Комплексного обустройства водосборов

Обобщенная функционально-технологическая схема комплексного обустройства включает системы мероприятий по регулированию всех основных процессов, режимов и компонентов водосборов [14, 16], в том числе:

1. Оптимизацию структуры и восстановление экологического каркаса водосборов.Работы направлены на повышение экологической устойчивости сельскохозяйственных угодий водосборов. Экологическая устойчивость повышается лесовоссстановлением на вырубках и/или залужением части пахотных земель. Показателями эффективности работ использованы коэффициенты экологической устойчивости , определяемые по /5.1/ и степень нарушенности структуры водосборов .

Негативное воздействие мест активного природопользования на водосборах изучено по хозяйственно-техногенной характеристике водосборов (таблица 5.2). Степень нарушения структуры водосборов определяется отношением интенсивно используемых земель к общей площади водосбора [12, 199]:

, /6.1/

где - площадь интенсивно используемых земель, га; - общая площадь водосбора, га. Относительные площади интенсивно используемых земель (пашни и урбанизированные территории) приведены в таблице 5.4.

По степени нарушенности структуры водосборов устанавливаются степени нарушенности ландшафтов (таблице 6.1).

Слабая степень нарушенности ландшафтов означает, что экологический каркас сохранил непрерывность; средняя – экологический каркас близок к разделению на отдельные природные массивы; сильная – экологический каркас разделен на крупные природные массивы, способные к саморегуляции; критическая – экологический каркас разделен на отдельные природные массивы неспособные к саморегуляции [16].

Таблица 6.1 Характеристика степени нарушения ландшафтов

Ландшафтные зоны	Степень нарушенности структуры водосборов, .	Степень нарушенности ландшафтов
Лесная	≤0,10-0,15 0,15-0,30 0,30-0,50 >0,50	Слабая Средняя Сильная Критическая
Лесостепная	≤0,15-0,20 0,20-0,40 0,40-0,50 >0,50	Слабая Средняя Сильная Критическая
Степная	≤0,15-0,30 0,30-0,50 0,50-0,60 >0,60	Слабая Средняя Сильная Критическая

С учетом степени нарушенности ландшафтов разрабатываются рекомендации по восстановлению экологического каркаса (см. п.п. 6.3).

Экологический каркас любой территории, в том числе и водосборов, состоит из трех взаимосвязанных звеньев:

- биоцентров (ядра экологического каркаса) – участки, на которых расположены природные саморегулирующиеся сообщества. Биоцентры формируются с целью сохранения на части водосборов естественных биогеоценозов. Их роль выполняют особо охраняемые природные территории: заповедники, заказники, природные и национальные парки. Согласно [16], площадь отдельных биоцентров не должна быть меньше 1000га;

- биокоридоров (транзитные территории) – участков, обеспечивающих на водосборах экологические связи между биоцентрами. Биокоридоры формируются вдоль линейных форм рельефа: речных долин, овражно-балочных комплексов, водоохранных зон, полос отчуждения и лесных полос;

- буферных зон (буферные территории) - защищающих биоцентры и биокоридоры от непосредственного негативного влияния хозяйственной деятельности. Буферные зоны располагают вокруг мест активного природопользования (карьеры, промышленные площадки, населенные пункты), а также вокруг особо ценных в природном отношении территорий. В буферных зонах должна вестись экстенсивная хозяйственная деятельность, размещаться сенокосы, многолетние насаждения, зоны отдыха населенных пунктов.

