Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Роль защитных насаждений в предотвращении заиления и загрязнения малых рек степных районов Нижней Волги

ВАК РФ 06.03.04, Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Автореферат диссертации по теме "Роль защитных насаждений в предотвращении заиления и загрязнения малых рек степных районов Нижней Волги"

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ

На правах рукописи

КАМЕРИСТОВА ОЛЬГА РУДОЛЬФОВНА

Ь ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ ЗАИЛЕНИЯ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ МАЛЫХ РЕК СТЕПНЫХ РАЙОНОВ НИЖНЕЙ ВОЛГИ

Специальность 06.03.04 - Агролесомелиорация и

защитное лесоразведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертант! на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Волгоград 1992 г.

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте агролесомелиорации, г.Волгоград.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор И.Г.Зыков

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук

А.И.Шабаев

- каадвдат сельскохозяйственных нау доцент Г.И.Васенков

Ведущее предприятие - Волжский государственный научно-и

ьовательский и проектно-изыскател институт по землеустройству

Д-020.11.01 во Всесоюзном научно-исследовательском инстит агролесомелиорации.

Адрес: 400062, г.Волгоград, 62, ул. Краснопресненская, 39 ШИШИ ' ;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзно: агролесомелиорации.

Автореферат разослан

Защита диссертации состоится

в часов на заседании специализированного совета

Ученый секретарь специализированного совета

Д.А.ГЪ

уп^':' | общая характеристика работы

Актуальность теш. Одной из наиболее актуальных проблем временности является охрана и рациональное использование поч-нных и водных ресурсов. В связи с интенсификацией сельскохо-йственного производства, использованием минеральных удобрений средств химизации, распайкой больших территорий и многими дру-зт причинами наблюдается резкое ухудшение экологической обстэ-1вки. И в наиболее неблагоприятном положении оказались малые ре-[, состояние которых определяется состоянием их водосборов.

Вопросы стабилизации экологической обстановки на водосборах шых рек весьма сложны. Постоянно усиливающийся фактор антропо-жного вмешательства привел к развитию ускоренных эрозионных эоцессов, а эти в свою очередь, к миграции различных химических змпонентов с поверхностным стоком, способствующей загрязнению заиления малых рек Нижнего Поволжья.

Одно из ведущих мест в системе водоохранных мероприятий ризЕаны занять лесные насаждения, они способствуют улучшению икроклиыата, регулируют водный режим территории, предохраняют очву от эрозии и дефляции, предотвращают оползневые и абрази-нныв явления, улучшают санитарно-гигиенические условия в при-реяных зонах и повышают качество поверхностных вод. Лесные на-аждония являются многофункциональными защитными системами, дей-твующими длительное время.

Изучением водоохранного значения лесных•насаждений в насто-щее время занимаются ряд научно-исследовательских учревдений, 8 том числе ВНИАЛШ. Объектами наших исследований были малые ре-си Нижнего iloвoлжья.

Цель и задачи исследований: установление особенностей фо] мирования поверхностного стока с различных угодий в условиях Нижней Волги выноса химических и биогенных веществ с водосборс влияние лесных насаждений на эрозионно-аккумулятивные процесс! на водосборах и определение путей эффективного экологически 6« опасного регулирования поверхностного стока и мигрирующих с ш продуктов эрозии лесонасаждениями.

Научная новизна. Впервые для региона выявлены особенноса миграции биогенных веществ и тяжёлых металлов с поверхностным стоком талых и ливневых вод в экосистеме "водосбор - малая река", сезонные колебания качества воды малых рек под действием стока с сельскохозяйственных территорий. Установлено, что леси полосы снижают величину жидкого и твёрдого стока, уменьшают вы нос продуктов эрозии в малые реки, положительно влияют на качественные показатели склонового стока. Проведённые исследован позволили автору совместно с доктором с.-х.н. Зыковым И.Г. и к.с.-х.н. Драховым A.B. разработать и предложить "Способ борьб с эрозией почв на склонах", выполненный на уровне изобретения.

Практическая ценность заключается в предложениях па совершенствованию структуры ландшафта водосборов и лесомелиораци малых рек, позволяющих разработать эффективные системы по защи те и возрождению малых рек бассейна реки Волги.

Апробация. Основные положения диссертационной работы дою ладывались и обсуждались на научных конференциях молодых учёны: ВНИАШаИ (г.Волгоград, 1986 г., 1988 г.), научно-технической ко: ференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов в СШСХ (г'.Саратов, 1988 г.), 1У межотраслевой научно-практи-

юской конференции в ВСХИ (г.Волгоград, 1987 г.), во Всесоюзной 1коле молодых учёных и специалистов по проблемам защитного ле-оразведения и охраны природы (г.Минск, 1987 г.).

Объём работы. Диссертация написана на русском языке. Изло-:ена на 148 страницах машинописного текста, иллюстрирована 45 аблицами, 13 рисунка!.® и 31 фотографией, состоит из введения, глав, выводов и предложений производству, список литературы ключает 178 наименований, в том числе 7 иностранных. Приложил занимают 30 страниц.

