Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ

Кузьмина Жанна Вадимовна

ВОЗДЕЙСТВИЕ НИЗКОНАПОРНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА Д ИНАМИКУ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЗОНЫ ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ

25.0036 «Геоэкология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Москва 2007

003160521

Работа выполнена в Институте водных проблем РАН

Научный консультант:

Доктор географических наук Нина Максимовна Новикова

Официальные оппоненты:

Доктор географических наук Алексей Сергеевич Викторов Доктор биологических наук, профессор Людмила Петровна Груздева Доктор географических наук, профессор Николай Иванович Коронкевич

Ведущая организация:

Кафедра биогеографии Географического факультета МГУ им Ломоносова

Защита состоится 12 ноября 2007 г в 13 часов на заседании Диссертационного Совета Д 002 040 01 при Институте водных проблем РАН по адресу Москва, 119333, ул Губкина, 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВП РАН

Отзывы на автореферат (в 2 экземплярах, заверенные печатью учреждения) просьба направлять ученому секретарю Диссертационного Совета Д 002 040 01 по адресу Москва, 119333, ул Губкина, 3, ИВП РАН, факс (495) 135-54-15

Автореферат разослан № октября 2007 г Ученый секретарь Диссертационного Совета,

д г -м н, профессор

РГ Джамалов

Актуальность темы. Гидротехническое строительство существенно изменяет экологические естественные взаимосвязи в пойменных экосистемах Зарегулирование речного стока, на протяжении многих десятилетий, является основным фактором разрушения природных экосистем в поймах и дельтах рек Следствием этих исторических экологических изменений является возникновение экологических проблем, которые часто приводят к настоящим катастрофам (Авакян, Салтанкин, Шарапов, 1987, Антропогенные воздействия на водные ресурсы , 2003, Глазовский, 1990, Коронкевич, 1990, Коронкевич, Малик, 1992, Положенцев, Савин, 1976, Старцев, 1996, Шульга, 2002, Jahrlmg, 1995, Hennchfieise, 1996, Hochwasserschutzmassnahmen , 1988, Hugrn, Henrichfreise, 1992)

Последствия масштабных гидротехнических преобразований в долинах крупных рек таких как Волга, Кама, Днепр, Дон, Шексна и др отмечаются на расстоянии до 100 км по течению и в полосе до 5-10 км вглубь обоих берегов реки (Авакян, Салтанкин, Шарапов, 1987, Hochwasser , 1988) Экологические изменения, вызываемые крупными (высоконапорными) гидротехническими сооружениями приводят как к гибели пойменных экосистем, так и к ухудшению здоровья населения (Глазовский, 1990, Ильина, 1997, Плисак, 1981, Плисак, Огарь, Султанова, 1989, Новикова, 2005) Поэтому в последнее время сохранение пойменных экосистем во всем мире рассматривается как международная проблема (The Plan-European Biological and Landscape Diversity Strategy, 1996, Mitlacher, 1997, Petersen et al, 2000, Novikova et al, 2001)

Влияние на пойменные территории низконапорных гидротехнических сооружений (НГС) с подпорным уровнем менее 10 м, которые значительно чаще встречаются на европейском континенте не изучено, поскольку часто нарушения имеют неявновыраженный характер, ограничены в пространстве (поймой), отличаются затяжными и длительнопротекающими процессами Более того, существует мнение об отсутствии негативного влияния НГС

Сегодня стало возможным изучение как начальных стадий процессов, так и их отдаленных во времени последствий, связанных с гидротехническими преобразованиями 30-50-х годов

Пойменные ландшафты на большей части Евразии менее исследованы, чем водосборные территории, в силу их локального распространения и меньшей хозяйственной значимости В тоже время очень велика их роль в сохранении разнообразия организмов и сообществ, в поддержании равновесия в круговороте вещества и энергии

Кроме того, во всем мире пришли к пониманию того, что необходим новый подход к выделению и сохранению заповедных территорий в поймах и дельтах, поскольку простые меры охраны против прямого антропогенного воздействия (вырубок, перевыпаса, загрязнения, пожаров и пр ) не способны сохранить экосистемы пойм в условиях зарегулирования стока

Учитывая, что на большой части территорий Центральной и Восточной Европы ландшафты речных долин трансформированы в связи со строительством НГС, анализ и оценка развивающихся во времени и пространстве последствий их воздействия на экосистемы актуальны

Цель и задачи исследования. Целью работы является установление подходов к решению проблемы негативного влияния НГС и разработка методических основ и методов оценки последствий создания НГС для пойменных экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи

1 Выявление и оценка характера антропогенных изменений речного стока и заливания поймы при создании НГС на фоне естественных гидрологических и климатических флуктуации в пределах регионов исследования, которая состоит из

• анализа изменений водного режима (т е колебаний во времени среднегодовых, максимальных и минимальных уровней и расходов воды) за весь период инструментальных наблюдений,

• выявления многолетних и сезонных изменений основных климатических характеристик (атмосферных осадков и температуры воздуха средней, максимальной и минимальной),

• определения особенностей заливания пойм при зарегулировании

2 Изучение закономерности развития процессов трансформации экосистем во времени при зарегулировании

• установление состава природных пойменных экосистем их естественной динамики,

• выявление механизмов трансформации и определение основных тенденций развития пойменных территорий при зарегулировании

3 Разработка диагностики трансформаций экосистем речных долин на основе представлений о стадийности процессов и их индикаторах

• поиск видов растений-индикаторов зарегулирования НГС,

• установление сообществ-индикаторов зарегулирования НГС и/или индикационного изменения структуры сообществ,

