Оптимизация экологической инфраструктуры водосборов
Экологическая устойчивость водосборов снижается при формировании и дальнейшем расширении искусственных антропогенных и полуприродных элементов (пашен, урбанизированных и прочих земель) на территории водосборов. Они создаются путем трансформации природных элементов (например: путем перевода лугов в пашни, отвода сельскохозяйственных земель под застройку и т.п.).
Оптимизация структуры водосборов сводится к установлению такого соотношения площадей земельных угодий, которое позволяет рационально использовать территорию водосборов, сохраняя их природно-ресурсный потенциал и эколого-хозяйственное состояние. Формирование и поддержание на оптимальном уровне структуры и фукционирования земельных угодий обеспечивает целесообразное экологическое равовесие и необходимую устойчивость водосборов. При этом коэффициент экологической устойчивости водосборов (КЭУ) должен быть не ниже установленной нормы.
На основе анализа хозяйственно-техногенной характеристики водосборов Западного Башкортостана (таблица 5.2) и имеющихся работ по проблеме устойчивости (стабильности) территорий, приняты следующие нормы экологической устойчивости водосборов:
- при КЭУ > 0,66 – экологическая инфраструктура водосборов устойчива (стабильна). Оптимизация инфраструктуры водосборов и проведение природоохранных мероприятий не требуются;
- при КЭУ ≥ 0,51 - экологическая инфраструктура водосборов устойчива, но имеются экологические проблемы. Оптимизация инфраструктуры водосборов не требуется. Необходимо проведение природоохранных мероприятий по устранению негативных изменений природных компонентов водосборов (см. главу 6.3).
- при КЭУ < 0,51 - экологическая инфраструктура водосборов неустойчива. Требуется оптимизация инфраструктуры водосборов и проведение природоохранных мероприятий.
В данной главе исследованы только вопросы оптимизации экологической инфраструктуры водосборов путем трансформации структуры земельных угодий, а разработка комплекса природоохранных мероприятий и практических рекомендаций по их реализации рассмотрены в шестой главе.
Лесная группа водосборов.Лесная группа водосборов занимает 14,6 тыс. км2 (12,8% площади бассейна реки Волги по РБ) и включает четыре водосбора. Фактическая экологическая устойчивость группы соответствует средней степени (Кс = 0,58). В целом по группе оптимизация не требуется, но необходимо проведение природоохранных мероприятий по устранению негативных изменений природных компонентов водосборов.
Водосборы Лемезы, Юрюзани и Ай обладают КЭУ соответственно 0,63; 0,62; 0,60 и оптимизация структуры их земельных угодий не требуется.
У водосбора Тюй КЭУ составляет 0,33. Необходима оптимизация структуры земельных угодий. Устойчивость водосборов рекомендуется повысить путем перевода пашни и лугов в пастбища. При этом КЭУ водосбора Тюй повышается только до 0,46 (Таблица 5.16).
Таблица 5.16 Оптимизация структуры земельных угодий
водосборов лесной группы
| Водосборы | Состояние | Площадь i-того угодья, % от общей площади | КЭУ | |||||||||
| лесов | водоемов | лугов | пастбищ | пашен | застро-ек | про-чих земель | ||||||
| лиственных | хвой-ных | лесо-полос | всего | |||||||||
| Тюй | фактическое | 1,1 | 0,7 | 0,2 | 0,33 | |||||||
| рекомендуемое | 1,1 | 0,7 | 0,2 | 0,46 | ||||||||
| Среднее | фактическое | 0,4 | 1,4 | 0,2 | 0,58 | |||||||
| рекомендуемое | 0,4 | 1,4 | 0,2 | 0,62 |
Примечание: КЭУ – коэффициент экологической устойчивости.
Дальнейшее повышение устойчивости водосбора Тюй рекомендуется путем повышения КЭУ пашен посредством водных мелиораций (см. четвертую главу).
Экологическая устойчивость группы возрастает до 0,62. Экологическая инфраструктура устойчива, но необходима разработка комплекса природоохранных мероприятий с учетом основного типа хозяйствования на водосборах (например: почвоводоохранные мелиоративные мероприятия [33]).
Для водосборов лесной группы рекомендуется следующее соотношение земельных угодий: 44%(широколиственные леса) + 20%(болота, водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 14%(хвойные леса, лесополосы и сады) + 20%(пашни) + 2%(урбанизированные и прочие земли).
