CC BY
63
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2018, том 24, № 4 (77), с. 3-18
————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ —==———
УДК 631.671
ВЛИЯНИЕ ЗАРЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЧНОГО СТОКА И ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА НА ДИНАМИКУ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ НИЖНЕЙ ВОЛГИ1
© 2018 г. Ж.В. Кузьмина*, С.Е. Трешкин**, С.С. Шинкаренко***
*Институт водных проблем РАН Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3. E-mail: [email protected] ** Федеральное агентство научных организаций Россия, 119334, г. Москва, Ленинский просп., д. 32а. E-mail: [email protected] ***Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН Россия, 400062, г. Волгоград, Университетский просп., д. 97. E-mail: [email protected]
Поступила 15.02.2018
Работа является продолжением серии статей в журнале «Аридные экосистемы» о комплексных экологических исследованиях в бассейне Нижней Волги, начатых в 2014 г. с целью изучить современное состояние наземных экосистем и выявить тенденции трансформации природной среды и ответных реакций наземных экосистем под воздействием изменения климата и антропогенных факторов. Работы проводились по собственной оригинальной двухэтапной методике оценки нарушений в наземных экосистемах при изменении обводненности территории. На первом этапе устанавливалось наличие возможных изменений в обводненности территорий по анализу изменений многолетних климатических и гидрологических данных. На втором этапе происходила оценка степени нарушений экосистем и ландшафтов по совокупности различных биологических показателей. Для Низовьев Волги выявлены основные причины изменения абиотических (гидролого-климатических) компонентов экосистем, влияющих на трансформацию ландшафтов. Определены основные причины изменения отдельных компонент наземных экосистем, связанные с повышением расходов зимней межени и зимними сбросами, которые наряду с климатическими изменениями способствуют увеличению оглеения почв по всему профилю и деградации пойменных экосистем. Ключевые слова: расход зимней межени, уровень грунтовых вод, оглеение почв, пойменные экосистемы, динамика растительности, степень нарушенности экосистем. DOI: 10.24411/1993-3916-2018-10030
Ожидание большого экономического эффекта от полного зарегулирования речного стока Волги омрачилось возникновением множества экологических проблем по всему бассейну реки.
Сегодня все возникшие негативные последствия экологических проблем бассейна Нижней Волги в связи с гидротехническим строительством каскадов плотин (Болгов и др., 2017; Кривошей, 2015), региональной и локальной антропогенной деятельностью (Отчет ..., 2002; Стратегия ..., 2009; Анализ ..., 2010; Овчарова, 2016) осложняются проявлением последствий изменений климата (Оценочный ..., 2008; Второй оценочный ..., 2014; Георгиади, Милюкова, 2012; Кузьмина, Трешкин, 2014, 2017 б, в; Кузьмина и др., 2015).
До настоящего времени в бассейне Нижней Волги нет единой концепции изучения водно-экологических проблем, связанных с зарегулированием стока и другими видами антропогенного воздействия. В целом изученность разных компонентов экосистем и ландшафтов достаточно слабая, часто однобокая. Нет возможности сравнить современное состояние сообществ с историческими
1 Работа выполнена по теме НИР фундаментальных исследований ИВП РАН за 2018-2019 гг. «Моделирование и прогнозирование процессов восстановления качества вод и экосистем при различных сценариях изменений климата и антропогенной деятельности» (№ 0147-2018-0002) № государственной регистрации АААА-А18-118022090104-8, а также в рамках Государственного задания ФНЦ агроэкологии РАН (регистрационный номер АААА-А16-116122010038-9).
периодами до зарегулирования стока, поскольку ранее подобных экологических исследований не проводилось. Полностью отсутствует совершенно необходимый мониторинг состояния экосистем в разных районах бассейна Нижней Волги (Отчет ..., 2002; Стратегия ..., 2009; Анализ ..., 2010 и др.).
Современная интенсивность климатических изменений, не говоря уже об усиливающейся антропогенной нагрузке, способна привести не только к изменению стока Волги и значительным колебаниям уровня Каспия. Возможна полная смена ландшафтно-хозяйственного потенциала многих освоенных территорий, а на землях, менее затронутых хозяйственной деятельностью, будут происходить необратимые изменения ландшафтов, которые могут привести к утрате потенциала и разнообразия экосистем и их компонентов, потере качества и количества грунтовых и поверхностных вод. Снижение сельскохозяйственной значимости территорий особенно опасно в аридных условиях нижнего течения Волги - в долине реки ниже г. Волгоград.
Материалы и методы
Для более полного понимания физико-географических процессов и тенденций в регионе (пойма и дельта Волги ниже г. Волгоград) территория исследований в соответствии с гидрологическими и геоморфологическими различиями была разбита на четыре геолого-геоморфологических района (Кузьмина, Трешкин, 2017 б, с. 24, рис. 1): 1 - Волго-Ахтубинская пойма в зоне влияния нижнего бьефа Волгоградского водохранилища (от г. Волгоград до пос. Черный Яр), 2 - центральная часть Волго-Ахтубинской поймы (от пос. Черный Яр до г. Астрахань), 3 - дельта р. Волги (южнее и юго-восточнее г. Астрахань до протоки Бахтемир) и 4 - западные подстепные ильмени (западная часть дельты р. Волги, западнее протоки Бахтемир). В этих районах гидрологические условия различны. В первом районе преобладает обсыхание поймы и резкое заглубление грунтовых вод. Во втором районе основное воздействие оказывает сокращение высоты и сроков весеннего заливания поймы. В третьем (дельтовом) районе преобладает подтопление во все сезоны года в связи с поднятием уровня Каспия. Четвертый район полностью антропогенно зарегулирован, а поверхностное (условно-естественное) затопление совершенно отсутствует.
В каждом из 4-х выделенных гидролого-геоморфологических районов натурные исследования были организованы на постоянных (от одного до трех) модельных инструментальных ландшафтных профилях. Они закладывались перпендикулярно основному руслу реки протяженностью от 500 м до 2 км. На профилях проводились постоянные подробные описания модельных экосистем и ландшафтов, которые включали: геоботанические описания; морфологическое описание почвенных разрезов (шурфов), заложенных до глубины грунтовых вод; измерение глубины залегания безнапорных грунтовых вод и открытой водной (свободной) поверхности водных объектов (рек, каналов, водохранилищ, озер), отбор образцов воды и почв для дальнейших химических исследований (рН водный, общее засоление в %, анионно-катионный состав водной вытяжки2). Исследования проводились в меженный период (август) 2014-2015 и 2017 гг. во всех выделенных гидролого-геоморфологических районах.
Вся исследовательская часть работы, включая мониторинг, проводилась по разработанной собственной двухэтапной методике оценки динамических нарушений в экосистемах и ландшафтах (Кузьмина, Трешкин, 2014, 2017 в, а) в связи с климатическими и гидрологическими изменениями (рис. 1).