• диагностика микроочаговых проявлений в растительности и почвах,

• построение эволюционно-динамических рядов природных комплексов для различных режимов функционирования пойм

4 Разработка научных основ рационального природопользования в поймах рек в условиях зарегулирования НГС

• разработка метода оценки степени нарушений экосистем от НГС и необходимости восстановительных мероприятий,

• разработка стратегии природопользования (долгосрочные мероприятия) в долинах рек при воздействии НГС

Объектами исследования являются экосистемы речных пойм Германии (средняя Эльба, верхний Дунай) и Центральной России (бассейн р Сейм)

Выбор объектов исследования обусловлен

• ухудшением состояния пойменных заповедных экосистем Германии и России, испытывающих воздействие зарегулирование речного стока НГС,

• положением речных пойм в пределах одной природной зоны (широколиственных лесов), что дает возможность сравнительного изучения

природной среды,

• недостаточной изученностью пойменных экосистем вообще и в пределах зоны широколиственных лесов, в частности,

• интенсивным хозяйственным использованием поймы человеком Научная новизна. Впервые раскрыта проблема существенного влияния

низконапорных гидротехнических сооружений (НГС), отличающегося значительным запаздыванием во времени проявлений негативных последствий преобразования стока для экосистем речных долин и показан региональный масштаб ее проявлений, разработана методика изучения и оценки трансформаций экосистем и возможные пути решения проблемы воздействи НГС Таким образом решена научно-практическая проблема рационального природопользования в условиях существующих и вновь создаваемых НГС

Впервые установлено, что при создании низконапорных гидротехнических сооружений происходят медленнотекущие (20-50 лет) изменения в цепи экологических связей пойменных территорий

Выявлен механизм трансформации пойменных экосистем Доказано, что основными факторами их преобразований являются изменения режима речного стока и грунтовых вод, приводящие к изменению амплитуды колебания уровня грунтовых вод (УГВ) в пойме

Впервые разработан алгоритм решения проблемы оценки воздействия НГС на наземные пойменные экосистемы, подразделяющийся на несколько этапов, включающих в себя совокупный анализ как гидрологических и климатических изменений среды, так и нарушений в почвенном и растительном покровах

На основе флуктуационной изменчивости сообществ впервые разработан метод количественной оценки состояния пойменных экосистем в связи с зарегулированием НГС

Разработана единая шкала для перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем

Составлена "Прогнозная схема изменения растительности в поймах рек широколиственной зоны Восточной и Центральной Европы при нарушении обводненности территории", в которой для различных экологических уровней пойм прослежены стадии изменения естественных сообществ в результате зарегулирования рек НГС

Создана "Модель динамических связей и характера современного состояния формаций пойменных местообитаний зоны широколиственных лесов", которая отражает все возможные трансформации экосистем (направление и вид сукцессионных изменений естественных и природных) в зависимости от поемного и дернового процессов (положения УГВ, режима затоплений, характера и степени ожелезнения и оглеения в почвах), дает представления о тенденции ареалов пойменной растительности и возможность долгосрочного прогноза ее изменений

Впервые для зоны широколиственных лесов установлен список видов растений-индикаторов зарегулирования НГС, а также разработана шкала оценки степени нарушений для экосистем от НГС и необходимости восстановительных мероприятий

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Воздействие НГС представляет серьезную угрозу существованию пойменных наземных экосистем, особенностью которой является запаздывание во времени проявления негативных последствий зарегулирования стока

2 Для решения проблемы негативного воздействия НГС на экосистемы и проведения оперативного мониторинга пойменных территорий разработан алгоритм, с помощью которого определяется наличие нарушений (от НГС), оценивается их степень и рекомендуются восстановительные мероприятия

2 Динамика пойменных экосистем, вызванная строительством НГС, имеет единые процессы трансформации и растительные индикаторы зарегулирования НГС в пределах одной географической зоны

3 Экосистемы, в течение длительного времени нарушенные в результате создания НГС, отличаются очень слабыми разногодичными изменениями состава растительных сообществ (флуктуациями) и пониженным флористическим разнообразием по сравнению с естественными

4 Реализация экологических требований к управлению режимом речного стока, разработанных на основе всестороннего анализа зависимостей гидрологических и эколого-биологических показателей, а также природоохранной ценности территории и приоритетности выбора хозяйственной деятельности, позволяет решить проблему рационального природопользования при эксплуатации и создании НГС

Научная и практическая значимость.

Разработанный алгоритм решения проблемы негативного влияния НГС на наземные пойменные экосистемы является универсальным и применим во всех географических зонах с наличием любых гидротехнических сооружений

Выявленный список видов растений-индикаторов зарегулирования НГС и разработанный метод оценки состояния пойменных экосистем на основе флуктуационной изменчивости сообществ позволяют по полевым наблюдениям достоверно и четко выявить нарушенные экосистемы даже при условии полного отсутствия сведений о гидрогеологических условиях территорий или первоначальном состоянии сообществ

Разработанная шкала перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем позволяет использовать любые геоботанические материалы для статистической математической обработки, решая проблему сравнимости исходных данных и позволяя использовать исторические и современные материалы разных стран

Составленная "Прогнозная схема изменения пойменной растительности широколиственной зоны при нарушениях обводненности территории" позволяет подробно проследить постепенные изменения экосистем разных уровней поймы при различных сценариях воздействия НГС и оценить реальные последствия гидротехнических воздействий на стадии принятия решений

Разработанная "Модель динамических связей и характера современного состояния формаций пойменных местообитаний зоны широколиственных лесов" позволяет прогнозировать динамику и тенденции изменения растительности при различном режиме поемности и почвенно-грунтового

