Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Обоснование защитной лесистости водоохранных зон малых рек Верхнедонского бассейна

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Обоснование защитной лесистости водоохранных зон малых рек Верхнедонского бассейна"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ЛЕСУ

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства

На правах рукописи

ЧЕПЛЯНСКИЙ Иван Яковлевич

УДК 630Х622:630ХП6.7

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИТНОЙ ЛЕСИСТОСТИ ВОДООХРАННЫХ ЗОН МАЛЫХ РЕК ВЕРХНЕДОНСКОГО БАССЕЙНА

Специальность 06.03.03

"Лесоведение и лесоводство; лесные локеры и борьба с ними"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Пуикино - 1990 г.

Работа выполнена во Всесоюзной ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательской институте лесоводства и механизации лесного хозяйства

Научный руководитель -

доктор сельскохозяйственных наук, старший

научный сотрудник Н.П. Калиниченко

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шаталов В.Г., кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Кудряшев П.В.

Ведущая оргаяизвция - ВНИИДлесресурс

на заседании специализированного совета К 028.01.01 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследова -¡сельском институте лесоводства и механизации лесного ховяй -ства по адресу: 141200, г. Пушкино, Московской области, ул. Институтская, 15.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ох/¿1^/1 Л 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук В.П. Заломанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Постановлением Совета Министров СССР К? 868 от 8 октября 1980 г. "Об усилении охраны малых рек от загрязнения, засорения и истощения и о рациональном использовании их водных ресурсов" поставлена задача повышения водности и чистоты малых рек, состояние которых заметно ухудшилось в связи с изменением природных факторов и нерациональной хозяйственной деятельности. При резком ухудшении экологической обстановки особенно в неблагоприятном положении оказались малые реки Верхнедонского бассейна. Среди различных мероприятий, направленных на оздоровление рек, особое место принадлежит защитный лесным насаидениям. Однако, в настоящее время их участие в речных бассейнах понизилось до 2-3%, вследствие чего продолжаются смыв почвы, разрушение коренных и русловых берегов, заиление русл и истощение рек. Возникла необходимость повышения лесистости и рационального размещения насаадений на -различных категориях земель водоохранных зон.

Исследования проводились по плану НИР Госкомлеса СССР с 1981 г. по темам Ш.4.2, государственный регистрационный номер 01820073500, и 1.6.1 - № 01870038761.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ - определить мелиоративную роль различных категорий защитных лесных насаадений, обосновать их параметры и принципы размещения в водоохранных зонах малых рек,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлены морфометрическая структура и характер использования земельных угодий водоохранных зон малых рек и их облесенвость; вскрыты закономерности оврагообра-зования на коренных берегах речных долин; определено влияние защитных лесных насаждений на интенсивность проявления эрозионных процессов, сток, сокращение выносов биогеввых веществ и укрепление коренных и русловых берегов.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ и ПРЕДЛОЖЕНИЙ по диссертации подтверждается большим объемом экспериментальных данных , обработанных методами статистики с применением ЭВМ " Соаоп. СХ-1".

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. Материалы для диссертации собраны лично автором или при непосредственном его участии в процессе проведе-

ния исследований по темам Ш.4.2 и 1.6.1 в течение 1981-1990 гг.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Предложены параметры минимально необходимой лесистости водоохранных зон, принципы размещения защитных лесных насаждений на различных категориях земель, обоснован ассортимент пород. Результаты исследований включены в "Рекомендации по выращиванию систем защитных лесных насаждений в водоохранных зонах малых рек" (протокол № 2 секции Научно-технического совета Госагропрома и Госкомлеса СССР от 02 октября 1986 г.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований докладывались на научных конференциях молодых ученых (г.Пушкино, 1985, 1986 гг.), совещании Всесоюзной школы молодых ученых и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природа (г.Минск, 1987 г.), демонстрировались на ВДНХ СССР; 8а участие в разработке параметров оптимальной лесистости водоохранных гон в 1986 г. автор удостоен бронзовой медали.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.

ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы из 187 наименований, в том числе 4 иностранных, II приложений. Работа изложена на 233 страницах, содержит 57 таблиц, 26 рисунков и фотографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ раскрывается актуальность работы, ее научная и практическая давность, формулируются вопросы, требующие научного обоснования и практического решения, характеризуются регион проведения работ и направление исследований.

В ПЕРВШ ГЛАВЕ изложены состояние вопроса, краткая характеристика района и объектов исследований, программа, методика и объем выполненных работ.

Состояние вопроса. К категории малых относятся реки с водосборной площадью не более 2000 км2 и протяженностью до 200 км. В регионе исследований на их долю приходится 98,6^ по количеству и 79,8% - по протякеавости.

В водоохранных вонах малых рек (русловые берега, пойма, крутые части коренных берегов и овражно-Салочные системы) наиболее выраженными очагами для заиления рек являются коренные Ч

берега речных долив и овракно-балочные систеш». Изучению овраа-во-балочных систеи посвящено достаточно исследований (A.C. Коз-ыешсо, 1954; А.Г. Рожков, 1975; ЮЛ. Телешек, 1975; Н.П. Кали™ ниченко, В.В. Ильинский, 1976; К.Г. Зыков, 1981, 1983; В.М.Изо-нин, 1983; Н.П. Калиниченко, И.Г. Зыков, 1986). Значительно меньше работ, характеризующих состояние коренных и русловых берегов. И лишь благодаря исследованиям Г.А. Харитонова (1976), И.В. Трещевского, В.Г. Шаталова (1983), В.Б. Орловского и др. (1983) была раскрыта существующая проблема мелиорации водоохранных зон рек. Однако, до настоящего времени не изучены морфоиетрические параметры зеыельных угодий речных долин, состояние насаждений, характер их размещения, что усложняет определение минимально необходимой лесистости на берегах и в пой-иах рек.

