Сравнительная оценка экологической устойчивости водосборов
При организации хозяйственной деятельности на водосборах наряду с существующими биотическими элементами появляются пахотные земли, вырубки, сенокосы и пастбища, а также относительно новые биотические элементы в виде мелиорированных (орошаемых и осушаемых) земель. Пахотные земли и вырубки относят к антропогенным, а сенокосы и пастбища – к полуприродным элементам (И. П. Айдаров, [14]). Такое деление сельскохозяйственных угодий вытекает из самой сущности этих биотических элементов. Сельскохозяйственная деятельность на пахотных землях создала искусственные экосистемы – агроценозы, то есть высокопродуктивные и неустойчивые экологические системы. Низкая экологическая устойчивость агроценозов связана отсутствием внутренней устойчивости выращиваемых культурных растений.
Полуприродные системы, включающие естественные сенокосы и пастбища, существуют в основном по законам природных систем, обладают высоким биологическим разнообразием и представлены естественными видами растительности. Их экологическая значимость в формировании устойчивости водосборов значительно выше.
В структуре водосборов кроме биотических элементов имеются абиотические элементы в виде урбанизированных территорий (населенные пункты, промышленные зоны и т.п.), экологическая значимость которых отрицательна.
На функционирование водосборов существенно влияет трансформация земельных угодий, осуществляемая человеком для решения экономических задач: увеличение запасов продовольствия, добыча полезных ископаемых, строительство. Так, распашка земель ухудшает структуру водного баланса почв, питание подземных вод и рек, изменяет радиационный баланс, приводит к эрозии почв; обработка полей механизмами ее уплотняет. В целом антропогенные изменения, происходящие на водосборах, ухудшают их экологическое состояние и снижают экологическую устойчивость. При комплексном обустройстве водосборов возникает необходимость оценки их экологического состояния.
Вопросы экологической устойчивости территорий рассматриваются в работах И. П. Айдарова, В. А. Баранова, М. А. Глазовской, А. И. Голованова, Л. В Кирейчевой и др. Вклад в развитие исследований экологической устойчивости ландшафтов Башкортостана внесли работы И. К. Хабирова, Ф. Ш. Гарифуллина, А. В. Шакирова и др. Экологическая устойчивость и устойчивое развитие территорий рассматриваются в работах [13, 14, 141, 158, 160, 161, 197, 205, 255, 265, 269].
Для ориентировочной сравнительной оценки водосборов нами использованы коэффициент экологической устойчивости (стабильности), рекомендуемые в работах [13, 14, 161] и уровень эколого-геохимической устойчивости М.А. Глазовской [96].
Коэффициент экологической устойчивости (стабильности) техноприродных или кавазиприродных систем на водосборах (КЭУ) 
определяется по формуле:
, /5.1/
где: F – площадь водосбора, га; fi – площадь i-го угодья, га; 
– коэффициент стабильности 
–го угодья. Значения этих коэффициентов выбраны по рекомендациям [160]. Для широколиственных лесов принят 1,0; болот, водотоков и водоемов – 0,79; пастбищ – 0,68; смешанных лесов – 0,63; лугов – 0,62; садов, лесных культур, лесополос – 0,43; хвойных лесов – 0,38; пашен в среднем – 0,14; прочих земель (выходы горных пород, овраги, пески, то есть неиспользуемые земли) – 0,0. Урбанизированные территории резко уменьшают экологическую стабильность водосбора, поэтому для них коэффициент стабильности принимается отрицательным и равным -1 (И.П. Айдаров, [14]);
- коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа, рассматриваемого водосбора. Зависит от уклона поверхности земли и площадей оврагов, крутых склонов, оползней, незакрепленных песков; изменяется от 1 (стабильный рельеф) до 0,7 (нестабильный рельеф).
Эколого-геохимическая устойчивость, выражаемая чувствительностью почв к токсическим воздействиям, оценивается по таблице 5.3.
Таблица 5.3 Уровни эколого-геохимической устойчивости
(по М. А. Глазовской)
| Типы почв | Уровень эколого-геохимической устойчивости | |
| к кислотным воздействиям | к загрязнению тяжелыми металлами | |
| Подзолистая Дерново-подзолистая Серая лесная, чернозем выщелоченный, бурый пустынно-степной Чернозем обыкновенный, чернозем типичный, южный, каштановый Каштановые солонцеватые, бурые пустынно-степные, солонцеватые | очень низкий ниже среднего средний выше среднего высокий | низкий средний средний выше среднего высокий |
Для оценки экологической устойчивости водосборов по формуле /5.1/, определены площади различных земельных угодий, формирующих общую площадь водосбора (Таблица 5.4). Сбор информации для выполнения расчетов коэффициентов экологической устойчивости водосборов осуществлен с применением ГИС - технологий путем совмещения карты бассейнов исследуемых рек Башкортостана с соответствующими картами, в их увязке и некоторой схематизации. Картографический материал дополнялся и уточнялся графическим, табличным и иллюстративным материалами.