увлажнения и является основой для восстановительных мероприятий на нарушенных в результате зарегулирования пойменных территориях Она имеет универсальный характер и может применяться для различных территорий с учетом зональных особенностей

Разработанная шкала оценки степени нарушений в пойменных территорий показывает их актуальное состояние и необходимость восстановительных (рекультиващионных) мероприятий

Обоснована система незамедлительных мер по сохранению пойменных экосистем в бассейнах рек Эльбы, Дуная и Сейма, даны принципиальные рекомендации по рациональному использованию пойменных территорий и их восстановлению, которые были переданы в Федеральное агентство по охране природы Германии (BfN, Бонн), в результате чего была остановлена реализация проектов по строительству трех плотин в бассейне верхнего Дуная и одной в устье Саале

Результаты исследования могут быть использованы для научного и хозяйственного мониторинга пойменных территорий, для рекультивации нарушенных земель, для разработай мероприятий охраны и рационального использования пойменных территорий, а также экологической экспертизы сгроящихся и проектируемых гидротехнических сооружений

Апробация работы. Результаты исследований по теме докладывались на научно-практическом семинаре "Водоохранные зоны опыт практического применения и целесообразность развития" (Москва, 2006), III Международной научно-практической конференции "Экология речных бассейнов ЭРБ-2005" (Владимир, 2005), XYII интернациональном Ботаническом конгрессе (Вена, 2005), Международной конференции "Научные основы сохранения водосборных бассейнов междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами" (Улан-Удэ, 2004), Всероссийском конгрессе работников водного хозяйства (Москва, 2003), заседании комиссии биогеографии Московского центра Русского Географического общества (2003), Всероссийской конференции "Актуальные проблемы водохранилищ" (Борок, 2002), II Международной научно-практической конференции "Экология речных бассейнов" (Владимир, 2002), Международном конгрессе Экватек 2002 - Вода экология и технология (Москва, 2002), на VII и VIII Интернациональном конгрессах экологов (Италия, Флоренция, 1998, Сеул, Корея 2002), IX международном симпозиуме по биоиндикаторам "Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга" (Сыктывкар, 2001), международной конференции "Экологические проблемы бассейнов крупных рек -2" (Тольятти, Россия, 1998), VII интернациональном Дунайском конгрессе (Деггендорф, Германия, 1998) и других симпозиумах и конференциях, а также на расширенном заседании лаборатории Динамики наземных экосистем под влиянием водного фактора Института водных проблем РАН Основные положения диссертации отражены в 48 статьях и разделах монографий, часть из которых приведена в автореферате, из них 5 опубликованы в журналах рекомендованных ВАКом

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав,

выводов и списка использованной литературы Работа содержит 267 стр основного (компьютерного текста), а также 67 рисунков, 42 таблицы и 53 фотографии Список литературы включает 259 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. Физико-географические условия региона исследований

В главе рассмотрены физико-географические условия территорий исследований (рис 1), находящихся в бассейнах рек Дунай (49°05'-48°32'с ш, 12°10'-13°10'вд, Германия), Эльба (52°05'-51°45' сш, 11°55'-12015' вд, Германия) и Сейм (52°00'-51°20'с ш, 34°15'-36°50'в д, Россия), расположенных в зоне европейских широколиственных лесов и обладающих сходным типом интразональных экосистем Подробно рассмотрены геолого-геоморфологическая характеристика, климатические особенности, а также соответствующий набор почв и типов растительности характерные для каждого из рассматриваемых бассейнов Климатические особенности рассматривались на основе проведенного анализа метеорологических данных, взятых из климатических ежегодников, а также ежедневных климатических данных, поставляемых Россией и Германией во Всемирную Метеорологическую организацию Особенности почвенного и растительного покрова проиллюстрированы многочисленными авторскими фотографиями Происхождение речных долин регионов исследования (Эльбы, Дуная и Сейма) связано с влиянием стока талых ледниковых вод, поэтому материнскими породами для почв плакорных равнин и речных террас являются лессы (Дунай, Сейм) или покровные суглинки (Эльба, Сейм) Среди рельефообразующих пород долин этих рек ведущую роль играют меловые и мергелевые отложения мезозоя, а также песчаники и известняки мезозоя и кайнозоя, поэтому почвообразующие материнские породы в долинах рек региона исследований обладают высокой карбонатностью

Для всех регионов исследований характерны близкие значения многолетних средних и максимальных летних температур воздуха, среднемноголетних годовых значений относительной влажности воздуха (76-79%), среднемноголетнее количество годовых осадков (500-660 мм - бассейн средней Эльбы, 500-600 мм - Сейма, 600-800 мм - верхнего Дуная), а также преимущественное выпадение атмосферных осадков в летний период (53-65% для бассейна Эльбы, 55-68% - Дуная, 58-65% - Сейма)

Отличительной климатической особенностью зарубежной территории по сравнению с Российской являются значительно более теплые зимы Среднемноголетние зимние температуры в бассейнах р Дунай и р Эльбы составляют +2 0 - +3 3°С, в то время как в бассейне р Сейм они отрицательны (-3 3°С), причем абсолютные минимальные зимние температуры у нас на 10-13°С ниже Исключительно более сильными зимними морозами объясняется обеднение видового состава древесного яруса широколиственных лесов Восточной Европы по сравнению с однотипными лесами Западной Европы

В почвенном покрове бассейнов трех обследуемых рек довольно много

Условные обозначения а -гидрологические посты в населенных пунктах, б - плотины на реках, в - государственные заповедные территории (1 -Пфатгерау, 2-Гмюндерау, 3- Оберау-шляйфе, 4-Изармюнд, 5-Пильвайхс), г~ планируемые государственные заповедники (6 -Мюльхам, 7-Винцер, 8 -Острова Вильсхофен), д - государственная граница,