Первый этап методики проводился камерально на основе анализа результатов статистической обработки многолетних климатических и гидрологических данных для установления возможности наличия изменений в ландшафтах и экосистемах по антропогенным (гидротехническим) и/или климатическим причинам (Кузьмина, Трешкин, 2014; 2017 в):
• выявлялось наличие (или отсутствие) трендов основных метеорологических (средней, максимальной, минимальной температуры воздуха и осадков) и гидрологических (максимальный, минимальный, средний расход и уровень воды) характеристик за весь многолетний период;
• оценивалась величина изменений в регионе для каждой отдельной климатической и гидрологической характеристики по разработанному нами относительному коэффициенту
2 Определение общего засоления, анионно-катионного состава и рН почвенных образцов было выполнено в ФГБНУ "Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия" (ВНИИОЗ).
изменений (ОКИ, %) основных метеорологических и гидрологических характеристик; оценивалось изменение совокупного одновременного влияния двух основных метеорологических характеристик (средней температуры воздуха и осадков) для установления многолетней динамики влажностно-температурного режима в настоящем (по Индексу засушливости Педя1) и в будущем (по предлагаемому модифицированному Индексу засушливости Педя2; устанавливалось наличие (или отсутствие) климатических или гидрологических изменений в ландшафтах (регионе) по совокупному анализу всех полученных результатов.
Рис. 1. Алгоритм двухэтапного выполнения «Методики оценки нарушений в наземных экосистемах и ландшафтах при изменении обводненности территорий».
На втором этапе методики (Кузьмина, Трешкин, 2017 а) - полевом - происходит оценка
степени трансформации экосистем и ландшафтов в результате изменения обводненности территорий
по биологическим показателям (для каждого разработано пять градаций: без нарушений, слабые,
средние, сильные нарушения и полная деградация). Оценивалось (рис. 1):
• изменение структурной организации (по наличию и качественному изменению ярусной структуры сообщества);
• наличие в сообществе видов-индикаторов изменения водного режима территории (по присутствию/отсутствию и общему количеству видов);
• количественная композиция видов-индикаторов (по обилию);
• качественное и количественное проявление видов-индикаторов изменения обводненности территорий (по обилию и проективному покрытию);
• изменение кормовой ценности для луговых сообществ (по количественным показателям участия сорнотравья в составе сообществ);
• количественные изменение видового разнообразия в сообществе (по изменению общего состава видов сообщества) за многолетний период;
• качественные изменения видового разнообразия в сообществе (по наличию видов экологической приуроченности к разным биотопам) за многолетний период;
• флуктуационная изменчивость сообществ (по соотношению присутствия % постоянных видов от ежегодной флоры и % постоянных видов от многолетней флоры).
Выводы, полученные из камерального анализа статистических гидролого-метеорологических данных и полевых экспедиционных экологических материалов, дополнительно проверялись картографическими методами (рис. 2) с использованием анализа серии космоснимков за разные годы и сезоны по ранее успешно примененной методике оценки динамики затопления для Волго-Ахтубинской поймы (Рулев и др., 2017). В рамках этой методики границы водных объектов определялись по спутниковым снимкам Landsat 8 и Sentinel-2 пространственным разрешением 30 м и 20 м соответственно (Сервис загрузки ..., 2018). Водные объекты выделялись классификацией красного и ближнего инфракрасного каналов (максимум поглощения водой) с помощью модуля Semi-Automatic Classification Plugin для программы QGIS. Полученные векторные полигоны загружались в программу QGIS 2.14, где их границы корректировались, исходя из визуального контроля по панхроматическому каналу и цветовым RGB-композитам. Также для визуального контроля использовались космоснимки высокого разрешения "WoridView-2" Data © DigitalGlobe, Inc. геосервиса Google «Планета Земля» за 28 мая и 13 октября 2016 г. (Геосервис ..., 2018). Картографические материалы приводятся в системе координат СК 42, проекция Гаусса-Крюгера (зона 8).
Гидрологические данные для анализа расходов в Низовьях Волги (г.п. Волгоград) были взяты из работы А.Ю. Овчаровой (2016), из «Схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Волга» (2015), а также с сайта Оперативных гидрологических данных РусГидро (Изменения уровней водохранилищ ГЭС РусГидро, 2018).
В соответствии с разработанной нами двухэтапной методикой (Кузьмина, Трешкин, 2014, 2017 в, а) оценки нарушений в экосистемах для выявления динамических изменений в ландшафтах и экосистемах необходимо установить наличие общих изменений для их абиотических компонент -климатической и гидрологической. Климатические изменения в Низовьях Волги были рассмотрены нами ранее (Кузьмина, Трешкин, 2014). Основные тенденции изменения климата, влияющие на динамику экосистем, связаны в этом регионе с увеличением средней и минимальной температур воздуха при повышении выпадения атмосферных осадков как в целом за год, так и, особенно, зимой и весной. Поэтому первой тенденцией климатических изменений в регионе является потепление зимой при увеличении осадков, особенно в виде снега. Однако вторая тенденция - увеличение аридизации в летний и осенний сезоны года за счет формирования сильных засух летом и чуть более слабых засух - осенью (Кузьмина, Трешкин, 2014).
Необходимо отметить, что тенденция потепления и увеличения осадков в зимний и осенний период характерна также для бассейна Верхней Волги, где начинается формирование стока реки. При этом летом и весной в бассейне Верхней Волги на фоне потепления будет также ощущаться недостаток атмосферного увлажнения (Кузьмина, Трешкин, 2018). Несмотря на это в отличие от Нижней Волги, в бассейне Верхней Волги климатические изменения в общем годовом цикле носят характер гумидного потепления, которое способствует заболачиванию территорий, повышению и стабилизации грунтовых вод, интенсификации глеевых процессов в почвах (Кузьмина, Трешкин, 2018). Подъем грунтовых вод к поверхности и расширение площади переувлажненных земель фиксируется также в Северном Прикаспии и других регионах южной части России (Оценочный ., 2008; Второй оценочный ..., 2014; Кузьмина, Трешкин, 2014). В целом, для бассейнов Верхней и Средней Волги - области формирования стока Низовьев Волги, прогнозируется увеличение водности реки в связи с климатическими изменениями (Водные ресурсы ., 2008; Схема ., 2015).
Результаты и обсуждение
За последние 20 лет 2015 г. был годом наименьшей водности для низовьев Волги, т.е. отличался минимальными среднегодовыми и очень низкими максимальными расходами воды (рис. 2 б, рис. 3). 2014 год следует рассматривать как год близкий к средней водности (рис. 2 а, рис. 3). В тоже время 2017 год в Низовьях Волги был многоводным (рис. 2 г, рис. 3). Среднегодовые расходы за 2017 год были повышены за счет практически непрерывных сбросов воды из Волгоградского водохранилища, начавшихся весной в половодье и продолжавшихся, практически не прерываясь, по конец августа 2017 г. При этом 2016 г. также можно отнести к годам многоводной серии (рис. 3).
