выросли деревья. Так, на почвах избыточно влажных и до затопления, береза переносит его дольше, чем выросшая на почвах менее влажных. Молодой подрост березы до 3-4-летнего возраста, даже при первом незначительном затоплении, почти целиком погибнет, тогда как взрослые деревья в таких условиях не имеют даже признаков угнетения в первый год. Осина очень близка бере зе в отношении способности к перенесению затопления. Деревья хорошо переносят первичное неглубокое и непродолжительное затопление, но погибают при вторичном затоплении на глубину более 100 см.
Упомянутые деревья, выросшие до образования водохранилища на суходолах, испытывают угнетение при повторном затоплении глубиною всего в 20-30 см и продолжительностью 60 дней и более. Гибель этих деревьев происходит со второго лета при глубине затопления 50 см в первое лето и 30 см во второе лето, при продолжительности затопления 100 дней и более в первое лето и свыше 40 дней - во второе.
Выносливость различных древесных пород к затоплению обнаруживает изменения соответственно условиям среды, в которой они произрастали. У некоторых видов это свойство изменяется в зависимости от возраста. От затопления не будет угнетения и отмирания деревьев, если:
- затопление будет кратковременным;
- затопление будет происходить до пробуждения растений от зимнего покоя или в начале этого пробуждения, до интенсивной жизнедеятельности;
- наследственность деревьев, произраставших в пойме, выработавшаяся в результате всего предшествующего развития, не была в противоречии с фактором ежегодного весеннего затопления талыми водами.
Анализ современного состояния подтопленных земель на водохранилищах Ангары свидетельствует о необходимости более адекватного их выделения и подготовки к режиму периодического переувлажнения. Важность предварительной подготовки земель обусловлена тем, что практически все виды древесных, кустарниковых, кус-тарничковых, полукустарничковых, травянистых растений и мхов, слагающие лесные фитоценозы, сформировали эти сообщества в иной экологической ситуации и не выносят гипоксии. Поэтому все древостои, редины и в целом аборигенную древесную растительность целесообразно вырубать не только «посуху» при лесосводке, но и с воды в первые 3-5 лет после затопления.
В зоне подтопления необходимо назначать в рубку древостои, затопляемые вследствие выхода грунтовых вод в замкнуто-пониженных участках, среди них в первую очередь ельники, затем сосняки и лиственничники, и, наконец, лиственные насаждения всех эксплуатационных возрастов. Далее назначаются в рубку последовательно: спелые, приспевающие и средневозрастные насаждения ели заболоченных типов леса, затем сосны, лиственницы и лиственных пород
36
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
тех же возрастов и типов леса, которые резко снизят прирост и вряд ли могут перестроить в этом возрасте свою экологию применительно к новым условиям обитания. Затем объектом рубок главного пользования будут спелые древостои последовательно в типах леса: сложных, кисличниках, зеленомошниках, брусничниках. Рубки ухода в подтопляемых насаждениях должны носить реконструктивный характер.
Объектом ухода должны стать более устойчивые породы в смешанных молодняках, которые легче приспосабливаются к изменившемуся гидрологическому режиму и могут в дальнейшем увеличить прирост. В таких условиях в первую генерацию целесообразно воспитание лиственных древостоев. На площадях умеренного подтопления возможно и воспитание хвойных. В мо-лодняках ели и особенно сосны для повышения продуктивности должны удаляться высоковозрастные деревья: оставленный тонкомер бывшего поколения леса, первоселы.
Негативные последствия неполной или выборочной лесосводки в ложе водохранилищ хорошо известны. Они обусловлены отмиранием затопленного леса, длительным разложением древесины, засорением берегов и акватории водохранилища и ухудшением качества воды. Экологически безопасные и чистые водохранилища невозможны без лесосводки и уборки древесной массы из их ложа, поскольку затопленный лес и древесина являются основными поставщиками биохимических загрязнителей воды.
В лесных экосистемах Приангарья после лесосводки и лесоочистки происходит очень быстрое лесовосстановление и формирование молодых поколений древостоев, также интенсивно зарастают лесом неиспользуемые сельхозугодья. В приплотинной части ложа Богучанской ГЭС и на других участках, с которых начиналась лесосводка, к настоящему времени сформировались молодняки, чей ежегодный прирост составляет ориентировочно 3 м3/га.
Подсчеты показывают, что запасы древесины на залесенной части будущего водохрани-
лища за 10 лет могли увеличиться на 1 млн м3. Помимо очистки ложа водохранилища, необходимо также проводить работы по поддержанию и улучшению водоохранных и берегозащитных функций лесов.
Нецелесообразно оставлять перестойные и высоковозрастные древостои и деревья на берегах в качестве берегозащитных, особенно примыкающих к урезу воды широких частей водохранилища. Обычно такие древостои не адаптированы к ветровому режиму обширных акваторий и подвержены ветровалу, способствующему разрушению и засорению берегов. Подобные мероприятия требуются и в старовозрастных водоохранных лесах, теряющих водорегулирующие функции. Они начинают отмирать вследствие изменения гидротермического режима почв, ветровой и радиационной ситуации опушечных зон.
В целом стратегия сведения к минимуму неблагоприятных последствий воздействия гидротехнического строительства на лесные экосистемы заключается в использовании эффектов адаптивной перестройки молодых ценозов в процессе их формирования на месте старых древос-тоев и естественного отбора наиболее устойчивых популяций древесных растений к изменившимся экологических условиям.
Библиографический список
1. Макаревич, В.Н. Несколько наблюдений над сухопутными растениями в зоне подтопления и периодического затопления Рыбинским водохранилищем / В.Н. Макаревич // Ботанический журнал. - 1956. - Т. 41. - №11. -С. 1617-1652.
2. Прогноз и оценка состояния водной и наземной экосистем и медико-биологической обстановки под воздействием Богучанской ГЭС с НПУ 185 м//Отчет СКТБ «Наука», руководитель В.Ф.Шабанов. Красноярск, 2004.- 112 с.
3. Савельев, В.А. Проблемы межотраслевых взаимоотношений при использовании водных ресурсов на Ангарском каскаде и пути их решения / В.А. Савельев, В.М. Маслов, А.А. Якимов // Проблемы комплексного использования водных ресурсов ангарских водохранилищ: Материалы 4-го международного научно-практического семинара «Управление водными ресурсами бассейна р. Ангары» (29 февраля - 1 марта 2000 г, г. Иркутск). - М., 2000. - 130 с.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
37