Влияние лесных насаждений на водность и чистоту рек детально рассматривается в работах многих ученых (Г.Н. Высоцкий, 1949; И.В.Тюрин, 1949; В.В. Рахманов, 1970, 1972; Л.В. Лесов-ская, 1974; М.В. Рубцов, 1972; Н.Р. Ореховский, 1972; В.Г.Шаталов, 1975; П.Ф. Иодзон, Г.С.Пиаснова, 1975; A.B. Победин-ский, 1979; А.П. Никитин, 1980; И.Г. Сшосарев, В.И, Саенко, 1980; В.Б. Орловский, Л.З. Стерня, В.Н. Воробьев, 1983; Н.П. Калиниченко, И.Г.Зыков, 1986). В их работах оценивается роль произрастающих насаждений на водосборах з свегозадеркзпии и сиегораспределеяии, регулировании поверхностного стока, увеличении доли подземного стока, однако, мелиоративные особенности насаждений в водоохранных зонах малых рек освещены слабо.

В 1960-1970 гг. выходят в свет документы, регламентирующие хозяйственную деятельность в долинах рек (Рекомендации по создании прирусловых защитных лесных полос вдоль малых и средних рек УССР, 1963; Технические указания по проектировании и созданию защитных лесных насаждений по берегаи рек, водохранилищ и крупных каналов, 1975; Методические указания по проектированию и созданию защитных лесных насаждений в долинах рвк8 1979). Их появление сыграло свою роль, однако, ввиду слоявосвц проблемы, коренных сдвигов в ее решении не произошло.

3 связи с резким ухудшением состояния малых рек в 80-х годах выходят в cues постановления Советов Министров СССР и РСФСР, в которых определены параметры водоохранных зол es в определенной степени регламентирована хозяйсгванная деятельность з них. На основе этих документов были составлены врз-

ыенвые рекомендации по облесению русловых берегов малых рек в лесной и лесостепной зонах равнинной территории европейской части СССР, 1982; Рекомендации по созданию защитных лесных насаждений в долинах рек, 1984; Рекомендации по облесению берегов рек малых бассейнов Ростовской области, 1984. Однако в них не разрабатывались и не обосновывались показатели,определяющие параметра и принципы размещения защитных лесных на-саядений в водоохранных зовах.

В связи с тем, что Верхнедонской гидрологический бассейн представляет наиболее возвышенную часть Среднерусской возвы-венности, именно он и определен как район проведения исследований. Для региона приводится краткая характеристика климата, геоморфологических и гидрологических условий, состояния лесной растительности и почв.

Объекты стационарных исследований - ьодоохранвые зоны малых рек Верхнедонсного гидрологического бассейна. Дополнительные наблюдения и замеры проводились в Берхнеокском, Северскодонецко-Оскольском и Сред-недонском гидрологических бассейнах.

Программой работ предусматривалось: изучить морфометрическу» структуру и параметры водоохранных зон малых рек; установить влияние природно-физи-ческих факторов на интенсивность проявления эрозионных процессов иа коренных берегах речных долин; определить мелиоративную роль лесных насандений в водоохранных зонах рек; выявить влия-нке лесных насаждений на сток биогенных веществ; обосновать параметры и принципы размещения защитных лесных насаждений в водоохранных зонах малых рек.

Исследования по программным вопросам проводили!

по общепринятым методикам (А'.С.Козменко, М.В.Рубцова, 1972; Г.П.Сураача, 1972; В.Г.Шаталова, 1975; Н.П.Калиниченко, 1976, 1986). Изучение ыорфометрической структуры и параметров водоохранных зон осуществлялось маршрутным и картографическим методом. При маршрутных исследованиях на 16 малых реках общей протяненностью 1060 км по лево- и правобережью устанавливались параметры коревных , русловых берегов и пойм. На коренных берегах рек выделены следующие категории площадей: берега различной крутизны (до 35° и выше); обрывы, осыпи и обнажения ыагерипских пород; действующие и затухшие овраги; мехов равные выступы шириной до 50 м; конуса выносов оврагов и 6

>вражно-балочных систем; облесенные берега. В ;;оймах рек выде-ieuo 8 категорий площадей: леса и кустарниковые заросли, сено-£Осы, пашни, приусадебные участки, пастбища, водоемы, болота, 1рочиэ угодья. Русловые берега подразделялись ва: устойчивые, зе подверженные разрушению; размываемые в нижней части; разьш-заемые по всему профилю; намываемые»

Площадь и долевое участие каждой категории земель рассчи-сывались по ландшафтно-структурным частям реки, что позволило зыявить их территориальное состояние и в дальнейшем рекомендо-зать для них хозяйственные мероприятия.

Картографический метод использовался для выделения пара-штров водоохранных зон, он не применялся и при изучении влия-зия природио-физических факторов на оврагообразование. По кар-саи замерены размеры всех слагаемых 1079 межбалочных водосборов и параметры расположенных на них 4776 оврагов. На основе результатов обработки ва ЭВМ " ^оаоа СХ-*1" полученных данных шявлены закономерности проявления эрозионных процессов на коренных берегах долин рек.

Снегонакопление и снегораспределение, а также запасы во-хы в снеге определялись по методике Главного управления Гидро-jeicnysßu СССР (1958), весенний сток - по наставлению Гидромет-;луабц (1972). Водопроницаемость почвы на 18 участках норзвных Эерегов устанавливалась по измененному методу Качннского в [О-кратной повторности (720 опытов). На почвенных разрезах до глубины 50 см кольцами объемов 80 си3 в 3-5-кратной повторно-зтя определялась плотность (318 образцов), содержание гумуса -то Тюрину (18 образцов); корненасыщенность - методой размызза лонолитов почвы объемом 1000 см3 (720 образцов). Водопоглоти-гельная способность подстилки определялась по методический рекомендациям В НИ ИМ (1979) - 3 85 образцов.