Таким образом, в год минимальной водности (2015 г.) половодьем и паводками абсолютно не затапливались все три уровня поймы: низкой, средней и высокой (рис. 2 б), в то время как в
Рис. 2 а, б, в, г, д, е. Расположение экологического профиля «Соленое Займище» (д, е) и изменение уровней поверхностного заливания в основной - пойменной его части в период исследований: в 2014 (а), 2015 (б), 2016 (в) и 2017 (г) годах во втором гидролого-геоморфологическом районе Низовьев Волги. Условные обозначения: 1-7 - положение поверхностных вод в разные сроки затопления поймы: а) 15.05.2014 (1), 25.06.2014 (2), 11.07.2014 (3), 12.08.2014 (4), 04.09.2014 (5),
31.10.2014 (7); б) 27.05.2015 (1), 03.06.2015 (2), 14.07.2015 (3), 15.08.2015 (4), 16.09.2015 (5),
02.10.2015 (7); в) 27.05.2016 (1), 06.07.2016 (2), 16.07.2016 (3), 15.08.2016 (4), 28.08.2016 (5),
04.09.2016 (6), 04.10.2016 (7); г) 01.06.2017 (1), 21.06.2017 (2), 04.07.2017 (3), 03.08.2017 (4),
13.08.2017 (5), 12.09.2017 (6), 09.10.2017 (7); 8 - реперные точки; 9 - модельные точки; 10 - дамба; 11 - направление профиля; 12 - горизонтали через 2 м.
Рис. 3. Многолетние изменения средних максимальных и минимальных расходов в Низовьях Волги (гп. Волгоград) за 1914-2017 гг.
многоводные годы (2016-2017 гг.) в пойменной части исследуемого профиля «Соленое Займище», расположенного во втором гидролого-геоморфологическом районе, затапливались все три пойменные уровня, при этом, конечно, верхняя пойма лишь частично (только ее наименьшие высоты), а на уровнях нижней поймы и в понижениях средней поймы в 2017 г. вода стояла до середины августа (рис. 2 г.).
Общую оценку гидрологическим изменениям произошедшим в Низовья Волги (гп. Волгоград), которые влияют на динамику экосистем и ландшафтов, можно дать по разработанному нами относительному коэффициенту изменений (ОКИ), применяемому к анализу климатических и гидрологических данных. Он рассчитывается как отношение модуля изменения трендовых значений параметра (температуры, осадков, расходов, уровней) за многолетний период к модулю амплитуды колебания фактических (измеренных) значений этого параметра в многолетнем аспекте:
ОКИ =
Р С-)" р «1
100%
РР«п )
где ~ ч*1 у и - начальные и конечные значения линейного тренда (при его наличии с
достоверной значимостью и г>|0.з|для сильно меняющихся гидролого-климатических данных)
оцениваемого параметра (температуры, расхода и др.), а ^тах и - максимальные и минимальные фактические (измеренные) значения этого параметра за многолетний период (Кузьмина, Трешкин, 2014, 2017 в). Относительный коэффициент изменений (ОКИ) для максимальных расходов реки Волги за многолетний период с 1914 по 2017 год составил 20% от возможных. Несмотря на достаточно значительные гидротехнические преобразования и влияние климата, изменения, произошедшие с максимальными расходами полых вод за последние 100 лет, относятся к слабым, т.е. ко второму классу, учитывая, что ОКИ имеет 4 градации (минимальные - изменение параметра составило 0.1-14% от возможных; слабые - изменение составило 15-30%; средние - изменение составило 31-50%; максимальные - изменение составило 51-100%). Также к слабым изменениям второго класса (ОКИ 21% от возможного) относятся изменения в сокращении амплитуды колебания расходов в многолетнем аспекте. В то время как ОКИ меженных расходов за этот же период относятся к максимальным, составляя 61% от возможных для общего годового цикла и 60% для расходов зимней межени. Как видно из рисунка 4, в динамике минимальных расходов летней и зимней межени существует приоритет изменений зимой. Для летнего периода не отмечается тренда
и
изменений меженных расходов (рис. 4). Таким образом, для динамики экосистем более значительными в настоящее время будут нарушения в связи с повышением меженных годовых расходов за многолетний период (61%), к которым в первую очередь относится увеличение расходов зимней межени (60%), при этом, конечно, сокращение объемов весенне-летнего половодья (20%) также вносят свою лепту в изменения гидрологического режима реки, влияющих на трансформацию экосистем.
Рис. 4. Многолетние изменения минимальных значений расходов летней и зимней межени Нижней Волги (гп. Волгоград) за 1914-2017 гг.
Поскольку в первом выделенном гидролого-геоморфологическом районе, находящемся в непосредственной зоне влияния Волгоградской ГЭС, изменения экосистем рассмотрены достаточно полно не только в нашей предыдущей работе (Кузьмина и др., 2015), но и в научных публикациях других авторов (Отчет ..., 2002; Стратегия ..., 2009; Анализ ..., 2010; Овчарова, 2016; Рулев и др., 2017), остановимся более подробно на двух следующих гидролого-геоморфологических районах -втором и третьем, значительно слабее представленных в экологической научной литературе.
Рассмотрим второй комплексный экологический инструментальный профиль (рис. 5, рис. 2 а-д; 47° 53' 04.1"-47° 52' 47.4" с.ш., 46° 11' 02.6"-46° 10' 46.3" в.д.) и модельный участок № 2 (рис. 2 е), расположенные в урочище «Соленое Займище» на правом берегу р. Волги. Всего на 2-ом модельном участке (рис. 2 е) для мониторинга экосистем были заложены 14 модельных геоботанических площадок и 4 почвенных разреза (до УГВ), из них 11 геоботанических площадок и 3 почвенных разреза были повторно обследованы во все годы исследований. На пойменной части экологического профиля № 2 (рис. 2 д) было выбрано два модельных почвенных разреза и 7 модельных геоботанических площадок. В прирусловой части поймы (0-230 м по профилю, рис. 5) - перед дамбой было заложено 5 модельных г/б площадок на разных уровнях поймы и 1 разрез (р. 4, рис. 5) -в понижении средней поймы, что соответствует первому пойменному уровню или низкой пойме. На отчлененной двумя дамбами пойменной территории, которая испытывает регулируемое затопление и относится ко второму пойменному уровню или средней пойме было заложено 3 постоянных г/б площадки и 1 модельный почвенный разрез (р. 3, рис. 5).
Нивелировка грунтовых и поверхностных вод в исследуемых разрезах, периодически заливаемых старицах и антропогеннорегулируемых затопленных меандрах в летний меженный период разных по водности лет (среднего/2014/, минимального /2015/ и максимального/2017/) показывает абсолютно правильное (не нарушенное) направление уклона грунтовых вод (ГВ) - от борта коренной террасы к руслу реки Грачевка, чье устье в 700 м С конца профиля впадает в реку Волга (рис. 2 е). Как видно из
рисунка 2 (а, в, г), поемное затопление в вегетационный период данного модельного участка «Соленое Займище» происходит в целом достаточно регулярно, за исключением маловодных лет (рис. 2 б), когда наступает полное пересыхание даже антропогеннорегулируемых ериков.
Таким образом, во втором гидролого-геоморфологическом районе - в центральной части Волго-Ахтубинской поймы, в маловодные годы в вегетационный период абсолютно не затапливается даже низкая пойма, т.е. первый пойменный уровень, который в естественных условиях (без зарегулирования стока водохранилищами) должен затапливаться ежегодно. В тоже время, как видно по результатам космического дешифрирования (рис. 2 в, г; рис. 5), даже в многоводные годы третий пойменный уровень - верхняя пойма, также практически не затапливается. На уровнях верхней поймы в многоводные годы затапливаются только бывшие меандровые понижения или слегка сниженные поверхности. В тоже время колебания уровня грунтовых вод в пойме для маловодных и многоводных лет на одних и тех же уровнях поймы (в модельных разрезах) составляет менее 270 см (рис. 5), в то время, как в естественных условиях для данного района на основании высотных отметок пойм различного уровня по данным В.А. Кривошей (2015) оно должно составлять 3.6-5.7 м.