Лесолуговая группа водосборов.Лесолуговая группа водосборов занимает 29,8 тыс. км2 (26,1% площади бассейна реки Волги по РБ) и включает три водосбора. Фактическая экологическая устойчивость группы соответствует средней степени (Кс = 0,54). В целом по группе оптимизация не требуется, но необходимо проведение природоохранных мероприятий по устранению негативных изменений природных компонентов водосборов.
КЭУ водосбора Сим составляет 0,58 и Уфы – 0,53. У них не требуется оптимизация инфраструктуры. На водосборе Усы КЭУ составляют 0,43. Снижающим КЭУ фактором является большая доля урбанизированных и прочих земель. Перевод 26% пашен водосбора в пастбища повышает экологическую устойчивость водосбора Усы до 0,55, то есть до среднего значения КЭУ по группе (Таблица 5.17).
Таблица 5.17 Оптимизация структуры земельных угодий водосборов
лесолуговой группы
| Водосборы | Состояние | Площадь i-того угодья, % от общей площади | КЭУ | |||||||||
| лесов | водоемов | лугов | пастбищ | пашен | застроек | прочих земель | ||||||
| лиственных | хвой-ных | лесо-полос | всего | |||||||||
| Уса | фактическое | 3,3 | 0,7 | 0,43 | ||||||||
| рекомендуемое | 3,3 | 0,7 | 0,55 | |||||||||
| Среднее | фактическое | 2,3 | 0,7 | 0,54 | ||||||||
| рекомендуемое | 2,3 | 0,7 | 0,55 |
Примечание: КЭУ – коэффициент экологической устойчивости.
Экологическая инфраструктура водосборов становится устойчивой, но требуется разработка комплекса природоохранных мероприятий с учетом основного типа хозяйствования на водосборах.
Водосборам лесолуговой группы рекомендуется следующее соотношение земельных угодий: 44%(широколиственные леса) + 13%(болота, водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 20%(хвойные леса, лесополосы и сады) + 20%(пашни)+ 3%(урбанизированные и прочие земли).
Лесостепная группа водосборов. Лесостепная группа водосборов занимает 66,47 тыс. км2 (58,2% площади бассейна реки Волги по РБ). Фактическая экологическая устойчивость группы соответствует низкой степени (Кс = 0,47). КЭУ группы ниже норы, поэтому общая задача оптимизации – повышение средней экологической устойчивости группы.
При этом водосборы Зилима, среднего течения реки Белой и Нугуша имеют высокие степени устойчивости, соответственно обладают резервами экологической устойчивости, оптимизация их инфраструктуры не требуется. Экологическое состояние водосбора Инзер относится к средней степени устойчивости.
Остальные десять водосборов имеют КЭУ ниже 0,51, и оптимизация направлена на повышение их экологической устойчивости. С этой целью необходимо увеличить площади пастбищ за счет уменьшения площадей пашен.
После оптимизации все водосборы имеют КЭУ выше 0,51, а средний КЭУ группы увеличивается в 1,2 раза (таблица 5.18). Для поддержания экологической устойчивости данной группы водосборов на этом уровне требуется разработка комплекса природоохранных мероприятий с учетом основного типа хозяйствования на водосборах.
Водосборам лесостепной группы рекомендуется следующее соотношение земельных угодий: 34%(широколиственные леса) + 38%(болота, водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 6%(хвойный лес, лесополосы и сады)+18%(пашни) + 4%(урбанизированные и прочие земли).
Лугостепная группа водосборов. Лугостепная группа водосборов занимает 7,9 тыс. км2 (6,91% площади бассейна реки Волги по РБ) и включает три водосбора. Фактическая экологическая устойчивость группы соответствует низкой степени (Кс = 0,35). КЭУ значительно ниже нормы, поэтому общая задача оптимизации – повышение средней устойчивости водосборов.