Почвоскрепляющая способность корневых систем древесных п кустарниковых-пород изучалась методом монолитов (520 образцов) яо П.К.Красильникову (i960); морфометрическое строение корневых систем - по В.А.Колесникову (1962); биомасса деревьев - по U.E.Родину, Н.й.Базилевичу, П.П.Ремезову (IS6f;); противозро -знойная устойчивость почвы на 12 участках русловых берегов -10 С.С.Соболеву и С.Н.Пономаревой.

Сток биогенных веществ и влияние на зго прохождение защит-вых лесных насаждений изучалось на 50 овражно-балочных систе -,шх разной степени облесенности. Во время весанвего стока в замыкающем створе балок в течение двух лег отбиралась проба

7

вода ва содержание аммиачного и нитратного азота, фосфора и калия (1700 анализов). Содержание первых двух определялось с помощью автоматического анализатора "Хемиспек", вторых - на пламенно-эмиссионном спектрофотометре зсар .В наиболее широких местах поперечного профиля водосборов в конце стога из слоя 0-20 си отбирались смешанные образцы почвы из 25-30 отдельно взятых. В сухих образцах определялось содержание аммиачного и нитратного азота, фосфора и калия по методике Е.В.. Аринушкиной (1970). Обработка и анализ экспериментальных дан-пых осуществлялись методами вариационной статистики.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена изучению морфометрической структуры водоохранных зон малых рек. В состав водоохранной зоны включены русловые берега рек, поймы, коренные берега речных долин крутизной более 10°, а такае овражно-балочше системы. Граница зоны устанавливалась на 20-25 и выше выраженной бровки речной долины, вершич оврагов, бровок берегов балок. Площадь, заключенная между оврагами и балками, лри расположении их друг от друга менее чем на 50 м, включалась в состав водоохранной зоны,

По данным замеров в 243 точках у 53 рек, ширина водоох -равной зоны, без учета овраано-балочных систем, для рек длиной до 50 км равнялась 310-350 и,' более 50 км - 740 м. Наибольшую часть общей площади бассейна малой реки занимают балочные водосборы (77,0$)» на Долю ыонбалочннх водосборов приходится 19,4%, поймы - 3,4/5. Водоохранная зова составляет .'8,5% общей площади бассейна - 53,2% ез площпди занимают оврагио-балочные системы; доля присетевых склонов - 2,3%, приоврагно-пркбалоч-вих и приречиых полос - 15,5%, коренных берегов долин - 11,9/5, пойм - 16,0%, русловых берегов - 1,1%.

Участков коренных берегов с уклоном до 10°, где сосредоточена пашни и посев трав, учтено 50,7%; берегов крутизной 1015°, которые могут быть использованы для выращивания плодово-ягодных культур или посева травосмесей - 11,1%. Более 35% площадей, которые целесообразно использовать под облесение, представлены берегами с уклоном больше 15°, обрывами, осыпями, обнажениями материнских пород, оврагами, мековрагшыми выступами, конусами выносов. Естественная лесная растительность занимает всего 3,0% берегов.

Неодинаковой оказалась структура коронных берегов по те-чонию реки. В верхнем (до 25 ки от истока) и среднем (25-50 км) течениях рек больше половины занимают пахотные и залукев-8

ныв берега крутизной до 10°, а непахотные крутизной 10-15° -всего 11,1%; их максимум (15,9%) установлен в нижнем зечазии рек на левых берегах, минимум (4,3%) - в среднем течении аа правых берегах. С удалением от истока правых берегов крутизной 15-35° становится меньше, а крутизной свыше 35°, обрывов, оврагов и меясовражшх выступов - больше,

В верхнем течении по обеим сторонам рек преобладают ко -репные берега шириной более 100 а, з нижнем больше всего бе -регов шириной до 50 и. В делом для Верхнедонского бассейна характерны узкие берега шириной до 50 м - 49,3,%; средних шириной 50-100 м учтено всего 3,6%.

Средняя игрива пойм малых рек - 135 м; не затопляется или затопляется редко 89% их площади. Под пастбища используется 53,5% пойменных земель, пашню - 34,8%; под экологически благополучными землями - сенокосами и лесными насаждениями -заходится менее 4% площади. Наибольшая лесистость (2,O/ó) отмечена в верхнем течении, & среднем и никнем течениях рек лесных насаждений практически нет.

В общей структуре земельных угодий водоохранных зон сильно подвержены разрушительным процессам такие русловые берега» По степени устойчивости к воздействию руслового потока преобладают стабильные берега - 90,1%, размываемых - 7,8%, замываемых - 2,1%. Среди выделенных трех типов русловых берегов (вогнутые, выпуклые и прямые) на долю пряных приходится 80в5% протяженности берегов, вогнуть : - 16„БС выпуклых - 2,7%„ Профиль берегов представлен преимущественно пологими участками, на долю которых приходится 89,8%, обрывистых - 8,6%, ступенчатых - 1,6%. Ширина берегов от уреза воды до бровки берегов в меженный период варьирует от I до 12 п. Минимальные их параметры в потоковой части рек - 0,9-2,0 и. С удалением от истока ширина увеличивается до 5-12 м, высота - до 2,4-3,3 ir.

ОЗлесеиность берегов составляет 31,4%.

Сложность освоения и создания защитных насаждений аа русловых берогах сопряжена в основном с трудностями закрепления размываемых участков, где требуется усиление лесомзлиоратив -пых приемов гидротехническими.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследований влияния природно-физячоских факторов за оврагообразованиэ за коронных берогах рач:шх долин. Возникновение оврагов обуслов -лоно поступлением с меабалочпнх водосборов через коренные бо-

9

pera в пойиу 20-25% поверхностного стока. По конфигурации площадей выделены 4 формы иежбалочных водосборов: треугольная равнобедренная - I; треугольная со смещенной вершиной - П; четырехугольная вытянутая вдоль долины реки - Ш; трапецевдаль -ная - 1У (рис. I). Их параметры представлены в табл. I.