е - граница областей России,

ж - существующие

водохранилища,

з - запланированные

водохранилища,

и - населенные пункты

России

различий, которые определяются большей частью разными климатическими характеристиками зимнего периода, а также абсолютно отличными типологией и классификацией почв, принятой в России и Германии Общим для всех трех регионов исследований является интразональный характер почвенного покрова, который в той или иной степени наследует зональные почвенные черты Основными зональными вариантами почв для бассейна Эльбы являются оподзоленные буроземы и фальбуроземы, для бассейна Дуная - собственно буроземы и парабуроземы, для бассейна Сейма - светло-серые лесные, а также оподзоленные и выщелоченные черноземы Наиболее распространенными интразональными почвами в бассейнах Эльбы и Дуная являются аллювиальные варианты буроземов - бурые пойменные почвы или пойменные буроземы, а также пойменные слаборазвитые - патерниа, пойменная аллювиальная рендзина и пойменный глей, в бассейне Сейма - аллювиально-луговые, аллювиально-дерновые, аллювиально-болотные и лугово-черноземные

Интразональная растительность зоны широколиственных лесов бассейнов обследованных рек (Эльбы, Дуная и Сейма) имеет больше общих черт, чем зональная, поскольку влияние водного фактора заметно сужает круг видов растений, обладающих толерантностью к колебаниям УГВ и паводковым затоплениям В целом, Центральноевропейские пойменные леса обладают немного большим флористическим разнообразием древесного и кустарникового ярусов, по сравнению с Россией

ГЛАВА П. Методология, методы и материалы исследования

Методология исследования основывается на системно-структурном и ландшафтно-экологическом подходах, отражающих взаимосвязь внутри- и межэкосистемных природных процессов (или внутрисистемных связей)

В основе метода структурного подхода лежит идея целостности изучения системы природных объектов и их современной динамики (Он обеспечивает возможность комплексного анализа всей совокупности процессов трансформаций природных комплексов)

В ходе исследований использовались методы исторических, экологических, географических аналогов, методы геоботанической индикации, топо-экологического профилирования, статистической обработки и др (табл 1)

Работа базируется на широком комплексе полевых исследований, с использованием инструментальной съемки, с закладкой топо-экологических трансект и профилей в верхних и нижних бьефах плотин, а так же в центральных частях зарегулированных участков рек, на которых проводились комплексные повторные периодические исследования с использованием разнообразных методов полевого сбора данных и их последующей камеральной обработкой (табл 1)

В связи с возникшей проблемой климатических изменений (Будыко, 1977, Кондратьев, 1987, Кононова, Харламова, 1982, Книге, 2000, Jones, Mann, 2004), для более корректного определения влияния речного стока на динамику пойменных экосистем при создании низконапорных гидротехнических сооружений (НГС), анализировались изменения водного режима рек (колебание

Таблица 1 Методы исследования, обработки и анализа данных

Сбор информации Обработка информации Анализ информации

Метод географических аналогов(при обосновании выбора участков наблюдений) Систематизация архивных и полевых материалов и создание отдельных баз данных для ■ гидрологических характеристик -среднегод , среднемес , абс макс и абс мин расходы, -среднегод, среднемес, абс макс и абс мин уровни, ■ почв —морфологическое описание почвенных горизонтов по профилям, — количественные данные лабораторных анализов, ■ геоботанических описании, включающих данные —адреса, даты, географических координат, —характеристика местообитаний (рельеф, почвы, УГВ), -состав сообществ, обилие и высоту видов, проективное покрытие, ярусную структуру, и др , —характеристики локального антропогенного воздействия и др Статистический анализ многолетних рядов гидрологических характеристик -метод скользящих средних, -метод автокорреляций, -разложение рядов среднегодовых характеристик на серии лет с положительными и отрицательными отклонениями (по отношению к норме)

Метод комплексного получения и регистрации данных современными техническими средствами Лабораторная (химическая) обработка почвенных проб для выявления а) кислотности и б) аморфного и несиликатного железа в почвенных профилях, а также наличия в них железо-марганцевых конкреций по методам — Мера-Джексона, -Тамма, —Зайдельмана Картографические методы анализа -интерпретация, —экстраполяция, —сравнительный картографический, -совмещенный анализ карг

Методы полевого сбора данных на местности -рекогносцировочный, -топо-экологических трансект (инструментальн), —ключевых участков, -микрокартографирование, —комплексный ландшафтный, -геоботаническои индикации Статистическая обработка геоботанических данных по методам -кластерного анализа (по методу средней связи), — по коэффициентам сходства и разнообразия (Чекановского, Жаккара, Евклидовои дистанции) Сравнительный географический анализ — оценка экологических изменений на основе сравнения участков поймы с ненарушенным и нарушенным водным режимом, —оценка экологических изменений по временным интервалам для нарушенных территорий

Методика единого балльного перевода качественных данных обилия видов из разных геоботанических школ Методика выделения растительных индикаторов и их количественной оценки

Сравнит -морфолог метод изучения почвенных профилей Ситематизация и установление таксономической принадлежности флористических сборов Методика индикации нарушений почв при изменении обводнения в поймах

во времени уровней и расходов воды) за весь период инструментальных наблюдений как для зарегулированных рек, так и для участков-аналогов с "условно" естественным стоком, а так же годовое и сезонное изменение атмосферных осадков для соответствующих постов