Таблица 5.18 Оптимизация структуры земельных угодий водосборов
лесостепной группы
| Водосборы | Состояние | Площадь i-того угодья, % от общей площади | КЭУ | |||||||||
| лесов | водоемов | лугов | пастбищ | пашен | застроек | про-чих зем-ель | ||||||
| листве-нных | хвойных | лесополос | всего | |||||||||
| Бирь | фактическое | 1,1 | 3,3 | 0,6 | 0,42 | |||||||
| рекомендуемое | 1,1 | 3,3 | 0,6 | 0,52 | ||||||||
| База | фактическое | 1,0 | 2,4 | 0,6 | 0,40 | |||||||
| рекомендуемое | 1,0 | 2,4 | 0,6 | 0,57 | ||||||||
| Буй | фактическое | 2,5 | 3,1 | 0,4 | 0,40 | |||||||
| рекомендуемое | 2,5 | 3,1 | 0,4 | 0,53 | ||||||||
| Кама (сток*) | фактическое | 0,39 | ||||||||||
| рекомендуемое | 0,51 | |||||||||||
| Дема | фактическое | 4,2 | 0,8 | 0,39 | ||||||||
| рекомендуемое | 4,2 | 0,8 | 0,55 | |||||||||
| Быстрый Танып | фактическое | 1,1 | 3,3 | 1,6 | 0,38 | |||||||
| рекомендуемое | 1,1 | 3,3 | 1,6 | 0,51 | ||||||||
| Чермасан | фактическое | 0,8 | 3,8 | 0,4 | 0,38 | |||||||
| рекомендуемое | 0,8 | 3,8 | 0,4 | 0,55 | ||||||||
| Сюнь | фактическое | 2,1 | 5,5 | 0,4 | 0,34 | |||||||
| рекомендуемое | 2,1 | 5,5 | 0,4 | 0,51 | ||||||||
| Ик | фактическое | 0,5 | 6,1 | 1,4 | 0,31 | |||||||
| рекомендуемое | 0,5 | 6,1 | 1,4 | 0,51 | ||||||||
| Белая, нижнее течение, (сток) | фактическое | 1,0 | 5,7 | 2,3 | 0,31 | |||||||
| рекомендуемое | 1,0 | 5,7 | 2,3 | 0,51 | ||||||||
| Среднее | фактическое | 2,1 | 3,2 | 0,7 | 0,47 | |||||||
| рекомендуемое | 2,1 | 3,2 | 0,7 | 0,58 |
Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки. КЭУ – коэффициент экологической устойчивости.
Водосборы Усень, Уршак и Куганак обладают КЭУ соответственно 0,38; 0,34 и 0,32; что тоже значительно ниже нормы и оптимизация структуры их земельных угодий совпадает с общей задачей оптимизации. Необходимо увеличение природных компонентов водосборов, повышающих КЭУ: перевод пашен в пастбища, создание искусственных водоемов (водохранилищ и прудов) (Таблица 5.19).
Таблица 5.19 Оптимизация структуры земельных угодий водосборов
лугостепной группы
| Водосборы | Состояние | Площадь i-того угодья, % от общей площади | КЭУ | |||||||||
| лесов | водое-мов | лугов | пастбищ | пашен | застро-ек | прочих земель | ||||||
| листве-нных | хвой-ных | лесополос | всего | |||||||||
| Ус-ень | фактическое | 1,1 | 6,4 | 1,5 | 0,38 | |||||||
| рекомендуемое | 1,1 | 6,4 | 1,5 | 0,51 | ||||||||
| Уршак | фактическое | 0,1 | 4,1 | 0,8 | 0,34 | |||||||
| рекомендуемое | 1,1 | 4,1 | 0,8 | 0,52 | ||||||||
| Куганак | фактическое | 0,1 | 4,3 | 0,6 | 0,32 | |||||||
| рекомендуемое | 1,1 | 4,3 | 0,6 | 0,53 | ||||||||
| Сре-днее | фактическое | 0,4 | 4,8 | 0,8 | 0,35 | |||||||
| рекомендуемое | 1,4 | 4,8 | 0,8 | 0,52 |
Примечание: КЭУ – коэффициент экологической устойчивости
После оптимизации экологическая устойчивость группы водосборов повышается в 1,5 раза. Для поддержания экологической устойчивости данной группы водосборов на этом уровне требуется разработка комплекса природоохранных мероприятий с учетом основного типа хозяйствования на водосборах.
Водосборам лугостепной группы рекомендуется следующее соотношение земельных угодий: 17%(широколиственные леса) + 58%(водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 1%(лесополосы и сады) + 18%(пашни) + 6%(урбанизированные и прочие земли).