содержание рабой

Во введении раскрывается актуальность работы, её научная практическая ценность, формулируются вопросы, требующие науч-ого обоснования и практического решения.'

I. Физико-географические условия зоны исследований

В главе кратко охарактеризованы рельеф, геологическое троение, гидрология тврриторш, почвы и растительный покров, асалатриваются климатические условия и особенности погоды в ериод наблюдений.

Большая величина местных базисов эрозии, сильная расчле-енность территории на Правобережье реки Волги, где гидрогра-ические стволы по подсчётам А.С.Козменко, в среднем располо-ены через один км, являются основными стокорегулирующими факто-ами, определяющими нарпду с большой антропогенной нагрузкой нтенсивное проявление эрозионных процессов.

Для зоны исследований характерна интенсивная циклоническая

деятельность в зимний период и, вследствие этого, большой пе нос и неравномерное распределение снежных масс, зимние оттеп быстро сменяются заморозками и вызывают сильное промерзание вы. В весенний период, как правило, наблюдается быстрий рост ложительных температур, вызывающий интенсивное снеготаяние, ды наблюдений, по сравнению со среднемноголетними данными, п исходило значительное колебание среднемесячных температур во ха. Наиболее холодной оказалась весна 1987 года, когда среди температура марта-апреля была ниже среднемноголетней на 4,4-Самыми теплыми за годы наблюдений оказались март и апр 1986 года, среднемесячная температура была на 4,7° выше нор;

В течении года осадки распределяются неравномерно, в те лый период с апреля по октябрь выпадает 60-70$ годовой суммы несмотря на то, что летние осадки превышают зимние, на сток они не оказывают существенного влияния. Большая их часть рас дуется на испарение и просачивание. Короткие и интенсивные л ни составляют пятую часть общего их числа и представляют наи шую опасность для развития эрозии почв и загрязнения махых [ Но наиболее характерным является для рассматриваемой территс проявление эрозионных процессов в период весеннего снеготаш

2. Изученность проблемы, цели и задачи исследований, характеристика объектов, программа и методика

Рассматриваются причины неудовлетворительного состоянш малых рек, вызванного интенсивным развитием эрозионных проце сов и загрязнением и заилением рек поверхностным стоком с вс сборов.

Причинами вызвывшими усиление эрозии почв в регионе явля-гся давнее сведение лесов на этой территории и усиленная рас-зшка открытых пространств, сопровождающаяся уничтожением лугов.

В бассейне Волги, в пределах Приволжской возвышенности эро-ш подверкены 15 млн.га сельхозугодий (Шабаев А.И., 1983 г.).

Изучение поверхностного стока в нашей стране начато в кон! XIX века. Прогрессирущие процессы эрозии издавна привлекали шмание учёных почвоведов, агрономов и лесомелиораторов. Зако->ыерности проявления и развития эрозионных процессов расскатри-иотся в работах многих авторов (Арманда Д.Л., Соболева С.С., 1Эменко A.C., Кузника И.А., Заславского М.Н., Сурмача Г.П. и гогих других). Большое количество подходов и методов описания расчёта стока и эрозии говорит о многогранности эрозионного юцесса. Точно спрогнозировать и описать- его на каком-либо во-сборе очень проблематично, поэтому наблюдение за стоком и эро-:ей в полевых условиях остаётся весьма актуальным и необходимым.

При наблюдении за стоком поверхностных вод ещё В.Н.Высоц- ! й и А .Д .Дубах отмечали большое влияние леса на поглощение оковых вод. Особое значение для накопления знаний о гндроло-ческой роли лесонасаждений в лесостепи и степи имею- работы

следователей ВНИАЛШ (Сурмача Г.П., Иалькова Г.А., Барабано-

#

А.Т., Богулиной Н.Е., Бондаренко D.B., Гараинёва Е.А., Эыко-И.Г., Антонова В Л.). Обобщённые данные по гидролйппвско й противоэрозионной роли лесных полос за 1965-1979 гг. показы-ют, что лесные полосы снижают поверхностей сток в 2-5 раз, смыв почвы в 4-20 раз (Защитное лесоразведение в СССР, под цакцней Е.С.Павловского, 1966 г.). Удельный взс участия сто-

ка с водосбора в поступлении биогенов в водоёмы составляет ; азота 70-73%, фосфора 88-90$ (Мусатов А.П., 1976 г.). Сток i и фосфора с сельскохозяйственных угодий в водные объекты СС( 1970 г. составил соответственно 610 и 270 тыс.т, а в 1975 г< 885 и 450 тыс.т (Сиренко A.A., 1979 г.).

Недостаточно изучен вопрос о влиянии леса, залужения и личного сочетания угодий на водосборах на качество поверхно< го стока, изменение его физико-химических показателей, сниж< уровня загрязнения и заиления малых рек.