Исходными материалами являются (табл 2) результаты собственных полевых исследований с 1996-2001 год в России и Германии, а также собранные в архивах и библиотеках гидрологические и климатические данные, материалы, опубликованные в научной литературе, фондовые и картографические материалы Федерального агенства по охране природы Германии BfN и Комитета по землеустройству Курской области Использовались ряды многолетних данных постоянных наблюдений за уровнем и расходом воды рек и каналов, официально опубликованные в гидрологических ежегодниках (Государств , 1936, , 1990, Deutsches (а), 1953, , 1996, Deutsches (b), 1990, , 1997, Gewaesserkundliches (а), 1951, , 1963, Gewaesserkundliches (b), 1964, , 1992, Gewaesserkundliches (с), 1949, Jahrbuch (а), 1940, , 1943, Jahrbuch (b), 1904, , 1938), а также некоторые гидрологические данные и фондовые материалы, предоставленные Федеральным институтом гидрологии (BfG, Кобленц, Германия), Региональным агентством водного хозяйства Баварии (BFLW, Мюнхен, Германия) и Всероссийским НИИ гидрометеорологической информации (ВНИИГМИ-МЦД, Обнинск, Россия)

Исследования проводились в разные периоды по водности реки в межень, в катастрофический летний паводок, при среднем многолетнем уровне воды, выше и ниже среднего многолетнего уровня воды в реках

Для решения поставленных задач выбирались экологические профили, расположенные на участках реки с естественным (незарегулированным стоком) и при зарегулировании Для реки Эльбы, которая в пределах исследования не имеет плотин и шлюзов, выбраны аналоги на притоке первого порядка - реке Саале, которая впадает в основное русло

Участки рек были разделены по длительности функционирования в зарегулированном режиме, что можно рассмотреть на примере реки Дунай, где обследуемый участок реки, длиной 146 17 км, от г Регенсбург до г Пассау (2376 49-2230 32 км Дуная) был разделен на 4 части

• участок с "условно" естественным речным стоком реки от г Пфеллинг до г Вильсхофен (2305 53-2249 47 км Дуная) - 56 06 км,

• недавно (с 1994 г) зарегулированный участок реки (2353 66-2321 25 км Дуная) между плотинами Гайслинг (с 1987 г) и Штраубинг (с 1994 г ) -32 41 км,

• давно (с 1987 г ) зарегулированный участок реки (2376 49-2353 66 км Дуная) между плотинами Швабельвайс (с 1965 г ) и Гайслинг (с 1987 г ) - 22 83 км,

• очень давно зарегулированный участок реки - подтопленный участок верхнего бьефа плотины Кахлет (с 1926 г ), расположенный между городами Вильсхофен и Пассау (2249 47-2230 32 км Дуная) - 19 15 км

Были определены изменения водного режима и особенности затопления пойм при зарегулировании Для каждой реки установлены изменения

Таблица 2 Направления и содержание накопленной информации

Температура, ГС,

-среднегод, -средне-мес, - абс максим, -абс миним (1932-2001),

по 12 м/п

Осадки, мм -среднегодовые, -среднемесячные (1896-2002),

по 12 м/п

гидрология

Расход, м /с -среднегодовой, -среднемес, -абс максим, -абс минимальн (1852-2001), по 42 г/п, из них за весь период по 12 г/п

Уровень, м абс -средне1 одовой, -среднемес, -абс максим, -абс минимальн (1852-2001),

по 46 г/п, из них за весь период по 15 г/п

рельеф

Нивелировочные ходы -для площадей (ключевых участков), -по профилю рельефа, (1996-2000), всего 37

Топо-

экологические

профили

(1996-2000),

всего 19, протяженностью от 300 м до 2 0 км

УГВ почвы

Амплитуда колебания УГВ, м

для 44 точек

Глубина

залегания, м Морфолог

(1997-2000), и-ческие

описания

93 промера (1996-

2000),

190

почвенных

профилей

Почвенные образцы (19972000),

800

образцов

растительность

Геоботани ческие описания (19962001),

1190 штук

Гербарные сборы (19962001),

650 листов

карты

Картированные выделы

всего 7

Топография

М 1 1000,

М 1 5000,

М 1 10000,

М 1 50000, Научные

Историчес- зарубеж-

кие М 1 2500, ные

публи-

почвенные кации

М 1 500000,

растительн

М 1 500000

среднегодовых, максимальных и минимальных уровней воды после зарегулирования по сравнению с периодом до изменения стока

Таким образом, для того, чтобы оценить влияние НГС на экосистемы, работа выполнялась по двум направлениям 1) оценивались многолетние изменения атмосферных осадков и речного стока в районах работ, в том числе особенности затопления пойм при зарегулировании и 2) изучались закономерности трансформации природной среды во времени при зарегулировании определялись основные тенденции развития природных комплексов, устанавливались виды и сообщества индикаторы зарегулирования НГС и индикационное изменение их структуры, строились эволюционно-динамические ряды природных комплексов для различных режимов функционирования пойм (Кузьмина, 1993, 19976, 2003, 2005а,б, Кузьмина, Трешкин, 2001)

На модельных участках поймы при неизмененном стоке рек и на участках пойм различного времени зарегулирования были заложены поперечные инструментальные экологические профили, где с 1996 по 2001 год проводились ежегодные экологические наблюдения за изменением растительности, почв и УГВ с подробным описанием растительных сообществ, почвенных разрезов (шурфов) и измерением глубины залегания установившегося уровня безнапорных грунтовых вод (УГВ) и открытой (свободной) поверхности водных объектов (рек и каналов)