Рис. I. Форма межбалочных водосборов

Таблица I

Морфомзтрические параметры межбалочных водосборов*)

Форма водосборов 1 Мелочные водосборы { Коренные берега

1доле{лло- }длива(отно 1про- }высО|Отао-|часто-]вое }щадь,| ¡си- тя- |та,м|си- ¡та ов-

{уча-¡га

|СТИВ|

!

|Тель '¡жен- i |ный ¡ность! ¡ук- вдоль( ¡лон ¡доли-j I !ны peí

|Тель-[рагов, ¡ный |шт/пог. iуклон i км Í !

!ки. м!

Треугольная равнобедренная

Треугольная со смещенной вершиной

77,9 155,0 544,7 0,038 1441 16,9 i,I46 1,8±

ОД

16,4 208,0 623,3 0,032 2203 21,3 0,162 3,2+

0,3

Вытянутая вдоль руола реки

5,7 618,3 817,9 0,029 4042 25,7 0,174 4,0* ■ ' 0,6 В связи с преобладанием водосборов треугольной равнобедренной формы на них изучалось влияние различных факторов на оврагообразование. Анализ исследований С.С. Соболева (1948), А.С.Козменко (1954), Й.А.Санталова (1974), А.Г.Роккова (1975, 1981), М.Н. Заславского (1983) показывает, что длина линии стока, площадь, уклон водосбора, местный базис эрозии, экспозиция и лесистость оказывают влияние на оврагообразование. В наших

с) Ввиду малочисленности водосборы трапециедальной формы в рас* чет ве принимались.

исследованиях, проведенных в бассейнах II рек, где средний многолетний слой стока характеризуется разными ьыличинаыи, выра -кенной прямой зависимости оврагообразования от длины линии стока не выявлено (табл. 2).

Таблица 2

Влияние длины склонов на оврагообразование

¡Число¡Средняя!Относи-.Показатели овраго-Бассейны рек водосбо-;длина тельный] образования

,ров ¡склона ,уклон !напря. ¡частота» I ! ! ¡женно- )шт/пог,км

Верхняя Ока 254 679,0 0,035 0,12 1,0

Буша 123 616,4 0,040 0,18 1,8

У па 60 610,7 0,034 0,22 1,7

Верхний Дон 143 587,9 0,048 0,10 1,2

Сейм 143 517,8 0,038 0,13 1,4

Псел, Ворскла 82 635,9 0,033 0,28 3,0

Ос кол 85 770,6 0,032 0,70 4,3

Средний Дон 75 679,8 0,039 0,94 4.5

Верхняя Калитва и

Северский Донец 114 903,4 0,032 0,45 2,8

Не обнаружено выраженной зависимости между уклоном подо -сбора и частотой оврагов (табл. 2). Обычно в северных бассой -нах рек относительный уклон бсльше, чем в южных,, интенсивно -сть яе оврагообразования на берегах кюшх рек-в 3-4 раза больше (исключение составляет бассейн среднего Дона). 3 то яе время на сильно разрушенных оврагами коренных берегах уклон, как правило, больше.

Прямая зависимость установлена между численностью овра -гов и базисом эрозии. Наиболее четко эта закономерность про -слеживается в бассейнах среднего Дона и Осиола (таблв 3)» Базис зрозии межбалочных водосборов является более выраженным фактором оврагообразования, чем высота коренных берегов*

В регионе исследований распределение межблочных водосборов по площади характеризуется следующими ве.'шчиаами; до 50 га - 23,1$; 51-100 - 28,1 и 100-200 га - 22,9Ипмат размеров водосборной площади на оврагообразование не проявляется» В среднем на I пог.кы коренного берега приходится 2,9 оврага0 или

на гектар площади водосбора 0,022 оврага.

Таблица 3

Влияние базиса эрозии на оврагообразование

Бассейны рек 1 Базис ¡эрозии, ¡Высота ¡корен- ¡Площадь ¡водосбо-| ров, га ! 1 1 ¡Показатели овраго-■] образования

| м ! ! ! ного ¡берега, j м 1 напряженность, ! км/км ¡частота, |шт/пог.км 1

Верхняя Ока 43,0 19,8 172,8 0,12 0,96

Зуша 51,5 18,4 118,9 0,18 1,75

Упа 41,6 14,1 162,4 0,22 1,73

Верхний Дон 48,1 15,8 112,2 0,09 1,23

Сейм 41,3 15,3 107,9 0,13 1.«

Псе л, Ворскла 45,6 20,1 180,6 0,28 2,98

Ос кол 55,0 21,4 251,3 0,70 4,33

Средний Дон 64,3 28,9 235,9 0,94 4,49

Верхняя Калитва, Северский Донец 58,1 24,7 342,9 0,45 2,86

Интенсивность оврагообразования четко связана с экспозицией водосборов. На световых склонах водосбора количество оврагов варьирует от 0,025 до 0,03'* на I га, а ва теневых их в 1,5-4 раза меньше.

Но наиболее тесно связана интенсивность овраго.-.оразования со степенью облесенности. Долевое участие облесенных коренных берегов очень низкое (рис. 2). На облесенных берегах овраги отсутствуют повсеместно, на берегах с разрозненными лесными участками просматривается тенденция их увеличения, а ва безлесных - закономерный рост (рис. 3). ^

I

ет т

ч

о о к и

го

а а, <о га о

ЕГ

о и и Ы ы и

Лесистость Рис. 2. Распределение коренных берегов долин рек по степени облесенности

« КО ;

н-—> 1 1

« 1 > 1 ■ ч.^

О ЕВ 1 ОАО - л 1 « - го а

о и и

<и — сто - о .