Степная группа водосборов. Степная группа водосборов занимает 8,8 тыс. км2 (7,71% площади бассейна реки Волги по РБ) и включает два водосбора. Фактическая экологическая устойчивость группы соответствует низкой степени (Кс = 0,35). Общая задача оптимизации – повышение средней устойчивости группы водосборов.
КЭУ степных водосборов находится в пределах от 0,31 до 0,38; что значительно ниже нормы и оптимизация структуры земельных угодий направлена на повышение экологической устойчивости водосборов. Пути достижения задачи такие же, как у лугостепной группы. После оптимизации экологическая устойчивость группы водосборов повышается в 1,5 раза (Таблица 5.20).
Таблица 5.20 Оптимизация структуры земельных угодий водосборов
степной группы
| Водосборы | Состояние | Площадь i-того угодья, % от общей площади | КЭУ | |||||||||
| лесов | водоемов | лугов | пастбищ | пашен | застроек | про-чих зем-ель | ||||||
| лиственных | хвой-ных | лесополос | все-го | |||||||||
| Кармасан | фактическое | 1,8 | 3,4 | 0,8 | 0,38 | |||||||
| рекомендуемое | 1,8 | 3,4 | 0,8 | 0,55 | ||||||||
| Белая, верхнее течение (сток*) | фактическое | 2,2 | 2,4 | 0,4 | 0,37 | |||||||
| рекомендуемое | 2,2 | 2,4 | 0,4 | 0,52 | ||||||||
| Ашкадар | фактическое | 0,2 | 6,3 | 1,5 | 0,31 | |||||||
| рекомендуемое | 0,2 | 6,3 | 1,5 | 0,51 | ||||||||
| Среднее | фактическое | 1,0 | 4,1 | 0,9 | 0,35 | |||||||
| рекомендуемое | 1,0 | 4,1 | 0,9 | 0,53 |
Примечание: *Выражение (сток) означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки. КЭУ – коэффициент экологической устойчивости.
Для поддержания экологической устойчивости данной группы водосборов на этом уровне требуется разработка комплекса природоохранных мероприятий с учетом основного типа хозяйствования на водосборах.
Водосборам степной группы рекомендуется следующее соотношение земельных угодий: 14%(широколиственные леса) + 63%(водоемы, водохранилища, луга и пастбища) + 18%(пашни) + 5%(урбанизированные и прочие земли).
Оптимальные соотношения земельных угодий групп водосборов Западного Башкортостана, обеспечивающие среднюю экологическую устойчивость, собраны в таблице 5.21. Оптимизация в основном проведена за счет перевода части пашен в пастбища. Учитывая сложность трансформации лесов и урбанизированных территорий в другие виды земельных угодий, их площади не корректировались.
Таблица 5.21 Рекомендуемые оптимальные структуры
водосборов Башкортостана
| Группы | Площади i-тых угодий, % от общей площади | ||||
| широколиственных лесов | хвойных лесов и лесополос | водоемов, водохранилищ, лугов, пастбищ | пашен | урбанизированных территорий и прочих земель | |
| Лесная | |||||
| Лесолуговая | |||||
| Лесостепная | |||||
| Лугостепная | 1(лесопо-лосы) | ||||
| Степная |
Анализ таблицы показал, что экологическая устойчивость водосборов Западного Башкортостана может быть обеспечена при ограничении площади антропогенных и абиотических элементов в пределах 22÷24% от общей площади водосборов. Остальные площади водосбора должны быть заняты природными и полуприродными элементами. При этом для поддержания стабильного экологического состояния во всех группах водосборов потребуется проведение комплекса природоохранных мероприятий по устранению негативных изменений в природных компонентах водосборов. Рекомендуемые нами пределы площадей интенсивно используемых угодий совпадают с результатами исследований других авторов [Н. Ф. Реймерса, И. П. Айдарова и др.]. Так, по данным Н. Ф. Реймерса [227], площади пахотных земель для степной зоны не должны превышать 20÷40 %, а по расчетам И. П. Айдарова [14] для Урало-Поволжского региона - 25÷30 % от общей площади.