Изучение влияния зарегулирования рек при создании и функционировании гидротехнических сооружений на состояние пойменных територий проводилась на основе сравнения 19 постоянных топо-экологических профилей, протяженностью от 300 м до 2 км, которые располагались в охраняемых заповедных территориях среднего течения реки Дунай, среднего течения реки Эльбы и на р Сейм (рис 1), а также с использованием ряда локальных участков и временных топо-экологических профилей Модельные профили выбирались на основе метода географических аналогов и были выполнены на разных участках речных долин, сравнивались естественные и /или "условно естественные" территории и подвергшиеся гидротехническим воздействиям в различные временные отрезки Исследования включают подробные описания ключевых участков (почвы, УГВ, растительность), повторные обследования модельных участков (бурение до УГВ, описание растительности, отбор почвенных проб для последующих химических анализов) Для характеристики изменения аллювиальных почв была применена оригинальная методика оценки на основе диагностики уровня влажности почв и интенсивности ее колебаний в сезонных и многолетних циклах по морфологическим, физико-химическим и химическим индикаторным свойствам самих почв (Коиишпа, ТгезЫап, Ауе^ап, НеппсЫге^е, 2005)

Для выявления и оценки изменений растительного покрова пойм как на зарегулированных, так и на незарегулированных реках была использована типология растительных сообществ, отражающая признаки растительных сообществ с обязательным учетом его экологических и географических

связей (Кузьмина, 1993, 19976, 1997д, Novikova et al, 1998,2001) При этом использовалась разработанная нами шкала перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем Для сравнения использованы собственные и опубликованные геоботанические материалы, выполненные в период до зарегулирования рек, около 200 собственных почвенных разрезов и многочисленные бурения до УГВ

Для изучения закономерностей трансформации природной среды во времени при зарегулировании НГС, были разработаны специальные методики оценки происходящих экологических изменений Это прежде всего методика использования растительных индикаторов нарушений НГС, методика индикации почвенных нарушений при изменении естественного режима обводнения в поймах (основана на морфологических признаках протекания окислительно-восстановительных реакций в почвах) и метод оценки степени нарушенности от НГС пойменных территорий

Накапливаемая информация вносилась в базы данных в виде многочисленных таблиц Excel и Word Подготовлены гидрологическая, климатическая, геоботаническая и почвенная базы данных (табл 2)

ГЛАВА III. Естественные и антропогенные гидрологические и климатические изменения

3 1 Изменение режима речного стока и мезоклимата за исторический период

В ходе исследований были установлены три различных ситуации, характерные для разных бассейнов рек Эльбы, Дуная и Сейма

Анализ трендов среднегодовых уровней и расходов воды по длиннорядным (60-100 лет) гидрологическим постам выявил сходные тенденции для бассейнов рек Эльбы и Сейма За последнее столетие выявлено увеличение водности этих рек в меженный период, а так же понижение уровней и расходов весенних разливов, что приводит к снижению амплитуды колебания многолетних уровней и расходов воды (табл 3, 4) Подобные изменения приводят к стабилизации УГВ в вегетационный период, вызывают увеличение глееобразования в верхних и средних почвенных горизонтах и способствуют утрате естественной древесно-кустарниковой растительности пойм

Для бассейнов рек Эльбы и Сейма в XX столетии выявлена тенденция к перераспределению атмосферных осадков в сторону их увеличения в зимний период (рис 2, табл 5), что также способствует изменению сложившихся почвенно-грунтовых условий в поймах

Наибольшие изменения за многолетний период выявлены для средних наибольших значений уровней и расходов воды (частых паводков/половодий) рек Эльбы и Сейма, которые существенно понизились

Для бассейна верхнего Дуная установлено повышение водности реки (расходов и уровней), связанное с увеличением выпадения атмосферных осадков за многолетний период При этом наиболее значимо повышаются

Таблица 3 Анализ трендов многолетних изменений годовых значений расходов и уровней в бассейне р Сейм за

период инструментальных наблюдений

Значе- Расход, м^/с Уровень, м Осадки, мм Примечания

Река Пост ние Период | Лет|1ренд г Период ] Лет|Тренд г Значение Период | Лет | Тренд | г Наличие НГС

Сейм Рыльск Наиб 1935-1990 53 - 0 26 1938-1990 46 - 0 31 Годовое 1918-1995* 73 + 0.44 Плотина выше

51 5 7° С, Сред 1935-1990 53 + (0) 0 09 1938-1990 46 + 0.35 Летнее 1918-1995* 73 + (0) 0 12 поста в 80км

34 7°В Наим 1935-1990 53 + 0.67 1938-1990 46 + 0 42 Зимнее 1918-1995* 72 + 0 55 Сток не изменен

Свала Старый город 52 11°С, Наиб Сред 1927-1990 1927-1990 63 63 + (0) 0 38 0 06 1936-1990 1936-1990 50 50 (0) + 0 05 0 65 Плотина выше поста в 45 км

35 07°В Наим 1927-1990 63 + 0 80 1936-1990 50 + 0 72 Сток не изменен

Сейм Мутино Наиб 1926-1988 63 - 0 33 1936-1988 52 - 0 38 Годовое 1881-1995** 97 + 0 17 Сток не

51 40° С, Сред 1926-1988 63 + (0) 0 03 1936-1988 52 н (0) 0 06 Летнее 1881-1995** 97 н(0) 0 08 изменен

32 60°В Наим 1926-1988 63 + 069 1936-1988 52 + 0 14 Зимнее 1881-1995** 96 + 0 25 НГС