*» ч К 2 о.го - И 3 к 3,0 Ш - о о

с\ га ез

га 1! аа « ЕН

0,10 - и а 1,0 ЕН а

■ 1.0

2-Я

1,0

\

/ \

1< ч у>,

N

\

ч \

к

о ю *о 60 7.

Лесистость Рис. 3. Связь облесенности коренных берегов с интенсивностью ов-чагообразования

На разных удалениях от истока разрушение коренных берегов происходит с разной интенсивностью и максимальных величин до -стигает в нижних течениях рек.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ изложены результаты исследования мелиоративной роли защитных лесных насаждений в водоохранных золах рек. Выявлено, что на ветроударных склонах при наличии прирэч-ных полос высота снега на 8-16% выше^ чем на склонах без полос. Разница в высоте снега на коренных берегах, сопряженных с приречными лесными полосами, составляет - 8-10 см„ а на берегах без полос - 41-53 см. В речных долинах, находящихся в система приречных лесных полос накапливается 18-21% общих запасов снеговой воды на водосборе, что па 4~9% меньше, чем в безлесных долинах.

На балочных водосборах с облесенными берегами распределение снега происходит равномерно. Разница в высоте снега на противоположных приводораздельных склонах составляет 1-3 см; за безлесном балочном водосборе эти различия достигают 9-17 см. При лесистости водосборов 9-19% запас воды в снеге на полевых склонах составляет I036-II70 м3/га, а при отсутствии яасаядв -ний - 758-1025 м3/га.

Максимум поверхностного стока отмечен в истоковой части реки на безлесном балочном водосборе - до 0,60, минимум (0,25)

- при лесистости 19,0%»

Прослеживается зависимость объема твердых ианосов os экспозиции и степени облесенности склонов. С водосборов о лесистостью 9,3-15,1% южных экспозиций масса наносов составила 0,45 т/га, а с водосборов лесистостью 18,0, 19,0% северных экспо -яиций - 0,09 т/га.

При наличии снега почва на балочных и коренных берегах промерзает мало. При этом под воздействием корневых систем лесных насаждений усиливается ее водопроницаемость„ действие которой проявляется и в период летних ливней. Водопоглощающая способность почв зависит от состава и возраста насаждений; ее различия выявлены также и по участкам берега. В насаждениях дуба 60-80-летпего возраста в Ю-сантиметровом слое водопроницае -а ость почвы составила 30-35 мм/мин, в еловых - 28,0, сосновых

- 15-20, лиственничных - 15,6 мм/мин. В 37-летиих насаждениях на этой ясо глубине под лиственницей она достигла 10,0 мм/мин, сосной - 10-15, дубом - 20-25 мм/мин, что в 2-4 раза больше,

чем аа безлесных участках (5,7 ш/мин).

Больше (6,1-22,7 М1Д/иин), чем на безлесном берегу (3,5 ыы/шш)г водопроницаемость была и в слое почвы 10-20 см. Наибольшая водопроницаемость по всему профилю почвы отмечена в древостоях дуба и в нижних частях берегов.

Ведущим фактором, определяющим интенсивность впитывания влаги, оказалась насыщенность почвы корнями диаметром менее X т (коэффициент корреляции г- = 0,91). Проведена аппроксимация зависимости инфильтрации почвы мм/мин) от этого пс казателя (К г/м2) по уравнению прямой: ^ а 0,2 К + 2,3 Уравнение достоверно ( tч?. = 17,5 > 1 о 05 = 11

приемлемо для определения водопроницаемости расчетным методов В результате изучения почвоскрепляющей способности дрз -весных пород в насаждениях разного состава установлено, что на коронном берегу крутизной 20° средний запас корней у дуба составил 1,06 кг на I ы3 почвогрунта, лиственницы - 0,78, березы - 0,48, вяза - 0,43, акации желтой, жестера слабительного и жимолости обыкновенной,соответственно, 0,84, 0,98 и 0,23 кг/цэ. Сила скрепления лочвогруытов корневыми системами зависит от насыщенности почвы корнями диаметром менее I ым и их протяженности. Максимальные 1а значения отмечены под дубои - 23 г/м3 и 96,5 ы, минимальные под березой - 2,4 г/м3 и 20,2 и. Среди кустарников наибольшей корненасыщеиностыо и прс тяшшовтыо корней характеризуется зкестер слабительный (85,5 г/и8 и 348 и). По общей протяженности корневых систем в I и3 почвогрунта построен следующий ряд; дуб - 1740 ы, лиственница - 800, аесгер слабительный - 459, акация желтая - 231, ви-моиесть обыкновенная - 115,6 и, вяз - 81,4, береза - 43,4 ы.

Ка русловых берегах основную почвоскрепляющую роль вы -полняют ивы, среди которых максимальной корненасыщенносгью (637 г/м2) и длиной корневой системой (300 ы/ы2) отличается йве'червеющая. Более 80% протяженности ее корней приходится не мелкие, диаметром менее I ,мм. Лабильной корневой системой обладаем шелюга краоьая, что позволяет ей расти в разных услс виях увиа8нания5 ока хорошо приживается даже на песчаных пля-аах.

В зарослях ивняков наибольшей противоэрозионной устойчивостью характеризуется почва под ивой серой (244,2 Дж/см3). Такой яэ противоэрозионной устойчивостью, как почва под ивой

урпурной, шерстистопобеговой, трехтычинковой, обладает задаренная почва или заросшая по межени осокой.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена изучению объемов выносов биогенных еществ в малые реки и влиянию произрастающих на водосборах ащитных лесных насаждений на задержание этих веществ,, В пос-одние годы этот вопрос привлекал внимание многих исследовате-ой (В.Т.Николаенко, 1980; H.H. Приходько, 1984; A.A. Соколов, 985; В.А. Алексеенко, 1986).