2. Облагораживание местной гидрографической сети и создание искусственных водоемов. В целом искусственные водоемы (водохранилища) формируют природно-техногенные комплексы «водохранилище – речной бассейн», облагораживают местную гидрографическую сеть и повышают экологическую устойчивость водосборов (КЭУ водоемов в 5,6 раза выше, чем у пашен). Водохранилища позволяют перераспределить поверхностный сток рек во времени и повысить базис эрозии. Степень воздействия водохранилищ на водосборы зависит от соотношения морфометрических характеристик искусственных водоемов и водосборов. В качестве характеристики, выражающей степень такого воздействия, можно использовать коэффициент искусственной озерности водосборов . Данный коэффициент характеризует долю площадей зеркал искусственных водоемов на водосборе (%) и определяется по аналогии с коэффициентом озерности [111], как:

/6.2/

где – площадь зеркала - го водохранилища, км²; – число водохранилищ на водосборе; - площадь водосбора, км².

На территории РБ по данным ФГУ «Управление «Башмелиоводхоз»» эксплуатируются 450 водохранилищ, из них 394 - в бассейне реки Волги (Камы). В бассейне реки Волги (Камы) наибольшее количество водохранилищ сосредоточено на западной и юго-западной частях республики. По административным районам наибольшее количество водохранилищ насчитывается в индустриально развитых районах: Дюртюлинском (39 водохранилищ), Буздякском (24 водохранилища) и Аургазинском (21 водохранилище); по ландшафтным группам – на левобережной части водосбора Белой в лесостепной и степной зонах.

Коэффициент искусственной озерности по бассейну реки Волги (Камы) составляет 0,28%, а по первым притокам: Буй -1,53%, Белая – 0,27% и Ик – 0,07%. Высокий коэффициент искусственной озерности водосбора Буй обеспечивает Кармановское водохранилище, занимающее второе место в республике по площади зеркала водохранилища. В пределах Западного Башкортостана 53 реки длиной более 30 км зарегулированы водохранилищами.

3. Предупреждение и борьба с эрозией и дефляцией почв, борьба с оврагами.Работы подразумевают применение агротехнических приемов, устройство лесных полезащитных насаждений и залужение части пахотных земель с уклонами более 5-7⁰, то есть транзитных фаций катен водосборов. Борьба с оврагами предусматривает закрепление дна и берегов оврагов, создание в существующих овражно-балочных сетях прудов и водохранилищ. Ориентировочно размеры территорий водосборов, представляющих эрозионную опасность можно оценить по доле транзитных фаций на ландшафтных катенах водосборов.

4. Регулирование эколого-геохимической устойчивости почв водосборов.Эти мероприятия включают известкование кислых почв, снижение содержания водно-растворимых солей и поглощенного натрия в почвах за счет известкования, промывок и гипсования. Мелиорация и рекультивация земель (водная, химическая, геотехническая) устраняет кислотность, засоленность, осолонцованность и загрязненность почв. В качестве показателя эколого-геохимической устойчивости почв водосборов использован уровень эколого-геохимической устойчивости М.А. Глазовской [96] (таблица 5.15).

5. Водные мелиорации земель водосборов. Существенная роль при комплексном обустройстве водосборов принадлежит водным мелиорациям. Для достижения надлежащего эффекта рекомендуется совместное (комплексное) применение различных способов мелиорации на всех элементах водосборов. При этом объектом мелиорации должны быть не произвольно выбранные части водосборов (поля севооборота, земли отдельного хозяйства), а геосистемы определенного ранга с взаимообусловленным набором компонентов и развивающиеся как единое целое. Только такой подход объективно вычленяет территорию, где проводится в целом – комплексное обустройство и в частности водные мелиорации, наиболее полно учитывает связи между компонентами природы и их взаимовлияние, отслеживает дальние экологические последствия.

В качестве объекта мелиорации рекомендуется использовать ландшафтную катену водосборов. Преимущества такого выбора обоснованы в первой главе. Количественную оценку влияния водных мелиораций на продуктивность и экологическую устойчивость водосборов рекомендуется выполнить, моделируя процессы влагопереноса в ландшафтных катенах водосборов. Моделирование этих процессов рассмотрены в третьей главе, а результаты – в четвертой главе. Экологически благоприятный мелиоративный режим нормируется предполивной влажностью в долях от ППВ и относительным водообменом между почвенными и грунтовыми водами в долях от суммарного испарения или впитывания воды в почву.