Лесные насаждения, занимающие нижние части ложбин пахо' водосборов, поглощают 10-45% стока с полей и задерживают noj пологом древостоя 45% поступающего твёрдого стока. При 2ОД . систости водосбора под лесонасавдениями задерживается в рас и с наносами в среднем с гектара 18 кг азота, 12 кг фосфора 169 кг калия, или-соответственно 28, 29 и 2Щ выноса их с m (Никитин А.П., Спирина А.Г., 1985 г.). После прохождения че; лесонасаждение улучшается химический состав, органолептичес: и бактериологические свойства стоковой воды (Спиридонов Е.С 1965, 1966 г.г., Николаенко В.Т.,1980 г., Приходько H.H., 1984 г., Зыков И.Г., Антонов В.И., IS86 г.). Различные по с ву- лесонасаждения не одинаково эффективны в очистке поверхн ного стока,-хвойные в большей мере осадцают кальций, магний серу, хлор, однако большая кислотность почвы повышает мигра в воде других питательных элементов. Иод лиственными древос ми почвы более богаты гумусом и илистыми частицами, что соз, ёт своеобразные сорбционные зоны для калия, фосфора, азота тячсёлых металлов (Паулюкявичус Г.Б.,.1984 г.). Отмечается, что насаждения положительно влияют на склоновый сток и каче

ц в водоёмах (Молчанов A.A., 1973 г., Приходько H.H., il г., Рахманов В.В., 1949 г.). Анализ литературных данных [вил весьма значительные расховдения результатов влияния ле-.асаждений на свойства стоковой воды. Очевидно это связано с шизученностыо данной проблемы, с тем, что различные по со-iBy, назначению и местоположению лесные насаждения в разной й способны задерживать и поглощать растворённые вещества и iecii. Ещё меньше данных в литературе по изменению качества

малых рек. Наблюдения за сезонным изменением качества воды мх рек Нижнего Поволжья в хода настоящей работы было проведе-впервые.

Во втором разделе этой главы характеризуются малые реки ¡пных районов Нижней Волги, которые в настоящее время находят-на грани исчезновения, программа и методика исследований.

Наблюдения за формированием весеннего стока и эрозии проделись в бассейне р.Камышинка, на 7 опытных водосборах, рас-гоженных на правом берегу р.Камшшнка и имеющих экспозицию верной .четверти (СЗ-СВ), что в определённой степени обеспечи-зт равные условия снегоотложения и снеготаяния в весенний пе--эд (таблица I).

Изучение весеннего стока проведено балансовым методом на лбикированных стоковых площадках с использованием методнчес-с. 'разработок; ВКИАЛШ. (Г. 11. Сурмач и др;1975 г., И.Г.Зыков и .

1976~1'.,'пл\Зкков, й.И.Панов, 1984 г.). .-•Выбранные для изучения, снеготаяния и стока водосбо.рд предав лшт собой ландшафтные.варианты территор!1и. Иврзд началом эготаяния ка опытных водосборах проводилась снегомерная съём-. для определения запасов воды на Еодосборах. В нижней части

- а -

Таблица I

Характеристика опытных ландшафтных водосборов

№ : Пло- : Экспо- -:Сред-'Лли- : :Паш- Лес, : Це-^ш

п/п!щадь, I зиция :ний :ук- :на :скло : Почвы :кя, : I % % :ли-:на, :нёи :пай

л • та • :лон, : на, • л« \ %

* :град. : м « а . . : %

I 17,5 сз 5-6 700 тёмно-кашта- 100 новая тяжелосуглинистая — — -

2 12,5 св 5-6 550 _»_"_ 97 3 - -

3 3,5 св 6 350 тёмно-кашта- - 9 — 9

новая глинистая

4 1.0 св 3-1 200 тёмно-кашта- -новая тяжелосуглинистая — 100 -

б 1,0 св З-Ь 200 13 87 -

6 0,5 сз 8 100 сввтло-каа- 50 25 25 _

таловая легкосуглинистая

7 3,5 св 5-6 350 тёмно-кашта- -новая тяхело-сутлинистая — — 10

водосборов на ложбинах были установлены плоские металлически учётные водосливы с углом выреза 45°, на которых кавдые 1-2 са производились замеры напора вода, фиксировался момент нач максимума и спада стока. Эти работы и подготовка водосборов весеннему стоку проводились согласно с методиками "Изучение допоглсщавдего и противоэрозионного влияния ЗЛН М. -197. и "Методическими рекомендациями по учёту поверхностного сток; смыва почв ..., 1. - 75".

Несколько раз в день с каедого водосбора отбирали пробы дц на мутность и. химический состав для учёта выноса загрязши ингредиентов с различных водосборов. Для характеристики каче<

стоковой воды производились следующие анализы: активная реакция среды рН; перманганатная окисляемость; гумус; азот аммиака, нитратов, нитритов; калий; фосфор; ионный солевой состав; тяжёлые металлы. Все исследования стоковой воды производились в соответствии с "Унифицированными методами анализа вод (под ред. Ю.Ю. Лурье, 1978 г.). Изучение аккумулятивных отложений (гумуса, валовых форм азота, фосфора, калия, гранулометрического состава) и почвенных характеристик водосбора выполнялось по методике описанной Н.Б.Мякиным, Е.В.Аринушкиной (1979 г.).