Как отмечено в четвертой главе, экологическую устойчивость водосборов можно повысить мелиорацией элементов водосборов. Но это достигается только при строго дозированных мелиоративных воздействиях, соблюдении требуемого для данной зоны показателей мелиоративного режима. Согласно работам И. П. Айдарова и А. И. Голованова [14, 103], КЭУ орошаемой пашни можно повысить в 1,63 раза, а осушаемой – в 3-5 раз. В то же время, выполненные И. П. Айдаровым оценки показывают, что экологическая устойчивость орошаемых земель в настоящее время в России колеблется в пределах 0,09÷0,15, то есть стабильность поливных земель ухудшается.
Водные мелиорации земель водосборов рекомендуются при оптимизации структуры водосборов с установившимися соотношениями земельных угодий. Экологическая устойчивость определяется по формуле /4.1/. При известных площадях мелиорируемых пашен можно вычислить мелиоративную составляющую устойчивости и КЭУ мелиорированной пашни, при которых экологическое состояние группы водосборов будет устойчивой (КЭУ > 0,66 или КЭУ ≥ 0,51) (таблица 5.22). При КЭУ ≥ 0,51 для поддержания стабильного экологического состояния потребуется проведение комплекса природоохранных мероприятий по устранению негативных изменений в природных компонентах водосборов.
Анализ таблицы 5.22 показал, что для обеспечения экологической устойчивости водосборов без проведения дополнительных природоохранных мероприятий по поддержанию их стабильности КЭУ мелиорированной пашни должен быть не ниже 0,67. Полученное значение совпадает с результатами исследований других авторов [159, 258].
Таблица 5.22 Повышение экологической устойчивости водосборов
при водных мелиорациях
| Параметры экологической устойчивости | Группы водосборов | Среднее | ||||
| лесная | лесолуговая | лесостепная | лугостепная | степная | ||
| При КЭУ > 0,66 | ||||||
| КЭУ мелиорированной пашни | 0,50 | 0,65 | 0,67 | 0,75 | 0,77 | 0,67 |
 | 3,57 | 4,64 | 4,78 | 5,36 | 5,50 | 4,77 |
| При КЭУ ≥ 0,51 | ||||||
| КЭУ мелиорированной пашни | не нормируется | не нормируется | 0,25 | 0,45 | 0,46 | 0,39 |
| | - | - | 1,78 | 3,21 | 3,29 | 2,76 |
Примечания: 1. КЭУ – коэффициент экологической устойчивости;
2. – мелиоративная составляющая устойчивости, зависящая от изменения структуры водного баланса в результате водных мелиораций (см. формулу /4.1/).
При обеспечении экологической устойчивости водосборов с проведением дополнительных природоохранных мероприятий по поддержанию их стабильности КЭУ мелиорированной пашни может быть уменьшен в 1,73 раза.
Таким образом, оптимизировать структуру и повысить экологическую устойчивость водосборов можно варьированием площадей пашен. Площади антропогенных и абиотических элементов должны быть не более 22÷24% от общей площади водосборов. Остальные площади водосбора должны быть заняты природными и полуприродными элементами. При оптимизации структуры водосборов с установившимися соотношениями земельных угодий рекомендуются водные мелиорации земель водосборов. КЭУ мелиорированной пашни должен быть не ниже 0,67.
Выводы по главе:
1. Водосборы Западного Башкортостана, занимающие более 70% площади бассейна реки Волги (Камы) обладают низкой и очень низкой степенью экологической устойчивости. По ландшафтным зонам экологическая устойчивость водосборов снижается от лесной к степной зоне в направлении с северо-запада на юго-восток. Необходима оптимизация структуры земельных угодий водосборов Западного Башкортостана.
2. Воздействие техногенных факторов особенно сильно сказалось в степных и лугостепных зонах, где произошли необратимые изменения естественной растительности и других природных компонентов. Выявленные негативные изменения природных компонентов и экологические проблемы позволяют разработать практические рекомендации по повышению эффективности работ по комплексному обустройству водосборов.
2. Оптимизация структуры земельных угодий всех групп водосборов Западного Башкортостана должна быть направлена на повышение экологической устойчивости водосборов. Оптимизировать структуру и повысить экологическую устойчивость водосборов можно варьированием площадей и/или проведением водных мелиораций пашен водосборов.
6. Технология комплексного обустройства и рекомендации