В качестве ее картографической основы использованы топографические карты Башкортостана масштаба 1:500000 и 1:100000. При создании ГИС собрана следующая тематическая картографическая информация по Республике Башкортостан (РБ): карты бассейнов рек, лесов и защитных лесных полос, земельного фонда, заболоченности и овражной эрозии.
Таблица 5.4 Распределение территории водосбора на отдельные виды земельных угодий
| Водосборы | Площадь i-того угодья, в % от общей площади | |||||||||
| лесов | болот, водоемов, водохранилищ | лугов | пастбищ | пашен | урбанизированных территорий | прочие земли | ||||
| широколиственных | хвойных | лесополос | всего | |||||||
| Сюнь | 1,2 | 5,5 | 1,3 | |||||||
| База | 0,2 | 2,4 | 0,4 | |||||||
| Быстрый Танып | 1,1 | 3,3 | 1,6 | |||||||
| Бирь | 1,1 | 3,3 | 0,6 | |||||||
| Чермасан | 0,4 | 3,8 | 0,8 | |||||||
| Кармасан | 1,8 | 3,4 | 0,8 | |||||||
| Дема | 0,9 | 4,2 | 0,9 | |||||||
| Уса | 3,3 | 0,7 | ||||||||
| Юрюзань | 0,9 | 0,1 | ||||||||
| Тюй | 1,1 | 0,7 | 0,2 | |||||||
| Ай | 1,8 | 0,2 | ||||||||
| Уршак | 0,1 | 4,1 | 0,8 | |||||||
| Уфа (сток*) | 1,9 | 6,6 | 1,5 | |||||||
| Уфа | 1,2 | 3,2 | 0,6 | |||||||
| Инзер | 0,9 | 0,1 | ||||||||
| Лемеза | 0,3 | 0,7 | ||||||||
| Сим (сток) | 6,8 | 0,4 | 0,8 | |||||||
| Сим | 1,8 | 0,7 | 0,5 | |||||||
| Зилим | 0,9 | 0,1 | ||||||||
| Куганак | 0,1 | 4,3 | 0,6 |
Продолжение таблицы 5.4
| Ашкадар | 0,2 | 6,3 | 1,5 | |||||||
| Нугуш | 1,6 | 0,4 | ||||||||
| Узян | 0,1 | 0,9 | ||||||||
| Кана | ||||||||||
| Белая, верх. (сток) | 2,2 | 2,4 | 0,4 | |||||||
| Белая, сред.(сток) | 1,6 | 0,4 | ||||||||
| Белая, низ.(сток) | 5,7 | 2,3 | ||||||||
| Белая | 0,9 | 3,3 | 0,8 | |||||||
| Усень | 1,1 | 6,4 | 1,5 | |||||||
| Ик (сток) | 6,6 | 1,4 | ||||||||
| Ик | 0,5 | 6,1 | 1,4 | |||||||
| Кама (сток) | 2,0 | |||||||||
| Буй | 2,5 | 3,1 | 0,4 | |||||||
| Кама | 3,2 | 0,8 | ||||||||
| Урал | 3,2 | 1,2 | 9,6 | |||||||
| Обь | 0,1 | 2,2 | 2,7 | |||||||
| По РБ | 1,4 | 2,9 | 2,7 |
Примечания:
1. У рек текущих и за пределами РБ, водосборные площади приведены только по территории РБ.
2. * Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает
непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
Коэффициенты назначены с учетом геолого-морфологической устойчивости рельефов, рассматриваемых водосборов (Таблица 5.5)
Таблица 5.5 Коэффициенты геолого-морфологической устойчивости
рельефов водосборов рек Республики Башкортостан,
| Водосборы | Сюнь | База | Быстрый Танып | Бирь | Чермасан | Кармасан | Дема | Уса | Юрюзань |
| | 0,95 | 1,0 | 0,87 | 0,87 | 0,98 | 1,0 | 1,0 | 0,87 | 0,95 |
| Водосборы | Тюй | Ай | Уршак | Уфа (сток*) | Уфа | Инзер | Лемеза | Сим (сток) | Сим |
| | 0,91 | 0,95 | 1,0 | 0,92 | 0,93 | 0,78 | 0,87 | 0,84 | 0,82 |
| Водосборы | Зилим | Куга-нак | Ашка-дар | Нугуш | Узян | Белая | Белая (сток) | ||
| верхняя | средняя | нижняя | |||||||
| | 0,84 | 1,0 | 1,0 | 0,84 | 0,78 | 0,93 | 0,78 | 1,0 | 0,95 |
| Водосборы | Усень | Кама (сток) | Кама | Буй | Малый Кизил | Большой Кизил | Таналык | Касмарка | Зилаир |
| | 0,87 | 0,87 | 0,93 | 0,87 | 0,95 | 1,0 | 1,00 | 0,87 | 0,87 |
| Водосборы | Ик | Ик (сток) | Крепостной Зилаир | Сакмара (сток) | Сакмара | Большая Уртазымка | Янгелька |
| | 0,90 | 0,91 | 0,78 | 0,95 | 0,90 | 1,0 | 1,0 |
| Водосборы | Большой Сурень | Малый Ик | Урал (сток) | Урал | Обь | По РБ |
| | 0,87 | 0,78 | 0,87 | 0,96 | 0,86 | 0,92 |
Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
Пересчет, полученных процентных соотношений земельных угодий водосборов (таблица 5.4) применительно к агроландшафтным зонам Башкортостана и сравнение их с имеющимися данными [258], показал достаточно хорошую сходимость.
Устойчивость водосборов оценена по четырем степеням устойчивости (Таблица 5.6)
Таблица 5.6 Оценка устойчивости водосборов
(техноприродных систем)
| Коэффициенты экологической устойчивости (стабильности) водосборов (КЭУ), Кс | Степень устойчивости водосборов |
| ≤ 0,33 0,34 – 0,50 0,51 – 0,66 0,67 – 1,00 | Очень низкая Низкая Средняя Высокая |
Анализ вычисленных коэффициентов экологической устойчивости (стабильности) водосборов (техноприродных систем) показал, что общая устойчивость водосборов рек Башкортостана низкая, 0,33 < 0,47 < 0,50. Экологическая устойчивость по отдельным бассейнам рек: низкая - по Каме 0,33 < 0,46 < 0,50; средняя - по Оби 0,51 < 0,58 < 0,66 и по Уралу 0,51 < 0,53 < 0,66 (Таблица 5.7).
Таблица 5.7 Экологическая устойчивость водосборов рек Урала, Оби, Камы и средняя по водосборам Республики Башкортостан (РБ)
| Водосборы | Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2 | Коэффициент экологической устойчивости | Степень экологической устойчивости |
| Урал Обь Кама В целом по РБ | 27,30 1,45 114,20 142,95 | 0,53 0,58 0,46 0,47 | Средняя Средняя Низкая Низкая |
По водосборам бассейна реки Камы, низкую степень экологической устойчивости имеют реки: Белая, Буй и части водосбора реки Камы, сток воды с которой поступает непосредственно в Каму; очень низкую – река Ик (Таблица 5.8).
Таблица 5.8 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Камы
| Водосборы | Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2 | Коэффициент экологической устойчивости | Степень экологической устойчивости |
| Белая Буй Кама (сток) Ик | 105,32 2,44 1,28 5,16 | 0,47 0,40 0,39 0,31 | Низкая Низкая Низкая Очень низкая |
Очень низкая устойчивость связана со значительной распаханностью 51,4%, большей по сравнению со средним значением по РБ долей урбанизированных территорий 6,1% и низкой облесенностью 21%.
В бассейне реки Белой наиболее благоприятное экологическое состояние, соответствующее высокой и средней степени устойчивости от 0,53 до 0,73, наблюдается у пяти водосборов или 43,8% водосборной площади. У четверых водосборов, занимающих 14,6% водосборной площади очень низкая экологическая устойчивость с КЭУ от 0,30 до 0,31 (Таблица 5.9).