Помимо наблюдения за весенним стоком и. эрозией проводилось изучение протнвозрозионной устойчивости почв водосборов и берегов малых рек в летний период. Исследования проводились на стоковых площадках, которые располагались на различных угодьях (пашня, многолетние травы, лесные насаждения и др.) методом физического моделирования эрозии. Учёт выноса почвы и питательных элементов с различных угодий со стоком производили также методом отбора и анализа стоковой воды-

Для изучения современного состояния малых рек и их водосборов, наблюдения за сезонным колебанием качества в5ды,'. экспедиционным методом проводили обследование малых рёк '.региона- исследований' и отбор проб воды на химический..анализ и мут-ность.

Для'оценки эко-лого-экономической оффективнЬсти стокорегули-рующей функции лесных насаждений определяли величину экономического ущерба-от. выноса биогенов и загрязнения малых-рек -с-то ко бы;,-и водами с различных водосборов по "Методике определения экономической эффективности водоохранных мероприятий " (М., 1980 г.).

3. Формирование весеннего стока и эрозии с опытных водосборов

За время исследований поверхностный сток в период весеннез снеготаяния формировался весной 1986 и 1988 г.г. Продолжительн< стока на различных водосборах колебалась от 4 до 24 дней. Обесг ченность поверхностного стока с зяби составила в 1986 году 25% в 1988 году - 35%, а с угодий с уплотнённой поверхностью (цели] и озимые) сток был в среднем 60,5 мм в 1986 и 21,4 мм в 1988 г< или соответственно обеспеченностью 22 и 42$. С целины, в частно ти, наблюдался самый высокий сток 15 и 30%-обеспеченности соот: ственно в 1986 и в 1988 гг. На рис. I изображены кривые обеспе ности слоя стока талых вод на каштановых почвах для зяби и упл ненной пашни.

Элементы водного баланса и смыва почвы с различных водосб ров приведены в таблице 2.

Таблица 2

Элементы водного баланса и характеристика стока и

эрозии с опытных водосборов в среднем за 1986-68 гг.

Показатели :--водосбора-

_;1;2:3;4;5:6:

Запас воды в снеге, км

Поверхностный сток, мм

Коэффициент стока

Мутность, г/л

Вынос почвы, кг/га

Вынос почвы в % по отношению к контролю (водосбор № I)

61,6 81,3 118,1

10,6 7.1 19,0

0,2 0,1 0,2

11,3 0,6 0,2

2187,5 63 £ 58,1

100 2,9 2,7

65,3 104,9 К 117,4

33,2 9,0 7,1 2

0,6 0,1 0,1

0,1 0,1 0,2

69,9 14,2 20,4 К

3,2 0,6 0,9

Наибольший сток наблюдался с целинных, залежных участков

Рис. 3 Кривые обеспеченности слоя стона талых

BOA НА КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ, ШРАВНЕИНЫЕ СПОСОБОМ СКОЛЬЗЯЩЕЙ СРЕДНЕЙ fl-ЗЛбЬ, Л-¡/ПЛОТНЕННАЯ ПАШНЯ).

где коэффициент стока достигал 0,9, а в среднем составил 0,6. Мутность стока с водосборов занятых в основном целиной была незначительной и в среднем составила 0,1 г/л, а смыв почвы 69,9 к: с га. С озимых поверхностный сток был несколько ниже, а мутност) в 4 раза выше, чем с целины, смыв в среднем составил 158,7 кг/г; т.е. эти угодья дают приблизительно равные потери почвы при поверхностном стоке в период снеготаяния.

Наибольшие потери почвы наблюдались на водосборах занятых пашней и не защищенных лесонасаждениями. При относительно низко коэффициенте стока 0,2 с этих угодий смывается большое количест почвы. Вынос почвы с зяби составил 2187,5 кг/га, при мутности 11,3 г/л. Незащищённые пахотные водосборы являются самыми эрози онноопасными угодьями.

Создание лесонасаждений в нижней части пахотных водосбороЕ позволяет снизить поверхностный сток на 20-33% и сокращает вынс почвы в 34 раза. Это происходит за счёт активной кольматации вл комых и взвешенных частиц поверхностного стока с поля в лесопо/ се. Кольматирукщий сффект лесонасаждений намного выше стокопог/ щающего (водорегулирующего). Стокоочистительная и стокопоглоща-ющая роль лесных насаждений в настоящее время ни у кого не вызь вает сомнений. Для сравнения рассмотрим данные по идентичным вс досборам с лесными полосами и без них, табл. 3.

Из данных таблицы видно, что лесная полоса сокращает пове] ностный сток: с зяби на 33$, на 13^ с озимых и на Ь3?0 с целины на которой .наблюдается самый большой по объёму сток среди- всех сравниваемых агрофонов. Лесомелиорация полевых водосборов позв' ляет сократить вынос почвы с них на 60-905?!. Смыв почвы за пери стока с водосборов № 5 и 6 с облесенностыо 13 и 25% был наимен

шим по сравнению с водосборами № 2 и 3 с облесенностью 3 и 9;ь.