Сейм Зуевка Наиб 1932-1990 56 - 0 26 1936-1990 47 - 0 29 Плотина выше

51 38°С, Сред 1932-1990 56 + (0) 001 1936-1990 47 - 0 42 поста в 4 5 км

36 78°В Наим 1932-1990 56 + 0 56 1936-1990 47 40) 0 07 Сток изменен

Сейм Рышково Наиб 1928-1990 61 - 0.34 1928-1990 61 - 0 59 1одпор от плотинь

51 65°С, Сред 1928-1990 61 - 0 17 1928-1990 61 - 0 57 (ниже поста в 0 5

36 18°В Наим 1928-1990 61 + 0.43 1928-1990 61 0 06 км) Сток изменен

Тус- Курск Наиб 1925-1990 65 - 0 36 1936-1990 55 Ц0) 0 02 Годовое 1896-1995 96 + 0 22 Плотины ниже и

карь 51 80°С, Сред 1925-1990 65 + (0) 0 07 1936-1990 55 + 0 72 Летнее 1896-1995 98 +(0) 0 10 выше поста

36 20°В Наим 1925-1990 65 + 0 67 1936-1990 55 + 0.84 Зимнее 1896-1995 93 + 0 20 Сток изменен

* - осадки приводятся для г Воронеж (51 7°С, 39 1°В), ** - осадки приводятся для г Василевичи (52 3°С, 29 В°В)

г - здесь и далее коэффициент корреляции линейного тренда с кривыми многолетних уровней, расходов или осадков, жирным шрифтом выделены коэффициенты корреляции со значимостью (а) - от 0 1 до 0 001

Таблица 4 Анализ трендов многолетних изменений годовых значений расходов, уровней и атмосферных осадков в бассейне реки Эльбы за период инструментальных наблюдений

Река Пост Значение Расход, м3/с Уровень, м Осадки, мм Примечания Наличие НГС

Период | Лет |Тр *| г Период 1 Лет | Тр | г Значение! Период | Лет ¡Тр | г

Эльба Барби Наиб Сред Наим 1900-2001 102 - 011 1900-2001 102 +® 001 1900-2001 102 + 0 26 1901-2001 101 - 0 31 1901-2001 101 - 0 50 1901-2001 101 - 0 58 Годовое 1956-1994 38 +<°> 001 Летнее 1956-1994 38 - 0 24 Зимнее 1956-1994 38 + 0.30 Нет

Эльба Акен Наиб Сред Наим 1936-2001 66 - 014 1936-2001 66 005 1936-2001 66 + 010 1899-2001 103 - 0 33 1899-2001 103 - 0 26 1899-2001 103 003 Годовое 1956-1994 38 +<°> 002 Летнее 1956-1994 38 - 0 25 Зимнее 1956-1994 38 + 0 30 Нет

Эльба Торгау Наиб Сред Наим 1936-2001 66 - 0 23 1936-2001 66 <°> 009 1936-2001 66 + 0 20 1901-2001 101 - 0.28 1901-2001 101 - 0 58 1901-2001 101 - 0 58 Годовое 1956-1997 31 + 017 Летнее 1956-1997 31 - 0 35 Зимнее 1956-1997 31 + 016 Нет

Эльба Дрезден Наиб Сред Наим 1852-2001 150 - 0 27 1852-2001 150 + 011 1852-2001 150 + 0 40 1852-2001 150 - 0 24 1852-2001 150 - 0 43 1852-2001 150 - 0 58 Годовое 1956-1995 40 + 012 Летнее 1956-1995 40 - 018 Зимнее 1956-1995 40 + 0 44 Нет

Саале Гризене Наиб Сред Наим 1932-2001 70 007 1932-2001 70 + 015 1932-2001 70 + 0 41 1901-2001 101 -<°> oos 1901-2001 101 -<°> 008 1901-2001 101 +<°> 008 Годовое 1951-1994 44 +<°> 005 Летнее 1951-1994 44 - 0 22 Зимнее 1951-1994 44 + 039 Плотина выше поста в 0 5 км Сток изменен плотиной

*Тр - направление тренда

Год

Год

Год

Рис 2 Многолетнее сезонное изменение осадков в среднем течении р Эльбы а) гидропост г Акен-р Эльба, б) гидропост г Дрезден-р Эльба, в) гидропост г Кальбе-р Саале Условные обозначения Сумма атмосферных осадков 1-годовая, 3- летнего периода, 5- зимнего периода с их линейными трендами (2, 4, 6) и коэффициентами корреляции

Таблица 5 Анализ трендов многолетних изменений годовых значений атмосферных осадков и температуры воздуха в зонах широколиственных лесов и лесостепи Европейской части России

Станция Значе- Период Осадки, мм Средняя 1°С воздуха Минимальная 1"С воздуха Максимальная 1°С воздуха

ние Лет Тренд г а Лет Тренд г а Лет Тренд г а Лет Тренд г а

Василе- Годовое 1881-1995 97 + 0 17 0 10 95 + (0) 0 10 н

вичи

52 3°с ш Летнее 1881-1995 97 + (0) 0 08 н 95 -(0) 0 12 н 84 + 0 22 0 05 61 -(0) 0 09 н

29 8°вд Зимнее 1881-1995 96 + 0 25 0 05 96 + (0) 0 09 н 84 + 0 28 0 05 60 -(0) 0 12 н

Курск Годовое 1896-1995 97 + 0 22 0 05 99 ч (0) 0 11 н

51 8°с ш Летнее 1896-1995 98 + (0) 0 11 н 99 -(0) 0 09 н 100 + 0 29 0 01 83 - 0 19 0 10

362°вд Зимнее 1896-1995 94 + 0 19 0 10 98 + 0 29 0 10 101 + (0 0 07 н 82 (0) 0 05 н

Воронеж Годовое 1918-1995 76 + 0 47 0 001 77 + 0 19 0 10

51 7°с ш Летнее 1918-1995 77 ' (0) 0 09 н 76 -(0) 0 07 н 77 + 0 36 001 77 - 0 14 и