Рис. 5. Положение грунтовых и поверхностных вод в летнюю межень 2014-2017 гг. на экологическом профиле № 2 «Соленое займище» на правом берегу р. Волги во 2-ом гидролого-геоморфологическом районе - в центральной части Волго-Ахтубинской поймы. Условные обозначения: 1 -инструментальный рельеф поймы реки на участке профиля; 2-4 - уровень воды (УВ) в основном русле реки Волги и в старицах 14.08.2014 (2), 13.08.2015 (3) и 10.08.2017 (4); 5-7 - уровень грунтовых вод (УГВ) на местности и в почвенных разрезах (р. 3, р. 4) 14.08.2014 (5), 13.08.2015 (6) и 10.08.2017 (7); 8-10 - линейные тренды (с их математической формулой, коэффициентами корреляции и достоверностью) фактического УГВ в пойме 14.08.2014 (8), 13.08.2015 (9) и 10.08.2017 (10).
Это говорит о том, что нарушения в экосистемах во 2-ом гидролого-геоморфологическом районе в основной вегетационный период, в первую очередь, связаны с сокращением амплитуды колебания расходов и уровней воды в реке, что определяет сокращение заливания а также сокращение амплитуды колебания уровней грунтовых вод в пойме. Учитывая, что в настоящее время расходы и уровни воды в летнюю и зимнюю межень практически сравнялись (рис. 4) из-за сильного тренда повышения расходов зимней межени, то для экосистем это будет означать выравнивание или
значительную стабилизацию положения грунтовых вод в пойме в годовом цикле для рассматриваемого района. Т.е. фиксируется редукция поемного режима (для которого характерны сильные колебания в поверхностном и грунтовом увлажнении) в сторону образования более стабильных почвенно-грунтовых условий существования экосистем. В настоящее время амплитуда колебания почво-грунтового увлажнения в этом районе сократилось ровно в 2 раза по сравнению с естественными условиями. Стабилизация грунтовых вод косвенно подтверждается проникновением в пойму, особенно на средний ее уровень и сниженные участки верхней поймы, ясеня (Fraxinus excelsior) и клена американского (Acer negundo), которые ранее были не характерны для пойменной растительности Низовьев Волги. Проникновение этих видов деревьев, особенно на пойменные местообитания в Западной Европе связывают с полным зарегулированием рек и стабилизацией уровня грунтовых вод в годовом цикле (Кузьмина, 2007).
Необходимо отметить, что на двух разных пойменных участках профиля «Соленое займище» (в прирусловой части поймы (0-230 м по профилю, рис. 5) - перед дамбой и во внутренней части средней поймы отчлененной дамбами (260-635 м по профилю, рис. 5)) основное влияние оказывают разные процессы. В прирусловой пойме (0-230 м) экосистемы существуют в условиях средней зарегулированности стока и испытывают влияние только вышерасположенного каскада плотин (от г. Вогоград). В центральной части поймы отчлененной плотинами (260-635 м), экосистемы существуют в условиях полностью зарегулированного заливания. В прибрежной части прирусловой поймы на участках повышений средней поймы (0-80 м, рис. 5) и бывшей верхней поймы (115-170 м, рис. 5) отмечается существенное снижение жизненности ивовых из Salix alba (на средней пойме; г/б оп. № 6/2014/2015/20173 - 47° 53' 03.7" с.ш., 46° 11' 01.1"в.д.) и тополевых из Populus nigra (на верхней пойме; г/б оп. № 8/2014/2015 - 47° 53' 04.1" с.ш., 46° 10' 56.8" в.д.; г/б оп. № 9/2014 -47° 53' 16.7" с.ш., 46° 10' 58.0" в.д., р. 5/20144, УГВ>3.5 м) древостоев, которое вызвано заглублением ГВ и сокращением половодья в вегетационный период. Среди негативных характеристик этого процесса отмечается: суховершинность 80-90% деревьев (на 1/3-2/3 ствола сверху), появление сердцевинной гнили у 30-80% древостоев, отсутствие семенного возобновления, очень слабое порослевое возобновление (5%), разреживание сообществ в связи с гибелью и выпадением многих экземпляров деревьев, сокращение сомкнутости крон до 0.1-0.4, сокращение ярусности сообществ (до двух - древесного и травяного).
В исследуемом районе для участков древостоев на выположенных территориях средней поймы в последнее время очень существенным дестабилизирующим фактором становятся нетипичные зимние затопления и повышение зимней межени в многолетнем аспекте. Учитывая существенное потепление, особенно в зимний период (Кузьмина,Трешкин, 2014), а также возможное в связи с этим сокращение промерзания почв, что установлено нами для бассейна Верхней Волги (Кузьмина, Трешкин, 2018), зимние затопления участков низкой и средней поймы (когда стволы деревьев заливаются на период до 1-1.5 зимних месяцев (с января по март) на высоту от 0.3 до 2.75 м) способствуют активизации круглогодичных процессов оглеения в почвах при замедлении процессов их обсыхания, поскольку вслед за зимним затоплением практически сразу, спустя один-два холодных месяца (март, апрель), еще не обсохнув, поймы рассматриваемого района снова подвергаются, теперь уже, весенним затоплениям (с апреля-мая). Поэтому в почвах средних и низких уровней поймы (р. 8, р. 7) модельного участка «Соленое Займище» под тополевым лесом низкой жизненности (г/б оп. № 11/2014/2015/2017 - 47° 52' 50.1" с.ш., 46° 12' 52.9"в.д., р. 8/2015/2017, УГВ2015=290 см, УГВ2017=141 см) и луговым сообществом (г/б оп. № 12/2014/2015 - 47° 51' 27.5" с.ш., 46° 13' 03.0"в.д., р. 7/2015, УГВ2015=150 см, в 2017 г. покрыт водой) были описаны почвы для которых оглеенные в разной степени горизонты в наиболее сухой 2015 год (при полным отсутствии весенне-летних затоплений) встречались уже с поверхности: с глубины 1.5-7 см (в Аа оглеение слабоконтрастное до 10% по фону) и 7-27 см (в А1 оглеение среднеконтрастное до 35% по фону) для разреза 8 на средней пойме, а также с глубины 0-3 см (в А0 оглеение слабоконтрастное до 15% по фону ) и 3-8 см (в А1 оглеение слабо- и среднеконтрастное до 40% по фону) для разреза 7 на низкой пойме. При этом, естественно, что в год максимальной водности (2017 г.) более интенсивно оглеенные горизонты в
3 г/б оп. № 6/2014/2015/2017 - геоботаническое описание № 6, выполненное в 2014, 2015 и 2017 гг.
4 р. 5/2014 - почвенный разрез № 5, выполненный в 2014 г.