Таблица 3

Влияние лесонасаждений на поглощение поверхностного стока и вшос почвы с опытных водосборов в среднем за 1986-88 гг.

Показатели * Номер водосбора

: I : : 2 : 7 : 3 : : 4 : 5

Объём стока, м3 Объём стока, % Вынос почты, % 106,3 100 100 71,3 217,0 190,0 67,1 100 87,5 2,9 100 36,6 332,0 100 100 90.0 27.1 20,3

С увеличением процента площади лесных насаждений противоэроэион-ная устойчивость водосборов возрастает.

Замеры отложений мелкозёма после окончания поверхностного »

стока на склоне с озимыми в лесополосе шириной 30 м составили 16,9 мэ в 1986 г. и 6,94 м3 в 1988 г.

Выявлены новые положительные свойства лесов и защитных лесонасаждений как компонента биосферы, связанные с улучшением физико-химических свойств стоковой воды, органолептических и микробиологических характеристик.

При сравнении стока с безлесных и облесенных водосборов, например I и 2, наглядно видно положительное влияние лесонасаждений (табл. 4), снижается содержание органических веществ на 50$, азота аммиака, нитритов на 30%, калия на 26%, уменьшается концентрация тяжёлых металлов. Для характеристики стокоочистительной функции лесонасаждений важно не только снижение или повышение концентрации растворенных веществ в стоке, но и объём выноса растворенных загрязняющих веществ с различных по ландшафтному составу Бодосборов. В таблице 5 приведении данные относительного Еыноса растворенных веществ с облесенных и безлесных содосбо-

ров.

Таблица 4

Концентрация склонового стока с различных водосборов в среднем за 1986-88 гг.

Показатели

Номер водосбора

2 (об-

ш

3

Соб-лес.)

9%

5

(об-ЛеС1 к

рН

Ок. перман.

л'-д/н4 Н _//о3

Р2°5

К

Уа

Ъ <

НС03

Медь Цинк Свинец

8,1 11,81 0,62 1,42 0,07 6,13 0,61 1,50 2,63 19,25 21,55 14,25 3,00 69,13 0,035 0,062 0,008

7,4 5,74 0,44 1,32 0,05 4,52 0,60 1,92 2,00 16,80 11,34

17.49 3,34

32.50 0,008 0,039 0,007

7,8 5,84 0,46 1,44 0,06 4,16 0,49 3,50 4,34 7,70 12,51 87,32 19,99 36,60 0,008 0,047 0,008

7,9 . 5,35 0,42 2,45 0,03 3,99 0,60 3,99 ' 4,60 6,00 13,25 102,84 14,36 40,72 0,007 0,028 0,007

7,6 5,05 0,45 1,94 0,03 5,17 0,74 5,19 6,94 6,00 14,35 108,60 17,85 46,33 0,007 0,028 0,007

7,6 4,97 0,44 2,24 0,04 5,12 0,69 4,24 3,95 8,63 16,50 86,43 15,82 54,52 0,008 0,035 0,007

В среднем за годы наблюдений вынос растворенных веществ с облесенных водосборов был значительно меньше чем с безлесных. Облесение пахотных угодий (зябь) на 3$ позволяет уменьшить выно биогенов на 20-53%, ионов на 35%, тяжёлых металлов на 14-60%. На водосборах с уплотнённой поверхностью в 2-3 раза возрастают потери воды на сток, увеличиваются потери питательных веществ в растворенном виде. Облесение стокофорх/.ируюсда угодий на 13$

I

Ч

Таблица 5

Относительный вынос растворённых веществ с облесённых и безлесных водосборов в среднем за 1986-1988 гг.

Наименование веществ

Показатели выноса веществ по водосборам,

I 2 : 7 : 3 : 4 : 5

100 46,9 100 85,1 100 23,3

100 81,9 100 163,8 100 19,9

100 100 100 31,8 100 66,7

100 ' 46,9 100 85,0 100 21,7

100 51,0 100 103,7 100 18,0

100 72,9 100 98,3 100 14,3

100 59,8 100 97,9 100 10,9

100 55,6 100 61,8 100 41,2

100 35,5 100 103,1 100 20,4

100 125,5 100 124,2 100 15,7

100 79,8 100 63,4 100 14,1

100 35,3 100 98,4 100 20,7

100 14,0 100 66,7 100 25,0

100 50,0 100 50,0 100 30,8

100 60,0 100 66,7 100 25,0

Ы - л/н4

//-//О з

/V -^02

1^0

Р2°5 К

А/а Са

сс

50,

нсо3

Медь Цинк Свинец

сокращает вынос биогенов с целины на 30-60^, ионов на 60-50%, тяжёлых металлов на 70-75%.

Водоохранные свойства лесонасаждений прежде всего характеризуются их стокопоглотительной способностью.