Кроме того, водообмен влияет на почвообразовательные процессы, участвует в формировании грунтовых вод и определяет нагрузку на местный речной сток. Поэтому учет водообмена между почвенными и грунтовыми водами в расчетах имеет важное практическое значение. Величину водообмена можно определить на основе строгого моделирования (модель функционирования катен) или, например, используя инженерный метод расчета, разработанный А.И. Головановым [99].

6. Регулирование баланса гумуса на обустраиваемых территориях водосборов.Основным фактором, определяющим экологические функции почв в пашнях водосборов, является активное управление биологическим круговоротом, критерием которого служат запасы гумуса.

При обустройстве водосборов с помощью водных мелиораций повышается продуктивность сельскохозяйственных земель. Урожайность катен водосборов Западного Башкортостана увеличивается в 1,4-3,3 раза и вместе с этим увеличивается вынос гумуса. Для сохранения плодородия почв необходимо поддержание существующего баланса гумуса на сельскохозяйственных землях. Изменение запасов гумуса приближенно можно описать дифференциальным уравнением, т/(га·год) [222]:

; /6.3/

; /6.4/

где G – текущие запасы гумуса, т/га; A – темпы образования нового гумуса при минерализации растительных остатков или органических удобрений в том числе и сидератов, а также потери гумуса при нисходящих токах влаги:

. /6.5/

Новообразованный гумус рассчитывается по эквивалентному содержанию углерода, т/(га·год):

; /6.6/

; /6.7/

где 1,724 – коэффициент, учитывающий долю углерода в гумусе; - коэффициент гумификации растительных остатков или навоза; - доля углерода в сухой биомассе или навозе (таблица 6.2); - сухая биомасса растительных отстатков при известной урожайности , кг/(га·год), получаемая по формуле /3.1/, т/(га·год):

; /6.8/

- доля сухой массы в урожае, в навозе или в сидератах; - ежегодная доза навоза или запахиваемых сидератов, т/(га·год). Для ориентировочных расчетов по рекомендациям А. И. Голованова принимается, что 1 т биомассы в среднем дает 120 кг нового гумуса, а 1 т навоза - 50÷70 кг.

Вымыв гумуса оценен по содержанию гумуса в почвенной влаге. При этом растворяется подвижная фракция гумуса в виде фульвокислот.

Таблица 6.2 Доля углерода и коэффициенты гумификации

в растительных остатках (по А. М. Лыкову)

Культура	Доля углерода в сухой биомассе или навозе,	Коэффициент гумификации растительных остатков или навоза,
Люцерна всех лет Кукуруза на зерно Кукуруза пожнивная Сахарная свекла, картофель Озимые: -пшеница -ячмень Навоз полуперепревший	0,405 0,357 0,370 0,397   0,348 0,350 0,500	0,25 0,15 0,15 0,08   0,25 0,25 0,30

Вымыв гумуса определяется по формуле:

, /6.9/

где - ежегодная промываемость почвы, мм. Принимается согласно четвертой главе; - растворимость гумуса, кг/м³. Растворимость гумуса и концентрация фульвокислот в почвенной влаге зависит от щелочности почвы или от содержания натрия в почвенном поглощающем комплексе (таблица 6.3).

Таблица 6.3 Растворимость гумуса,

Na в ППК, %
, кг/м3	0,35	0,42	0,55	0,62	0,70	0,85	1,22	2,15

По вышеприведенной методике рекомендуется оценивать динамику запасов гумуса и необходимость дополнительного внесения удобрений. В качестве показателей динамики запасов гумуса на мелиорируемых землях использованы относительное увеличение урожайности, дефицит гумуса и количество дополнительно вносимого органического удобрения необходимого для поддержания существующего баланса гумуса.