почвах средней поймы встречались уже с самой поверхности - с глубины 0.5-9 см (в Ai оглеение слабоконтрастное до 50% по фону). В 2017 г. в рассматриваемом разрезе 8 с глубины 9-15 см оглеение слабо- и среднеконтрастное достигало уже 65% по фону, нарастая по силе и интенсивности (80%) до глубины 38 см. После чего, на глубине 38-68 см оглеение начинало спадать до слабоконтрастного в 45% и далее до 35-40% в горизонте 68-76 см. Однако с глубины 77 см оглеение вновь нарастало и становилось среднеконтрастным, местами до сильноконтрастного, особенно в глинистых прослоях толщиной 0.3-0.7 см, часто чередующихся с песчаными в нижележащих горизонтах почвы. До глубины 135 см среднеконтрастное размытое оглеение достигало уже 60-65% по фону. УГВ в 2017 г. в разрезе 8 вскрывался с глубины 141 см. Таким образом, нарастание интенсивности оглеения до глубины 38 см, а затем его падение до глубины 77 см говорит о длительной поверхностной стадии оглеения (т.н. «висячие глеевые горизонты»), связанной с сезонными изменениями. Отсутствие сильновыраженного грунтового оглеения на глубине вскрытия ГВ в 2017 г. указывает на то, что зарегистрированное стояние ГВ не является характерным для данного участка и длится не очень долго. В 2015 г. в этом же модельном разрезе УГВ вскрывался с глубины 290 см, а горизонт грунтового оглеения (сизо-голубого сильноконтрасного до 100% по фону) располагался с глубины 230 см. В то же время, в 2017 г. на низкой пойме разрез 7 был полностью затоплен паводковыми водами еще с зимы, т.е. с января 2017 года.
В рассматриваемом районе тополевые леса, широко распространенные по уровням среднего и высокого уровня поймы, все представлены сообществами слабой жизненности. В качестве наиболее характерного можно рассмотреть уже упоминавшийся ранее тополевник у разреза 8 (г/б оп. № 11), который в 2014 году представлял собой погибающий средневозрастный разреженный древостой высотой 17-25 м, с жизненностью в 2-3 балла (по пятибалльной шкале жизненности; Кузьмина, Трешкин, 2017 а, с. 166), с сомкнутостью крон 0.3, со средним диаметром стволов 47 см (от 25 до 70 см), с очень усеченной редуцированной кроной ^кроны=2х3 м) и суховершинностью от 1/5 до 4/5 ствола для всех без исключения 15 еще живых деревьев, рядом с которыми было отмечено 3 полностью усохших экземпляра с диаметрами 19, 27 и 31 см. Помимо этого 30% стволов были поражены сердцевинной гнилью. Сообщество во все годы обследования имело только два яруса -древесный и травяной, последний с очень низкой высотой травостоя (15-20, 25-30 и 20-30 см в 2014, 2015 и 2017 гг.) и малым проективным покрытием (10, 45 и 35% в 2014-2017 гг. соответственно) для такого осветленного леса в середине августа. При этом стравливания или другой прямой антропогенной деятельности на участке не отмечалось. Следует заметить, что к 2017 году на этом модельном участке площадью 20x20 м сохранилось только 9 живых деревьев с суховершинностью от 1/5 до 1/4 ствола. При этом единственное молодое дерево ясеня (Fraxinus excelsior) высотой 15 м, диаметром ствола 20 см и с более высокой жизненностью (4-5 балла) за все годы исследований постоянно давало довольно обильные всходы (от 20 штук на всю площадь до 22 штук на 1 м2) высотой 5-20 см. Однако нигде не было отмечено более высокого подроста ясеня, что связано, скорее всего, с его ежегодной гибелью. Весенне-летнее затопление на данном участке в 2016 году было довольно кратким - до 2-х недель, но на очень значительную высоту - 272 см от поверхности почвы, в то время как в 2017 г. оно было не таким высоким - только 35 см, однако более длительным и продолжалось более 2-х месяцев. Причем в 2015 г. весенне-летних затоплений на этом участке не было совсем. Несмотря на то что доминанты в травяном покрове за три года обследований изменялись незначительно (Ass. 2014. Populus nigra-Carex melanostachya+Xanthium albinum ^ Ass. 2015. Populus nigra-Elytrigia repens+Carex melanostachya ^ Ass. 2017. Populus nigra-Carex melanostachya) и лишь в наиболее засушливом 2015 г. к ним добавился пырей, общее видовое разнообразие высших растений в этой экосистеме снизилось заметно - в 1.7 раза (по 26 видов в 20142015 гг. и 15 в 2017 г.). Плохое состояние тополевого леса и угнетенное состояние травяного покрова полностью объясняется сильным и постоянным оглеением почв по всему профилю и, особенно, его верхних горизонтов. Известно, что глей токсичен для корневой системы растений и, образуясь в верхних почвенных горизонтах, приводит к ее интоксикации и отмиранию. Это чрезвычайно гибельно сказывается на древесно-кустарниковых видах растений, которые не могут распространять свои корни по самой поверхности почвы, наименее подверженной процессу оглеения. Несмотря на довольно плачевное состояние рассматриваемого тополевника, оценка динамических нарушений в экосистемах при нарушении обводнения по разработанному нами методу (Кузьмина, Трешкин,
2017 а) показала лишь третью (из пяти) - среднюю степень нарушения экосистем. Это означает, что даже при современном состоянии гидротехнических воздействий, связанных с зарегулированием стока реки Волги, состояние данной экосистемы может быть улучшено и стабилизировано за счет проведения локальных гидро- и лесотехнических мероприятий, что для улучшения состояния рассмотренной экосистемы пока еще не нужно изменять гидрологический режим реки. Среди локальных мероприятий может быть и обвалование территории, и организация дополнительного дренажа, для быстрого сброса поверхностных вод, особенно зимой, чтобы осуществить более длительный период обсыхания данного пойменного участка.
Травяные луговые экосистемы часто испытывают даже более сильные нарушения (3-ей и 4-ой степени) по сравнению с древесными. И причина этих нарушений также более тесно связана с зимними затоплениями и повышением уровней и расходов зимней межени. Так, сорнотравно-дурнишниковый луг (г/б оп. № 12/2014-25/2015 - 47° 52' 45.3" с.ш., 46° 13' 31.5"в.д., р. № 7, УГВ2015=150 см; Ass. 2014. Xanthium strumarium+Echinochloa crus-galli+Crypsis schoenoides ^ Ass. 2015.Xanthium strumarium+Crypsis schoenoides+Cuscuta europaea) в одном из меандровых понижений среднего уровня поймы (соответствует низкой пойме) на модельном участке «Соленое Займище» с вышерассмотренной почвой (р. 7) представлял собой маловидовое сообщество (16 видов в 2014 г. и 10 видов в 2015 г.), с проективным покрытием 80% (2014 г.) и 65% (2015 г.), с полным доминированием только однолетников: дурнишника (cop 2) и куриного просо (cop 2) в 2014 г. и дурнишника (cop 1), скрытницы (cop 2) и повелики (cop 2) в 2015 г. Остальные виды были представлены единично в очень малом обилии. Таким образом, на месте разнообразных многолетних разнотравно-злаковых заливных лугов образуются абсолютно непригодные для сельского хозяйства, однолетние маловидовые сорнотравные сообщества. Это происходит под влиянием зимних сбросов, в результате которых в затопленных понижениях промерзает вода и верхние почвенные горизонты вместе с корневой системой многолетних пойменных трав. После отмирания корневой системы многолетнего разнотравья начинают доминировать однолетники, появляясь из семян с плотной оболочкой (дурнишник, куриное просо), которые не погибли в период зимнего промерзания.