4. Современное состояние малых рек и их водосборов

В первом разделе этой главы приведены данные исследований противоэрозионной устойчивости различных агрофонов полученные методом физического моделирования эрозии в летнее время. В результате проведённых экспериментов было выявлено, что интенсивность осадков в болыгей степени влияет на объём эрозии на пашне

. - 16 -

(чёрный пар). Так при уклоне 6° и интенсивности подтока 1,6 мм/мин смыв почвы составил 893 кг/га, с увеличением интенсивности подтока до 1,9 мм/мин смыв возрос до 1214 кг/га. На пашне с уклонами 2-3° и интенсивностью осадков 2,2 мм/мин смыв почвы достиг 4,3 v с га. Длительность напуска во всех случаях составляла 20 минут.

Моделирование эрозии на многолетних травах проведено на участках с ¿пслоном от 1-2°до 20°, при интенсивности подтока от 1,6 до 2,3 мм/мин. По сравнению с пашней смыв почвы был в 2-10 раз меньше и не превысил 400 кг/га.

Стоковые площадки под пологом лесонасаждений закладывались на участках с уклоном поверхности от 2-3° до 25-35°. Во всех случаях смыв почвы не превысил 75 кг/га. Интенсивность осадков на объём стока и вынос почвы почти не оказывала влияния. Незначительное увеличение смыва почвы наблюдалось на более крутых склонах.

Анализы твердого стока с площадок показали, что в смываемой с пашни почве содержится 23-27 мкг/кг азота, 17-20 мкг/к-г фосфора, 103-133 мкг/кг-калия,,гумус ¿оставил 0,7-0,8$. Большое коли.--чество питательных веществ*'вынееится,в твердом стоке с участков многолетних трав.,• например, фосфор? калия 20т177, азота 45- -• III мкг/к-г^ гумуса' шно.са элементов питания с

• .. . различнее угодий приведен в ^таблице 6'.-

• > С'.* * • • '* » v

' ' : Вынос азеиа-с пайни при.-ливневых осадках в 8-16 раз больше, чем с многолетних 'трав., ir 20-47 рая. больше' чем с участков', заня-■ тих. лесонасаждениями-. Наименьшие потери почеы и питательных ве--ыеств наблюдались с лесных угодий, вынос фосфора в 15-60 раз меньше чем с паини, калия в 67-80 раз, гумуса в 15-20 раз. Л е сравнения с многолетними травами бынос азота меньше в 2,5 раза, .¿.осфора в 1,5. Лес1ше насаждения характеризуются наибольшей про-

тивоэрозионной устойчивостью, они обеспечивают эффективную защиту почвы от эрозии.

Таблица 6

Вынос элементов питания с твердым стоком при моделировании эрозии

Показатели : Р.Кадышинка_:_р.Царица_:р. Торгун

:много-: лесо- : паи- :много-:лесо- : паш- :много-кг/га :летние: насаж-: ня :летние:насаж-: ня :летние :травы : дения :

f/ 0,7 0,3 6,2 0,2 0,07 3,3

% 0,5 0,3 4,4 0,04 0,04 2,4 1,6

К^О 2,7 0,4 26,8 0,03 0,2 16,1 10,4

Гумус 3,8 1,1 20,8 0,5 0,6 8,5 9,1

Во втором раздела этой главы приведены данные обследования водосборов малых рек. За последнее столетие площадь лесов сократилась на 40%, в то же время усилилась распайка земель в пределах водосборов малых рек. В настоящее время 43% рек в пределах водоохранной зоны не имеют лесных насаждений, а 17% рек в водоохранной и прибрежной зоне облесены менее чем на 5%. Основной особенностью малых рек региона исследований является то, что прилегающая овражно-бапочная сеть имеет большую в 5-10 раз протяжённость, чем сама река, а средняя поралсённость балочной сети оврагами водосбора р.Камышинки составляет 12-15%. Пашня занимает более 50% площади водосбора, а выгона и пастбища - около 30%, общая облвсенность территории составляет около 2%. Это обусловливают сильную зависимое?;! качества веды в реке и степень её заиления от развития эрозии на водосборе. Во время весеннего снеготаяния изменяются органолептические и химические показатели речной воды, приближаясь по своим характеристикам к качеству

с

стоковой воды с водосбора, изменяется цвет, прозрачность уменьшается от 20 до 3,5 см. В начале стока вода р.Камышинки содержала 0,32 мг/л азота аммиака, 7,44 мг/л калия, 0,93 мг/л фосфора, а в середине паводка соответственно 2,96, 10,73, 2,18 мг/л (табл. 7).

Таблица 7

Сезонное изменение качества воды р.Камышинки Показатели, мг/л

наблюдений . Сезон : рн :0кисл. :пер- :ман. |Р2Р5 '.Сумела :ионов

1986 зима 7,8 5,78 1,21 0,7 27,0 3,75 _

весна (сток) 7,9 20,27 0,66 0,7 4,6 2,28 397,7

лето-осень - 8,48 0,40 0,45 - - -

1987 весна 7,7 20,0 0,34 0,35 13,25 2,55 —

лето-осень 8,2 - 0,08 2,3 44,0 1,65 343,5

зима 7,6 45,0 0,03 2,25.0,96 0,38 1105,5

1988 весна (нач^ стока) 8,3 45,0 0,32 3,6 7,44 0,93 954,5

весна (конец стока) 8,2 57,0 2,96 2,5 10,73 2,18 864,5

Предельно допустимые концентрации - - 0,39 9,1 50 - 1000

Содержание веществ •7,0 ДО 0,1 0,1- до - 1000

характерное для чистых .....' -рек

10,0

0,5 50

Ир». пЬступлЬнии поверхностного стока в русло реки былй-пре-'

• рьс.ёны- пре'дельно допустимые концентрации в вйде по -содеркйнию айш'ака в .роз., сульфата в "3-,раза,;Наблюдалось -зийчительиое ■увеличение в воде'соде ржания органических ваДеряв.', Весно'й 1-98?-г. садк с водосбора практически .отсутствовал*, „чт'о <н?аэалай£'йа ст.а-. бильности качества в.оды р.Камйшшке.