Объем и состав веществ, поступающих в малые реки со смн-ой почвой, снегом, стоковыми водами, изучались нами на 50 ба-очных водосборах разной облесенности.

Содержание биогенных соединений в почве по годам исследо-аний значительно варьировало. В 1987 г. концентрация аиграт-ого азота достигала 1,1 мг/ЮО г почвы, в 1988 - 2,3 мг/ЮОг, римерно такие же различия отмечены и в содержании аммиачного зотаг 2,7 и 5,7 мг/ЮО г почвы. Калия, наоборот, в 1988 г. очти на всех водосборах оказалось втрое меньше, чем в 1987 г. одержание фосфора примерно на 50% объектов нз превышало 2,5 г/100 г, на 40% водосборов составило 2,5-5,0 мг/ЮО г.

Корреляционный анализ связи концентрации биогенных злемев-'Ов в стоковых водах о содержанием их в почве не подтвердил ;еткой зависимости между ними, что, вероятно, обусловлено не-1Ысоким фоновым загрязнением, хотя по данным (В.А.Явтушенко, !9б7) такая связь обычно проявляется.

Загрязненность снега также варьировала в широких пределах, m за исключением аммиачного азота и редко фосфора за превыша-ia ПДК и в этой связи не являлась главной причиной загрязнения юд малых рек.

В стоковых водах, по сравнению со снегом, концентрация 5иофильных элементов была вышег фосфора в 3,5 раза, нитратио^ ло азота в 4,5, калия в 8 раз. Увеличение концентрации аммиач-юго азота более чем в 4 раза отмечалось только на отдельных юдосборах. В целом же более чем на половине балочных водосбо-зов содержание фосфора не превышало ЦДК (0,19 мг/л); за 30% зодосборов зтот уровень был превышен вдвое, на 10% - в 3 раза, 1 в отдельных случаях - в 5 раз. Концентрация нитратного азота превышала ПДК только на 8% водосборов, а по аммиачному -:а 36%.

На исследуемых водосборах в среднем с каждого гектара ;«ывается я попадает в палые реки от 40 до 980 кг/га твердых

15

наносов, В мелкоземе валовое содержание азота в 1988 г. составило 0,3, фосфора - 0,2„ калия - 3,7 кг/га. За счет опада хвои, веяок к приноса с полей не остается чистым снег и под лесными насаждениями. Так, на водосборе лесистостью 86,8/» в снегу учтено до 740 кг/га твердых включений, в них содержалось 0,74 «г/га валового азота, 0,6 кг/га фосфора и 10 кг/га калия. В среднем с водосборов разной лесистости вместе с твердым стоком в малые реки в 1988 г. поступило валовых: азота - 0,09 кг/га, фосфора - 0,07, калия - 1,2 кг/га.

При анализе концентрации биогенных соединений в устьевых частях балочных водосборов разной лесистости выраженной зависимости от степени облеселности не выявлено.

Установлено! что содержание аммиачного и особенно нитратного азота имеет заметную тенденцию к снижению на водосборах с лесистостью 307« и более. Выявлено также, что чем крупнее балочный водосбор, тец больше факторов влияет на содержание стока и ¡тем неопределеннее становится связь-в замыкающем створе, хонд слабо выраженная зависимость (2,8-3,1%) между степенью об-яосенности и объемом выноса биогенных соединений имеется. Видимо, ото обусловлено тем, что до подхода к замыкающему створу сток контактирует о преобладающими по площади полевыми угодьями; долевое же участие лесных насаждений на пахотных склонах ничтожно мало, а через балочные леса сток проходит преимущественно б концентрированном виде.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ дано обоснование параметров различных ей -дов лесных насаждений и определены принципы их размещения в водоохранных зонах (приречных лесных полос, истоковых урочищ, насаждений на коренных и русловых берегах рек). Выявлено три основные местоположения для размещения приречных лесных полос: в аижвей части присехевых склонов на границе выраженной бров -ки коренных берегов с уклоном более 10°; вдоль берегов, пред -ставленных обрывами, осыпями, обнажениями материнских пород, еаовракевЕьши участвами, аажовракцыаи выступами и по границе поймы и пологих коренных берегов.

Установлена целесообразность определения ширины полос по формуле А.П. Пикитиаа (1989)

■ . (I - -£]Ж± ) . Л1*. (2), где:

в - ширина полосы, Спдк - предельно допустимая концентрация биогенного соединения, мг/л; Н. - слой поверхностного стока весеннего снеготаяния, мм; К - коэффициент выноса биогенных соединений; К - коэффициент выхода из удобрения биогенного соединения; Д - доза внесения удобрений, кг д.в./га; № -суммарное водопоглощение за период снеготаяния, мм; - протяженность межбалочного склона от опушки нижней стокорегули -рущай полосы до бровки коренного берега или границы с пой -мой, м.

Предельно допустимая концентрация биогенного соединения устанавливается по нормативным документам "Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения (1988), "Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" (1961). Для аммиачного азота она составляет 1,3 (1,0 мг/л М ), фосфатов 0,25 (0,19 мг/л Р2О5). Слой поверхностного стока весеннего снеготаяния определяется в соответствии с "Рекомендациями по лесной мелиорации при контурной организации территории в районах активного проявления водной эрозии" (1989).. Для района исследования он составляет с уплотненной пашни 65 мм. Коэффициент выноса биогенных соединений на серых лесных и дерново-подзолистых почвах для азота - 4, фосфатов - I. Коэффициент выхода из удобрения биогенных соединений для аммиачного азота - 0,6, нитратного - 0,4, фосфатов - 1,0 (А.П.Никитин, 'Л.Г.Спирина, 1989). Доза внесения удобрений устанавливается по местным данным районного агропромышленного объединения. В регионе исследований доза внесения азотных удобрений 75 кг д.з./га, фосфорных - 55 кг д.в./га.