Таблица 5.9 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Белой
| Водосборы | Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2 | Коэффициент экологической устойчивости | Степень экологической устойчивости |
| Зилим | 3,28 | 0,73 | Высокая |
| Белая, среднее течение (сток*) | 10,23 | 0,71 | Высокая |
| Нугуш | 3,82 | 0,68 | Высокая |
| Сим | 8,05 | 0,58 | Средняя |
| Уфа | 20,75 | 0,53 | Средняя |
| Бирь | 2,20 | 0,42 | Низкая |
| База | 1,59 | 0,40 | Низкая |
| Дема | 9,02 | 0,39 | Низкая |
| Кармасан | 1,78 | 0,38 | Низкая |
| Быстрый Танып | 6,53 | 0,38 | Низкая |
| Чермасан | 3,97 | 0,38 | Низкая |
| Кана | 1,18 | 0,38 | Низкая |
| Белая, верхнее течение (сток) | 9,98 | 0,37 | Низкая |
| Сюнь | 3,63 | 0,34 | Низкая |
| Уршак | 4,23 | 0,34 | Низкая |
| Куганак | 1,48 | 0,32 | Очень низкая |
| Ашкадар | 3,78 | 0,31 | Очень низкая |
| Белая, нижнее течение (сток) | 8,52 | 0,31 | Очень низкая |
Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
По бассейну Белой более благоприятная экологическая обстановка наблюдается у водосборов правых притоков в среднем течении (реки Сим, Зилим, Нугуш и Уфа). На остальных частях бассейна экологическая устойчивость низкая или очень низкая.
У бассейна реки Уфа только водосбор реки Тюй (КЭУ = 0,32) имеет очень низкую степень экологической устойчивости, а остальные водосборы находятся в относительно благополучном экологическом состоянии (Кс от 0,43 до 0,62) (Таблица 5.10). Благополучное состояние водосбора реки Уфа связано со значительной залесенностью, которое составляет около 60%, и малой распаханностью территорий – 25%. Причем, среди лесов преобладают широколиственные леса (более 40%).
Таблица 5.10 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Уфа
| Водосборы | Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2 | Коэффициент экологической устойчивости | Степень экологической устойчивости |
| Юрюзань | 3,27 | 0,62 | Средняя |
| Ай | 8,59 | 0,60 | Средняя |
| Уфа (сток*) | 6,54 | 0,46 | Низкая |
| Уса | 0,96 | 0,43 | Низкая |
| Тюй | 1,38 | 0,32 | Очень низкая |
Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
Самое благополучное экологическое состояние среди водосборов рек Башкортостана наблюдается по водосборам бассейна реки Сим, где Кс = 0,53÷0,66 (Таблица 5.11). Их залесенность составляет более 82% (леса преимущественно широколиственные), а распаханность - 7,5%.
Наиболее существенная трансформация земельных угодий (застройка территорий, распашка) среди водосборов рек Башкортостана осуществлена на водосборах бассейна реки Ик. В связи с этим у них самое неблагополучное экологическое состояние среди водосборов рек Башкортостана, где Кс = 0,25÷0,38 (Таблица 5.12). Распаханность водосборов доходит до 60%, застроенность - более 6%.
Таблица 5.11 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Сим
| Водосборы | Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2 | Коэффициент экологической устойчивости | Степень экологической устойчивости |
| Инзер Лемеза Сим (сток*) | 4,8 1,34 1,91 | 0,53 0,63 0,66 | Средняя Средняя Средняя |
Примечание по таблицам 5.11 и 5.12: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
Таблица 5.12 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Ик
| Водосборы | Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2 | Коэффициент экологической устойчивости | Степень экологической устойчивости |
| Усень Ик (сток*) | 2,46 2,7 | 0,38 0,25 | Низкая Очень низкая |
По бассейну реки Волги высокой степенью экологической устойчивости обладают две третьих, средней – две третьих и четыре четвертых, низкой – один первый, два вторых, десять третьих и один четвертых, очень низкой – один вторых, три третьих и один четвертых притока реки Волга (Таблица 5.13).
Таблица 5.13 Группирование водосборов бассейна Волги
по экологической устойчивости
| Притоки Волги | Степень экологической устойчивости | |||
| высокая | средняя | низкая | очень низкая | |
| первые | - | - | Кама | - |
| вторые | - | - | Белая, Буй | Ик |
| третьи | Зилим, Нугуш | Сим, Уфа | Бирь, База, Дема, Кармасан, Чермасан, Быстый Танып, Усень, Кана, Сюнь, Уршак | Куганак, Ашкадар, Узян. |
| четвертые | - | Юрюзань, Ай, Лемеза, Инзер | Уса | Тюй |
Экологическая устойчивость водосборов, объединенных в ландшафтные группы, снижается от лесной к степной группе. Так, усредненная оценка водосборов лесной и лесолуговой групп соответствует средней; лесостепной, лугостепной и степной - низкой степени экологической устойчивости (Таблица 5.14).