5. Способы борьбы с'эрозией' почв на склонах

В этой главе рассматривается предложенный способ.борьбы0с а розней почв на склонах. Основываясь, пре-кде всего, на не обходи-

мости наиболее полного зарегулирования склонового стока и поглощения его в лесополосе мы совместно с док. с.-х.н. Зыковым И.Г. и канд. с.-х.н. Лраховым A.B. разработали способ,•который был признан изобретением. Способ включает в себя посадку древесных растений в виде лесополосы, нарезку траншеи и образование водоот-водящего вала по нижней опушке. Формирующийся на полевой части склона сток, проходя через кольматирующую лесную полосу с одним-двумя рядами кустарника, очищается от мелкозёма и поступает в прерывистую водопоглощеиощую траншею, усиленную дренажными трубами, и задерживается в ней. За счёт черной окраски дренажные трубы быстро прогреваются, оттаивают и начинают поглощать воду, прозодя её ниже промерзающего слоя почвы. Кроме того талая вода способствует оттаиванию почвы вокруг. Если сток с водосбора поступает не'равно-мерно, с интенсивностью превышающей водопоглощащую способность конкретного участка траншеи, то он стекает вдоль вала, наполняя последующие отрезки траншеи. Это обеспечивает равномерное перераспределение стока по всей длине трансеи, в этом случае лесная полоса также "работает" на поглощение всей своей площадью.

Способ был осуществлён на водосборе "Амфитеатр". Весной 1988 года мы наблюдали за стокопоглощамдей способностью прерывистой канавы с дренажными трубами, без труб и водопоглощающей канавы (контроль). В ходе наблюдений было установлено, что поглощение : в лесополосе с прерывистой траншеей на 22,5% выше, чем на контроле. При установке в траншею дренажных труб водопоглощащая способность биоинженерной системы возрастает в 2 раза, что значительно повышает экологический эффект простейших гидротехнических j сооружений.на водосборах. '

в

6. Водоохранное значение и эколого-экономическая эффективности стокорегулирупцей функции защитных лесных насаждений

Следствием эрозии почв на водосборе является заиление и загрязнение малых рек, нарушающие естественную экологическую обстановку и способствующие их ускоренному евтрофированию. Сравнивая качество стока с различных по ландшафтному составу водосборов мы рассчитали эколого-экономический ущерб от выноса биогенов и тяжёлых металлов с поверхностным стоком с безлесных и облесенных водосборов. Средний ущерб от выноса биогенных загрязняпцих веществ с поверхностным стоком составляет для безлесных водосборов 42,74 руб/годта, для облесенных - 15,14 р/б/год>га. С учётом выноса тяжёлых металлов ущерб от загрязнения малых рек с безлесных водосборов составляет 47,83 р>ч5/год«га, а а облесенных - 20,87 руб/год.га. с

Облесение пахотных водосборов на 3-9%, а стокофорирупцих на 9-13 % позволяет снизить ущерб от выноса загрязняющих веществ с поверхностным стоком на 56,4%.

Общий годовой ущерб от выноса загрязняющих веществ с сельскохозяйственных территорий для р.Камышинки составил 262,38 тыс. руб/год. Эколого-экономическая эффективность стокорегулирупцей функции леса, найденная как величина предотвращённого ущерба составляет в среднем 132^24 тыс.руб/год.

вывода

I. Основным источником загрязнения и заиления малых рек Низшего Поволжья является поверхностный сток и продуты эрозии, вынесенные с ниц с водосбора. Незарегулированный сток с сельоко-

хозяйственных угодий концентрируется в овражно-балочных системах и слабо поддается очистке от мелкозёма и биогенов. Созданне системы стокорегулирупцих лесных насаждений на водосборе позволит снизить интенсивность процессов и поступление поверхностного стока в малые реки.

2. Величина поверхностного стока с многолетних трав наибольшая и в годы наблюдений изменялась от 29,8 до 69,8 мм, с озимых от 13,0 до 51,1 мм. Наименьшие потери воды при снеготаянии 5,8-26,1 мц наблюдались с водосборов занятых зябью. При относительно небольших потерях воды на сток, смыв с зяби в 30 раз больше чем с целины и в 14 раз больше, чем с озимых. Незащищённая лесонасаждениями пашня является самым эрозионноопасник угодьем. Смыв на зяби за годы наблюдений достигал 3,9 т/га.