По своему облику рассмотренная луговая экосистема была очень схожа с монодоминантными лугами второго уровня, встреченными нами в поймах полностью зарегулированной реки Саале (Германия), где единственным доминантом являлся Xanthium albinum, а почвы с поверхности имели постоянно оглеенные горизонты (Кузьмина, 2007, с. 210 а, фото 5.16). Степень нарушенности луга на модельном участке «Соленое Займище», рассчитанная по разработанному нами методу (Кузьмина, Трешкин, 2017 а), составила уже 4 балла из 5-и возможных. Это означает, что нарушения в данной экосистеме относятся к сильной степени, а улучшение состояния луга возможно только при комплексном использовании как локальных гидро- и лесотехнических мероприятий, так и региональных, а именно, при изменении гидрологического режима реки Волги. Учитывая, что в настоящее время гидрологический режим реки никто не собирается менять, а климатические изменения в совокупности с зимними сбросами будут только способствовать увеличению оглеения по всему профилю почв, можно прогнозировать дальнейшую полную деградацию данной экосистемы.
Комплексная оценка динамических нарушений в экосистемах по биологическим показателям (Кузьмина, Трешкин, 2017), выполненная для 10 модельных площадей за 3-летний период, показала, что на модельном участке «Соленое Займище» древесные сообщества находятся на 2-3 степени нарушений от гидротехнического воздействия, а травяные экосистемы - на 3-4 степени (из пяти возможных). При этом все прирусловые леса и луга верхней и средней поймы, на которые не воздействует локальное гидротехническое воздействие (защитные дамбы), а только региональное зарегулирование стока Волги, относятся к 3-ей ступени нарушений, т.е. их можно восстановить и стабилизировать локальными гидро- и лесотехническими мероприятиями. В то же время леса средних уровней поймы, подверженные локальным гидротехническим мероприятиям, находятся в удовлетворительном состоянии на 2-ой ступени нарушений. Самая трудноразрешимая ситуация складывается с лугами нижнего уровня, которые расположены в меандровых понижениях на средней пойме. Такие луга, как правило, имеют четвертую стадию нарушений, что требует изменения гидрологического режима реки.
Таким образом, в рассмотренном 2-ом геолого-геоморфологическом районе плохое состояние
двух наиболее важных компонентов экосистем - почв и растительности на среднем и нижнем пойменных уровнях (3-4-я степень нарушений) модельного участке «Соленое Займище» полностью объясняется стабилизацией УГВ при подтоплении из-за изменения характера поверхностных затоплений, особенно в зимний период. В то время как повсеместно ухудшенное состояние лугов и лесов верхней поймы (до 3-ей степени нарушений) связано с обсыханием и заглублением УГВ из-за сокращения частоты и длительности весенне-летних затоплений, что сопровождается также поверхностным засолением почв (Кузьмина, Трешкин, 2017 б). На основании осреднения оценок состояния всех 10 модельных площадок рассмотренного экологического профиля ландшафты модельного участка «Соленое займище» (рис. 2 е) следует относить к 3-ей степени нарушений от гидролого-климатических воздействий.
Третий комплексный экологический профиль (рис. 6 а-д), расположенный в Дельте Волги (в 3-ем гидролого-геоморфологическом районе), достаточно подробно был рассмотрен ранее (Кузьмина и др., 2015, с. 46-50, рис. 3). Остановимся лишь на некоторых интересных моментах, связанных с мониторингом и динамикой экосистем, а также направлением общей тенденции изменений ландшафтов в этом районе. Здесь следует отметить, что в годы средней (2014) и минимальной (2015) водности в 3-х модельных разрезах: на верхней пойме (р. 62014=310 см, р. 62015=3 3 0 см), в центральной части средней поймы (р. 82014=267 см, р. 82015=270 см) и на прирусловой пойме второго уровня (р. 72014=210 см, р. 72015=210 см) - УГВ почти не различался по глубине, т.е. в межень оставался стабильным. Притом в год редкой максимальной водности (2017) разрез в прирусловой пойме был залит водой так же, как и все понижения на средней и верхней пойме. В то время УГВ в разрезе на верхней пойме составлял 161 см, а в центральной части средней поймы - 65 см. Учитывая площади весенне-летних разливов на разных уровнях поймы модельного участка «Старая Волга» (рис. 6), а также характер почв и повышенное положение основного грунтового глеевого горизонта (на глубине 102 см в прирусловой части и на глубине 173 см в центральной части) для почв средней поймы (Кузьмина и др., 2015), можно утверждать, что во все годы кроме лет с самой максимальной водностью на исследуемом модельном участке наблюдается стабилизация уровня грунтовых вод в вегетационный и меженный период вне зависимости от степени заливания поймы. А в большую часть года УГВ здесь повышен и находится на глубине 1-1.7 м. Такое положение хорошо объясняется с одной стороны подъемом УГВ и подтоплением в пойме и дельте в связи с зимними сбросами и подъемом уровня Каспия, а с другой стороны - повышением испаряемости и увеличением аридизации летом и осенью в связи с ростом температуры воздуха и перераспределением выпадения атмосферных осадков в последнее время (Кузьмина, Трешкин, 2014; Кузьмина и др., 2015 а). Косвенным подтверждением стабилизации УГВ при отсутствии увеличения заливания поймы в данном районе может быть смена основного эдификатора в лесных сообществах средней и низкой поймы с ивы (Salix alba) на ясень (Fraxinis excelsior, F. pennsylvanica), который хорошо выдерживает постоянно повышенные грунтовые воды, но не так хорошо, как ива, переносит поверхностное заливание. На модельном участке «Старая Волга» (рис. 6 е) повсеместно отмечалась гибель старовозрастных и средневозрастных ивняков и их смена на ясеневые леса как в прирусловой части средних и верхних уровней поймы, так и в центральных частях средней поймы.
Для модельного участка «Старая Волга» комплексная оценка нарушений экосистем и ландшафтов была выполнена на основе 11 таблиц для стольких же модельных площадок (табл.). По результатам трехлетнего мониторинга для всех 11 площадей, относящихся в равных долях к уровням нижней, средней и верхней поймы, лишь две площади с лесными насаждениями, расположенные в центральной части средней поймы, имели 3-ю степень нарушений (из 5-и возможных). Это были тополево-ясеневый с участием вяза лес и разнотравно-ивово-ясеневое разреженное парковое сообщество (табл.). Остальные обследованные лесные и луговые экосистемы имели 2-ю степень нарушений. Правда, при этом следует заметить, что луга верхней поймы, занятые солодковыми и ажрековыми лугами, имеют очень маловидовой состав (от 7 до 18 видов в разные годы), значительные изменения в видовом составе (по приуроченности видов растений к несвойственным экотопам5, вплоть до 3-ей степени нарушений), слабую вертикальную структуру (обычно 1 ярус, что
5 Экология видов растений определялась по электронному ресурсу - "Определитель растений on-line. Плантариум" (2018): М - мезофит, К - ксерофит, Г - гигрофит, ГГ - гидрофит.