Таблица 5.14 Экологическая устойчивость по ландшафтным группам водосборов Западного Башкортостана
| Ландшафтные группы | Водосборы | Экологическая устойчивость | |
| отдельных водосборов | групп водосборов | ||
| Лесная | Лемеза | 0,63 | 0,58 |
| Юрюзань | 0,62 | ||
| Ай | 0,60 | ||
| Тюй | 0,33 | ||
| Лесолуговая | Сим | 0,58 | 0,54 |
| Уфа | 0,53 | ||
| Уса | 0,43 | ||
| Лесостепная | Зилим | 0,73 | 0,47 |
| Белая, среднее течение (сток*) | 0,71 | ||
| Нугуш | 0,68 | ||
| Инзер | 0,53 | ||
| Бирь | 0,42 | ||
| База | 0,40 | ||
| Буй | 0,40 | ||
| Кама (сток) | 0,39 | ||
| Дема | 0,39 | ||
| Быстрый Танып | 0,38 | ||
| Чермасан | 0,38 | ||
| Сюнь | 0,34 | ||
| Ик | 0,31 | ||
| Белая, нижнее течение (сток) | 0,31 | ||
| Лугостепная | Усень | 0,38 | 0,35 |
| Уршак | 0,34 | ||
| Куганак | 0,32 | ||
| Степная | Кармасан | 0,38 | 0,35 |
| Белая, верхнее течение (сток) | 0,37 | ||
| Ашкадар | 0,31 |
Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
Эколого-геохимическая устойчивость водосборов к кислотным воздействиям и загрязнению тяжелыми металлами возрастает в направлении с севера на юг (таблица 5.15). Наибольшей устойчивостью обладают водосборы, расположенные в юго-восточной, а наименьшей – северо-западной части Западного Башкортостана.
Таблица 5.15 Эколого-геохимическая устойчивость по ландшафтным группам водосборов Западного Башкортостана
| Ландшафтные группы | Водосборы | Эколого-геохимическая устойчивость | |
| к кислотным воздействиям | к загрязнению тяжелыми металлами | ||
| Лесная | Лемеза | средняя | средняя |
| Юрюзань | средняя | средняя | |
| Ай | средняя | средняя | |
| Тюй | ниже средней | средняя | |
| Лесолуговая | Сим | средняя | средняя |
| Уфа | средняя | средняя | |
| Уса | ниже средней | средняя | |
| Лесостепная | Зилим | средняя | средняя |
| Белая, среднее (сток*) | средняя | средняя | |
| Нугуш | средняя | средняя | |
| Инзер | средняя | средняя | |
| Бирь | ниже средней | средняя | |
| База | средняя | средняя | |
| Буй | ниже средней | средняя | |
| Кама (сток) | ниже средней | средняя | |
| Дема | выше средней | выше средней | |
| Быстрый Танып | ниже средней | средняя | |
| Чермасан | выше средней | выше средней | |
| Сюнь | средняя | средняя | |
| Ик | средняя | средняя | |
| Белая, нижнее (сток) | ниже средней | средняя | |
| Лугостепная | Усень | средняя | средняя |
| Уршак | выше средней | выше средней | |
| Куганак | выше средней | выше средней | |
| Степная | Кармасан | выше средней | выше средней |
| Белая, верхнее (сток) | выше средней | выше средней | |
| Ашкадар | выше средней | выше средней |
Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.
Таким образом:
1. В бассейне реки Волги (Камы) по территории Башкортостана:
- водосборы с высокой степенью экологической устойчивости занимают 7,1 тыс. км2 или 6,2 % площади бассейна;
- водосборы со средней степенью экологической устойчивости занимают 27,8 тыс. км2 или 24,4 % площади бассейна;
- водосборы с низкой степенью экологической устойчивости занимают 68,7 тыс. км2 или 60,1 % площади бассейна;
- водосборы с очень низкой степенью экологической устойчивости занимают 10,6 тыс. км2 или 9,3 % площади бассейна.
2. По ландшафтным зонам экологическая и эколого-геохимическая устойчивость водосборов снижается от лесной к степной зоне. Необходима оптимизация структуры земельных угодий водосборов с низкой и очень низкой степенью экологической устойчивости, которые составляют 78% площади бассейна реки Волги (Камы).