3. Лесные насаждения, расположенные в нижней части водосборов способны зарегулировать одну треть стока 25-35%-обоспечинности с зяби. Облесение пахотных водосборов на 3' снижает вынос мелкозёма в 34 раза. Облесение стокоформирующих угодий на % способствует снижению поверхностного стока на 13-15%, а смыва

на 64%. При увеличении лесистости до 13% стокопоглощающий и кольматирующий оффекг лесонасаждений достигает 63 и 99% соответственно.

4. Поверхностный сток содержит большое количество растворимых биогенов, концентрация весеннего стока с зяби составляет по аммиачному азоту 0,62, нитратному 1,42 мг/л, по калию 6,13 цг/л, фосфору 0,61 мг/л, сток с зяби содержит наибольшее из сравниваемых угодий количество органических веществ. Сток биогенов с многолетних трав составляет 4,14 кг/га, ионный сток 101,7 кг/га, что в 2 раза выше, чем сток с озимых и в 3-5 раз

шло, чем сток растворенных биогенов и ионов с зяби. Вынос питательных веществ с зяби на 70% происходит .с твердым стоком.

5. Облесение пахотных угодий (зябь) на 3% позволяет уменьшить вынос биогенов на 20-53$, ионов на 35%, тяжёлых металлов на 14-60%. На водосборах с уплотненной поверхностью в 2-3 раза увеличиваются потери воды на сток, возрастают потер1 питательных веществ в растворенном виде. Облесение стокоформирующих угодий на 13% сокращает вынос биогенов с целины на 30-60%, ионов на 60-90%, а тяжёлых металлов на 70-75%.

6. Формирующийся на склоне поверхностный сток удаляясь от приводораздельной части насыщается большим количеством смытой почвы. Содержание в стоке фракций более 0,01-0,05 мм достигает 70%, такая суспензия является наиболее опасной для заиления. Задержание большей части взвесей в лесополосе улучшает физико-механические и органолептические свойства стоковой воды.

7. Недостаточная защищённость малых рек лесомелиоративными насаждениями особенно проявляется в период паводка. Характеристики воды в реке по физико-механическому и химическому составу приближаются к характеристикам поверхностного стока с водосбора, до 50-60% от всех влекомых частиц возрастает количество заиливающих фракций, снижается прозрачность от 20 до 3,5 см. В период стока

в 1,2 раза увеличивается количество органических веществ в воде, в 5-9 раз содержание калия, 9-12 раз фосфора. По сравнению с зимним периодом в 100 раз увеличивается концентрация аммиачного азота в р.Камышинке.

8. Режим органического вещества и биогенов, химический состав воды малых рек региона исследований характеризует нарушение естественной экологической обстановки и ускоренное евтрофирова-

нив малых рек за счёт сильного их загрязнения поверхностным стоком.

9. Ущерб от выноса загрязняющих веществ с сельскохозяйственных угодий для р. Камышинки в среднем за годы наблюдений составил 262,38 тыс.руб/год, или 47,83 руб/год.га.

10. Для увеличения эффективности стокорегулирухщей функции лесонасаждений разработан новый способ, обеспечивающий наиболее полное задержание поверхностного стока с водосборов и поглощение его в лесополосе, усиленной простейшим гидротехническим сооружением.

предложи ш производству

1. Для задержания и очистки поверхностного стока на пахотных угодьях необходимо проектировать защитные лесные насавдения на площади не менее 3%. На стокоформируюцих угодьях лесистость не должна быть ниже

2. Для повышения стокорегулирующей функции лесные полосы необходимо сочетать с прерывистыми канавами и водоотводяцими валами по нижней опушке, для улучшения воДопоглощения в них рекомендуется устанавливать дрена'лнне трубы.

3. Стокорегулирующие лесные полосы должны включать 1-2 ряда кустаршков для эффективной кольматации мелкозёма.

По результатам исследований опубликованы следующие работы:

I. 0 путях лесной мелиорации берегов малых рек.// ХУ научно-методическая конференция молодых учёных и аспирантов: Тез. докл.-Волгоград, 1986, С.49.

- 24 -

2. Эрозия на водосборах и загрязнение малых рек.// Всесо-е юзная школа молодых учёных и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природы: Тез. докл., Минск, 19-25 октября 1987 г. - Волгоград, 1967, С. 139.

3. Противоэрозионная и стокоочистительная роль леса на берегах малых рек Нижней Волги.// Состояние и охрана биологических ресурсов Волгоградской области: Тез. докл. 1У межотраслевой научно-практической конф. - Волгоград, 1987, С. 5.

4. Роль древесной растительности в повышении противоэрози-онной устойчивости водосборов и берегов малых рек.// Доклады ВАСХДОЛ, 1988, JP 6, С. 45.

5. A.c. I44036I СССР, МЮ1 А 01 В 13/16. Способ борьбы с эрозией почв на склонах

Подписано в печать 18.03.92. Печ. лист I. Тира* 100 экз.

Заказ 3.

Пехашо-ишхителышй участок ВНИАЛМИ.г.Волгоград.