Рис. 6 а, б, в, г, д, е. Расположение экологического профиля «Старая Волга» (д, е) и изменение на нем уровней поверхностного заливания в основной в период исследований: в 2014 (а), 2015 (б), 2016 (в) и 2017 (г) годах в третьем гидролого-геоморфологическом районе - в дельте Волги. Условные обозначения: 1-7 - положение поверхностных вод в разные сроки затопления поймы: а) 17.05.2014 (1), 02.06.2014 (2), 04.07.2014 (3), 20.07.2014 (4), 06.09.2014 (5), 22.09.2014 (6),
08.10.2014 (7); б) 20.05.2015 (1), 05.06.2015 (2), 07.07.2015 (3), 23.07.2015 (4), 21.08.2015 (5),
25.09.2015 (6), 02.10.2015 (7); в) 22.05.2016 (1), 23.06.2016 (2), 16.07.2016 (3), 10.08.2016 (4),
04.09.2016 (5), 04.10.2016 (6), 13.10.2016 (7); г) 29.05.2017 (1), 01.07.2017 (2), 28.07.2017 (3),
30.08.2017 (4), 16.09.2017 (5), 06.10.2017 (6), 19.10.2017 (7); 8 - реперные точки; 9 - модельные точки; 10 - дамба; 11 - направление профиля; 12 - горизонтали через 1 м.
Таблица. Расчет степени нарушений на модельной площадке ивово-ясеневого паркового разреженного сообщества в центральной части средней поймы (46° 03' 48.2(48.4)" с.ш., 47° 51' 24.3(24.6)"в.д.) по методу оценки динамических трансформаций в наземных экосистемах и ландшафтах на модельном участке «Старая Волга», расположенном в 3-ем гидролого-геоморфологическом районе - в дельте Волги.
№ вида / качество показателя Название вида по-латыни Годы наблюдений (№ г/о) Экология видов Результат, балл
2014(4) 2015(37) 2017(32)
Стабильный Ярусность /степень нарушений, балл/ 2 /4/ 2 /4/ 2 /4/ 4
Стабильный Состав индикаторов и композиция, балл 2 2 2 2
Стабильный Качество и количество индикаторов, балл 2 2 2 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Populus nigra Salix alba Fraxinus excelsior Phragmites australis Carex melanostachya Phalaroides arundinacea Elytrigia repens Althaea officinalis Vicia cracca Inula britannica Asparagus officinalis Lythrum virgatum Cirsium incanum Calamagrostis epigeios Euphorbia virgata Bolboschoenus maritimus Achillea ptarmica Glycyrrhiza echinata Galium physocarpum Convolvulus arvensis Alopecurus pratensis Polygonum amphibium Equisetum arvense (2) ex. М, Г Г М, Г Г, ГГ М, Г М, Г М М, Г М М К М, Г М М К, М Г М, Г М М, Г К, М М Г, ГГ М
3 ex. 8 ex. sol sol cop 1 sol sol sol sol sol Un sol gr sol gr sol Un sol sol 2+(21) ex. 8 ex. sol cop 1 sol cop 1 sol sol Un sol sol sol sol sp 1 ex. 2 ex. sol gr sol gr sol gr cop 2 sol-Un sol sol sol gr sol sol gr sp sol gr sol gr sol Un
sol sp gr sol sol gr sol
Промежуточный Качество и кол-во индикаторов, кол-во видов 5 3 3
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Lolium remotum Stachys sylvatica Rumex maritimus Chenopodium rubrum Plantago media Erigeron canadensis Alisma plantago-aquatica Butomus umbellatus Lithospermum officinale Galium aparine Eleocharis palustris Stachys palustris sol sol sol sol Un Un sol sol-Un sol sp gr sp gr sol К, М М Г К, М К, М К, М Г, ГГ ГГ К, М М Г, ГГ М, Г
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) К 1 (8%) 1 (8%) 1 (8%) 1 (5%)
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) К, М 4 (8%) 3 (14%) 2 (8%) 7 (13%)
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) М 8 (23%) 5 (43%) 7 (27%) 10(38%)
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) М, Г 7 (38%) 7 (29%) 7 (47%) 9 (31%)
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) Г 3 (15%) 1 (7%) 2 (13%) 3 (10%)
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) Г, ГГ 2 (8%) 1 (7%) 3 (13%) 4 (3%)
Промежуточный Экологическое разнообразие, кол-во (%) ГГ - - 1 (5%) 1 (5%)
Динамический Изменение видового разнообразия по качественному составу видов, в баллах 3 2 3 2 3
Промежуточный Число постоянных видов, кол-во 18 18 18
Промежуточный Ежегодный список видов, кол-во 25 18 23
Промежуточный Постоянные виды ежегодно, % (<70%) 72 100 78 83
Промежуточный Постоянные виды от многолетнего списка, % (<50%) 51
Динамический Флуктуационная изменчивость, балл 4
РЕЗУЛЬТАТ СТЕПЕНЬ НАРУШЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМЫ £=(4+2+2+3+4)/5=3.0 3
соответствует 4-ой степени нарушений), а также пониженную флуктуационую изменчивость (до 4-ой степени нарушений). И только лишь отсутствие в составе этих луговых сообществ видов растений -индикаторов нарушения обводненности территорий в достаточном количестве и обилии не дает повышения в оценке степени нарушений этих экосистем до 3-ей степени.
Таким образом, установлено, что в целом, ландшафты модельного участка «Старая Волга» (рис. 6 е) имеют вторую степень нарушений от гидро-климатических воздействий, т.е. для восстановления экосистем и поддержания их устойчивого состояния пока здесь требуются локальные гидро- и лесотехнические мероприятия (в основном мелиоративные - по осушению), а также постоянный мониторинг состояния экосистем и ландшафтов.