Величина суммарного водопоглощения за пориод снеготаяния в насаждениях, создаваемых на сельскохозяйственных угодьях, принимается на серых лесных почвах равной 300 мм (А.П.Никитин, Н.Л.Рыбакова, 1990).

Протяженность межбалочного склона определяется по топографическим картам с учетом размещения первой сгокорегулирую-цей полосы на расстоянии 300 м от водораздела, второй от первой - па 360 м, третьей от второй - на 210 м (ВНИАЖИ, 1989). На менбалочных водосборах равнобедренной треугольной формы о крутыми берегами она составила 233 и с пологими -'347 м, треугольной Формы со смещенной верлиной, соответственно, 311 и 425 и, вытянутой вдоль долины реки - 134м и 248 м.

С учетом приведенных показателей ширина полос,, .необходимая для задержания поверхностного стока,на межбалочных водо -оборах треугольной равнобедренной формы с крутым падением составила 32, с пологим - 48 ы, треугольной формы со смещенной вершиной - 43 и 59 м и вытянутой вдоль реки - 34 м.

Ширина полос вдоль бровки крутого коренного берега может быть уменьшена на ширину коренного берега, который полностью отводится под облесение.

На коренных берегах речных долин под облесение долины отводиться все местоположения крутизной свыше 10°, овраги, обрывы, ыежовражные выступы, конуса выносов. Плодово-ягодные кустарники создаются на более плодородных почвах, т.е. на берегах световых экспозиций крутизной 10-15°, а лесные-по всему берегу, от подоивы до бровки. Параметры лесонасаждений определяются страной борега (табл. 4).

Таблица 4

Параметры насаждений на коренных берегах на различном удалении от истока

Категории площадей ! Поперечная ширина берегов ~~

¡верхнее ¡среднее

¡течение ¡течение

нижнее в сроднен течение !

Берега крутизной:

10-15° 46 32 44 41

15-35° 38 28 24 30

более 35° 25 24 24 24 Овраги, обрывы, мен-

овражные выступы 49 25 21 33

Конуса выносов балок и оврагов 35 30 24 30

Параметры цстоковых насаждений тесно связаны с размещением истоков рек, которые обычно размещаются в балке. В течение года дни мигрируют вниз по течению на 3-5 км, т.е. на сроднив протяженность балки. Поэтому под облесение целесообразно отводить всю ее площадь. Это подтверждается и расчетами параметров потокового насаждения. По формуле (2) она составляет 63 гь, т.е. несколько выше площади средней балки (56 га) и, следовательно, вюсодит на присетевые склоны, на которых в дополнение к «стоковому могут создаваться прибалочные и приовражные лесные полосы.

Разыещевне насаждений на русловых берегах зависит от их

устойчивости к размыву. На устойчивых берегах и размываемых в нижней части по откосу берега от меженного уреза воды до бровки размещают кустарниковый пояс из ив. Устойчивых берегов вы -явлено 90,1%, размываемых в нижней части - 0,8%, шириной,соответственно, 1,2 и 4,5 м.

На размываемых берегах по всему профилю (7,0% от общей площади берегов) целесообразно создание прирусловых лесных полос. Их нижнюю границу размещают на расстоянии, равном ширине ожидаемой трех-лятилетней переработки берега. На выпуклых берегах, с целью свободного пропуска водного потока в русле, полосу следует смещать от меженного уреза воды на ширину ноза -росших пляжей. Прирусловые лесные полосы создаются с обеих сторон русла на всем протяжении реки выше бровки устойчивых и размываемых в нижней части берегов. Их ширина устанавливается в соответствии с рекомендациями "Выращивание систем защитных лесных насаждений в водоохранных зонах малых рек" (1988).

• С учетом морфометрической структуры, стоковой нагрузки и оптимального хозяйственного использования различных категорий земель в водоохранных зонах исследуемого региона рекомендует--ся следующее долевое участие различных видов насаждений (в % от площади водоохранной зоны): приовражно-прибалочныв лесные полосы - 2,9; приречные лесные полосы - 6,3; балочные насаждения - 21,3; насаждения на коренных берегах речных долин -11,9; в истоках рек - 0,2; в пойме - 2,6; на русловых берегах - 1,0; всего - 46,2, что по отношению к общей площади водосбора малой реки составляет 8,5%.

В СЕДЬМОЙ ГЛАВЕ приведены расчеты экономической эффективности ■■ мелиоративных функций защитных лесных насаждений в водоохранных зонах. Она достигается за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, предотвращения роста оврагов яа коренных берегах рек, сокращения расходов на расчистку русла реки от заиливания и снижения загрязнения воды. Учтены также потери земель при изъятии их из сельскохозяйственного про -язводства под насаждения и затраты на создание лесных насаждений. Суммарный годовой эффект составил 88,7 руб на I га защитных насаждения. Срок окупаемости затрат на создание насаждений доставляет 4 года после их смыкания.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

X. Водоохранные зоны малых рек занимают 18,5% площади водосбора. Больше половины их площади (53,2%) приходится на ов-ракно-балочиые системы; 17,8% - присетевые склоны и участки, 'Предназначенные для приовражных, лрибалочных и приречных по -лос; 11,9% - на коренные берега; 16,0% - на поИмы и 1,1% -русловые берега.

2. Земельный фонд водоохранных зон используется без зко-логосберегающей направленности, в основном под пастбища, нашлю, огороды. Так, более 80% площади овражно-балочних систем 8анимаюг пастбища; лесных угодий - всего 11,6%. На коренных берегах долин рек 90% площади занято пастбищами и пашней, а кустарниковыми зарослями - лишь 3,0%; 93% площади пойм используется под пастбища, пашни и огороды, лесонасаждений учтено всего 0,7%. На русловых берегах лесистость составляет 31,4%; 7,0% их общей протяженности размыто.