Выводы
Основными причинами в изменении абиотических компонентов экосистем, влияющих на трансформацию ландшафтов в Низовьях Волги являются:
- сокращение амплитуды колебания расходов воды в годовом цикле за многолетний период в связи со снижением величины весенне-летнего половодья и повышением меженных расходов Волги (в связи с естественными климатическими причинами - увеличением выпадения атмосферных осадков в зимний период на фоне потепления - и антропогенным воздействием - регулированием стока с удержанием воды весной и гидротехническими сбросами, особенно зимой) приводит к сокращению амплитуды колебания уровней грунтовых вод в пойме и стабилизации грунтовых вод в годовом цикле;
- сокращение расходов весенне-летнего половодья в связи с зарегулированием каскадами водохранилищ по всей реке (в ее верхнем и среднем течении) а также в связи с естественным перераспределением выпадения атмосферных осадков в бассейнах Верхней и Средней Волги, отвечающих за формирования стока реки в ее низовьях (сокращение осадков весной при их увеличения зимой, сопровождающееся непрерывным их сбросом из водоразделов в реки на фоне уменьшения периода промерзания почвы и/или его полного отсутствия) приводит к полному стабильному обсыханию участков верхней поймы и трансформации экосистем этого уровня в направлении зонального типа ландшафтообразования;
- повышение расходов зимней межени в многолетнем аспекте за счет климатических причин и гидротехнического регулирования (зимние сбросы) приводит к повышению уровня грунтовых вод в холодный период года, затоплению низких и средних уровней поймы зимой и последующему промерзанию образующихся водных акваторий на пойме, что влечет гибель древостоев и вымерзание типичной многолетней разнотравно-злаковой растительности лугов с образованием на ее месте малоразнообразных, близких к монодоминантным сообществ однолетнего сорнотравья;
- увеличение аридизации летом и осенью в связи с изменением климата способствует активному процессу соленакопления в верхних почвенных горизонтах и образованию солончаков с солончаковой растительностью, вплоть до возникновения сильнозасоленных голых солончаков на верхних и средних уровнях поймы, не заливающихся или редко заливающихся полыми водами Волги;
- повышение уровня Каспия (в связи с естественными причинами) совместно с повышением зимнего меженного стока (в результате естественных и антропогенных причин) приводит в дельте к повышению уровня грунтовых вод, сокращению амплитуды колебания УГВ и их стабилизации в годовом цикле, к интенсификации процессов оглеения почв на всех уровнях поймы (особенно на низком и среднем), к подъему глеевых горизонтов к поверхности, что способствует гибели древесно-кустарниковой растительности, исчезновению разнообразных разнотравно-злаковых лугов из многолетних трав и к возникновению на их месте малоразнообразных и монодоминантных травяных сообществ слабой устойчивости и низкой кормовой ценности, часто из однолетнего сорнотравья.
Оценка нарушений экосистем и ландшафтов от гидро-климатических воздействий по разработанному нами методу (Кузьмина, Трешкин, 2017 а) показала, что в целом, несмотря на выявленные нарушения во всех обследованных экосистемах, состояние ландшафтов в третьем гидролого-геоморфологическом районе - в дельте Волги значительно лучше (2-ая степень нарушений), по сравнению со вторым - центральной частью Волго-Ахтубинской поймы (от пос. Черный Яр до г. Астрахань), где отмечается 3-я степень нарушений (из 5-и возможных).
Благодарности. Сердечную благодарность за помощь в полевых работах в бассейне Нижней Волги авторы выражают: академику РАН К.Н. Кулику, академику РАН В.П. Зволинскому, чл.-корр. РАН В.В. Мелихову, д.с.-х.н. М.Ю. Пучкову и к.с.-х.н. Г.А. Рулеву.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Анализ экологических последствий эксплуатации Волгоградского водохранилища для сохранения биоразнообразия основных водно -болотных территорий Нижней Волги. 2010 // Отчет по Проекту ПРООН/ГЭФ 00047701 «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Нижней Волги». М. 675 с.
Болгов М.В., Шаталова К.Ю., Горелиц О.В., Землянов И.В. Водно-экологические проблемы Волго-Ахтубинской поймы // Экосистемы: экология и динамика. 2017. Т. 1. № 3. С. 15-37 [Электронный ресурс http://www.ecosystemsdynamic.ru/stati/ (дата обращения 20.01.2018)].
Водные ресурсы России и их использование. 2008 / Ред. И.А. Шикломанова. СПб: Государственный гидрологический институт. 600 с.
Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. 2014. Общее резюме. М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). 58 с.
Георгиади А.Н., Милюкова И.П. 2012. Сценарная оценка изменений стока рек Волги и Дона, возможных в первой трети XXI века // Географо-гидрологические исследования. Вопросы географии. Сб. 133. М.: Издательский дом «Кодекс». C. 224-235.
Геосервис Google «Планета Земля». 2018. [Электронный ресурс https://www.google.ru/intl/ru/earth/ (дата обращения 26.01.2018)].
Изменения уровней водохранилищ ГЭС РусГидро. 2018. [Электронный ресурс http://www.volges.rushydro.ru/ (дата обращения 26.01.2018)].
Кривошей В.А. Река Волга (проблемы и решения). 2015. М.: ООО Журнал «РТ». 92 с.
Кузьмина Ж.В. 2007. Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных
экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы. Дисс. ... докт. геогр. наук ...
25.00.36 геоэкология. М. 288 с.+Прил. 36 с.
Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2014. Климатические изменения в бассейне Нижней Волги и их влияние на состояние экосистем // Аридные экосистемы. Т. 20. № 3 (60). С. 14-32.
Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2017 а. Методика оценки нарушений в наземных экосистемах и ландшафтах в результате климатических и гидрологических изменений // Экосистемы: экология и динамика. Т. 1. № 3. С. 146-188 [Электронный ресурс http://www.ecosystemsdynamic.ru/stati/ (дата обращения 20.01.2018)].
Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2017 б. Динамические изменения наземных экосистем Нижней Волги при зарегулировании // Аридные экосистемы. Т. 23. № 4 (73). С. 24-36.
Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2017 в. Многолетние изменения основных метеорологических характеристик в зоне южной тайги Европейской части России (бассейн верхней Волги) // Использование и охрана природных ресурсов в России. № 3 (151). С. 56-65.
Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2018. Многолетние изменения влажностно-температурного режима в зоне южной тайги Европейской части России (бассейн верхней Волги) // Использование и охрана природных ресурсов в России. № 1 (153). С. 56-65.
Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е., Каримова Т.Ю. 2015. Динамические изменения наземных экосистем поймы и дельты Нижней Волги под влиянием зарегулирования речного стока и климатических флуктуаций // Аридные экосистемы. № 4 (65). С.39-53.
Овчарова А.Ю. 2016. Геоэкологические проблемы Волгоградской геотехногенной системы, вызванные изменением гидрологического режима Волги (в пределах Волгоградской области). Автореферат дисс. . канд. геогр. наук. Ростов-на-Дону. 26 с.
Определитель растений on-line. Плантариум. 2018. [Электронный ресурс http://www.plantarium.ru/ (дата обращения 26.01.2018)].
Отчет экспертной группы по оценке биоразнообразия. 2002 // Проект ПРООН/ГЭФ «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Нижней Волги». 137 с.
Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. 2008. Техническое резюме. М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). 89 с.
Рулев А.С., Шинкаренко С.С., Кошелева О.Ю. 2017. Оценка влияния гидрологического режима Волги на динамику затопления острова Сарпинский // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки Т. 159. Кн. 1. С. 139-151.
Сервис загрузки данных дистанционного зондирования Геологической службы США (U.S. Geological Survey). 2018 [Электронный ресурс https://earthexplorer.usgs.gov (дата обращения 26.01.2018)].
Стратегия и план действий по сохранению биоразнообразия Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги. 2009. Проект ПРООН/ГЭФ 00047701. «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий нижней Волги». М.: ИГ РАН. 63 с.
Схема комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Волга. 2015. Общая характеристика речного бассейна. Кн. 1. 105 с. [Электронный ресурс https://cloud.mail.ru/public/4aeP/HRHTJCqda/(Книга%201).pdf (дата обращения 26.01.2018)].