3. Ввиду большой крутизны и близости к речному руслу коренные берега речных долин,наряду с овражио-балочными системами,являются наиболее выраженными очагами загрязнения рек. Оврагами разрушено на них около 1% площади. Их морфометрическо-хозяйствеиная структура характеризуется следующим: 50,7% представлено участками с уклоном до 10°; берегов крутизной 10-15° учтено 11,1%, крутизной 15-35° - 18,2%, круче 35° - 11,1%; под обрывами, оврагами, межовражншш выступами занято 4,1% площади берегов и конусами выносов,- 1,8%.

4. Русловые берега облесены на одной трети протяженности и 90% их не подвержено размыву. Однако для предотвращения попа дания ианооов и сокращения испарения облесение русловых берегов необходимо довести до 85-90%. Первоочередными объектами закрепления должны стать размываемые участки, где требуется усиление лесомелиоративных приемов гидротехническими.

5. Основными факторами, влияющими на эрозионные процессы, являются площадь и уклон водосбора, длина линии стока, базис еровии, экопоаиция и лесистость; ведущее значение принадлежит пэЬисгооти берегов. Для уменьшения опасности размыва берегов ев необходимо довести до'50%.

6. Рациональное размещение лесных насаждений может суще-охвеиво сии8игь снос в реки биогенных веществ, гербицидов и пестицидов.

7. При правильном расположении приречных полос на межба-ночяых водосборах и истоковых насаждений в речных долинах накапливается на 4-9% меньше влагозапасов, чем в долине без понос. При 18-20% лесистости истоковых балочных водосборов и об-юсенности берегов балок свыше 50% отмечается снижение поверхностного стока по сравнению с безлесными водосборами в 2,4 раза.

8. Насаждения на коренных берегах не только равномерно эаспределяют снег, но также регулируют сток; по сравнению с 5езлесным берегом водопоглотительная способность почвы о по-зерхности оказалась выше под дубом в 4-6 раз, елыз - в 5 раз, ¡освой и лиственницей - в 2-3 раза, березой - в 2,5 раза.

9. Среди древесных пород дуб черешчатый обладает наибольшей коряенасыщенностыо почвы тонкими корнями - 23 г/ма и самой винной корневой системой - 1740 м. Среди кустарников эту роль 1учше других выполняет жестер слабительный и акация желтая.

1х норненасыщенвость 85,5 и 18,8 г/и3 почвы, а длимы, соответ-¡твенво, 459 и 231 и. '

10. На русловых берегах у меженного уровня лучшими бере-'оукрепляющими свойствами обладают ива трехтычинковая, чернею-1ая' и серая, а выше по берегу - ива пурпурная и ольха серая, ¡ильно задерневшая поверхность русловых берегов травянистой застительностью по устойчивости к размыву адекватна стойкости ¡ерегов, заросших ивой пурпурной, шерстистопобеговой, трехты-[ииковой. Наибольшую противоэрозионную устойчивость берегов :оздают заросли ивы серой.

11. Лесистость водоохранных зон малых рек не должна быть 1ижа 46,0%, что по отношению к общей площади водосбора состав-шет 8—10%. Насаждения в водоохранной зоне должны составляв |диную систему на водосборах реки.

12. Приречные лесные полосы следует размещать не только |доль бровки крутых коренных берегов долин рек, но также по ■ранице с поймой на пологих берегах; в общей системе они зай-:ут 6-7% площади водоохранной зоны.

13. Берега крутизной 10-15° с более плодородными почвами ;учше всего отводить под плодово-ягодные культуры, а берега руче 15° с обрывами, осыпями, обнажениями материнских пород, врагами, нежовражными выступами следует облесять.

14. В балочных системах, где формируется исток, лучше все-о создавать массивные насаждения по всей площади балки; в

среднем протяженность такого насаждения составляет 3-4 км, а ширина по обеим сторонам - 80-100 и.

15. На русловых берегах кустарниковый пояс из ив следует раамещать по откосу устойчивых и размываемых в нижней части берегов. На размываемых берегах нижнюю границу прирусловых лес-лых полос следует отодвигать от бровки берега на расстояние 3-5-летней переработки. На выпуклых берегах нижняя граница прирусловой полосы отодвигается на ширину песчаных пляжей. Конкретные параметры прирусловых насаждений представлены в рекомендациях "Выращивание систем защитных лесных насаждений в водоохранных зонах малых рек".

По результатам исследований опубликованы следующие работы:

1. Морфометрические особенности русловых берегов малых рек Среднерусской возвышенности. - В сб.: Основы выращивания защитных лесвых насаждений иа водосборных бассейнах малых рек, М., ВНИШШ, 1985, с. 20-24.

2. Характер использования земельных угодий в пределах водоохранных зон малых рек. - В сб.: Основы выращивания защитных лесных насаждений на водосборных бассейнах малых рек. М., ВНИШШ, 1985, с. 55-59.

3. Влияние природно-физических факторов на оврагообразо-вание на коренных берегах долив малых рек. М.,'1986.- 4 с.-Доп. в ЦБНТИлесхоз 4.10.86, № 470-ЛХ. Соавт. Александров Г.А.

4. Интенсивность разрушения коренных берегов речных долин иа различных удалениях от истока. П., 1987, - 5 с. Деп. в ЦБНТИлесхоз 11.03.87, № 522-ЛХ.

5. Характер хозяйственного использования водоохранных зон малых рек. - В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной школы молодых ученых и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природы. Волгоград, 1987, с.147-148.

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства г.Пушкино, и.о.

Подписано к печати U9.Iii.Ht. Тираж 100 экз. Баказ 154.