39 1°в д Зимнее 1918-1995 73 + 0 57 0 001 75 + 0 36 0 01 75 + 0 17 н 75 (0) 0 00 н

Тамбов Годовое 1936-1995 59 + 0 37 0 01 60 + 0 31 0 05

52 Тс ш Летнее 1936-1995 60 0 17 н 60 -(0) 0 00 н 60 + 0 46 0 001 60 - 0 33 0 01

41 5°вд Зимнее 1936-1995 59 + 0 42 0 001 60 + 0 37 0 01 60 + 0 42 0 001 60 (0) 0 04 н

Саратов Годовое 1936-1995 60 + 0.29 60 + 0 44 0 001

51 5°с ш Летнее 1936-1995 60 + 0 16 60 + (0) 0 12 н 60 + 0.38 0 001 60 - 034 0 01

46 0°вд Зимнее 1936-1995 60 + 0 32 60 + 0 52 0 001 60 + 0 50 0 001 60 + (0) 0 10 н

Лубны Годовое 1936-1993 58 + 0 37 0 01 58 + (0) 0 14 н

50 0°с ш Летнее 1936-1993 58 + 0 34 0 01 59 + (0) 0 15 н 57 + 0 37 001 59 0 30 0 05

33 0°вд Зимнее 1936-1993 56 + 0 22 0 10 58 + 0 32 0 05 57 + 0 37 001 57 + 0 26 0 05

годовые минимальные (меженные) расходы и уровни воды, что приводит к активизации процессов заболачивания на нижних и средних уровнях поймы в незарегулированных частях реки (Штраубинг-Пассау) и к заболачиванию всех уровней поймы в зарегулированных частях реки (Регенсбург-Штраубинг)

Для всех обследуемых бассейнов (средняя Эльба, верхний Дунай, Сейм) выявлено достоверно значимое стабильное повышение меженных расходов воды в реках, что также характерно для всей Европейской части России (Шикломанов, Георгиевский, 2003) 3 2 Антропогенные преобразования речного стока

В ходе исследований установлено, что искусственный подъем уровня воды в реках и их притоках, даже на небольшую величину (0 7-1 5 м от первоначального), а также незначительный подпор воды при строительстве низконапорных плотин и шлюзов приводит к стабилизации режима увлажнения, к изменению колебаний УГВ в поймах, что сопровождается изменением всех компонентов в экосистемах

Для пойм, затронутых влиянием гидротехнического строительства, т е для измененной тенденции заливания верхней поймы как для бассейна р Сейм, так и для бассейна р Эльбы (табл 6 а, б), начиная с 1960 года установлено нарушение в чередовании периодов повышенной и пониженной частоты затопления, которое связано с увеличением отбора воды и усилением гидротехнического строительства, начавшегося с 50-х годов XX века Выявлены четкие последовательно чередующиеся 15-летние периоды повышенной и пониженной частоты поемного затопления верхнего пойменного уровня в бассейнах рек Эльбы и Сейма, которые по своей временной периодичности и структурной организации полностью соответствуют друг другу (табл 6 а, б)

Всесторонний анализ причин изменения режима речного стока в бассейне верхнего Дуная позволил установить, что на участке от г Регенсбург до г Вильсхофен помимо антропогенной, существует также естественная угроза экосистемам от сокращения амплитуды колебания расходов и уровней воды, а также повышения меженного расхода и уровня реки, что несомненно усугубит положение пойменных экосистем всех уровней при строительстве 3-х новых плотин на незарегулированном участке реки

Среди последствий антропогенного преобразования речного стока от НГС, понижение максимальных (паводковых) расходов и уровней, повышение меженных расходов и уровней, а также нарушение в чередовании многолетних циклов пойменных затоплений являются наиболее существенными негативными факторами, способствующими деградации и уничтожению типичных естественных пойменных экосистем

Полученный в процессе работы совокупный анализ экологических натурных данных и статистической обработки гидрологических и метеорологических характеристик позволил выявить различия процессов и характера их проявления в ландшафтах при эксплуатации средне- (СГС) и высоконапорных (ВГС) по сравнению с низконапорными (НГС) сооружениями (табл 7), установлено, что в поймах рек широколиственной зоны основной причиной

Таблица 6 Частота заливания верхнего уровня поймы и ее изменения с середины 70-х годов в бассейнах рек _Сейма (а) и Эльбы (б)_

(а) Годы Период Количество лет заливания и Естественная Количество лет заливания и Измененная

, лет тенденция тенденция тенденция тенденция

Река Свапа Тускорь заливания Сейм заливания

Гидролост Ст Город Курск верхней Рышково Льгов Рыльск Мутино верхней

Период БС, м 153 3 159 1 поймы 157 5 148 0 142 0 127 4 поймы

1930-1944 15 3 - 4 - - 2 - 4 - 2 - 4 - -

1945 - 1959 15 8 + 10 + + 7 + 7 + 6 + 6 + +

1960 -1974 15 4 - 4 - _ 2 - 4 - 4 - 3 - -

1975 - 1988 15 8 + 10 + + 0 - 1 - 3 - 1 - -!!!

1989 - 2003 15 - - - 0 - 0 - - - - !!!

(б) Годы Период, лет Количество лет заливания и тенденция Естественная тенденция заливания верхней Количество лет заливания и тенденция Измененная тенденция заливания верхней поймы

Река Эльба Саале Саале Эльба

Гидропост Дрезден Торгау Виттенберг Бернбург Гризене Барби Акен

Период БС, м 108 5 815 68 62 0 поймы 56 2 52 5 56 0

1856 - 1870 15 8 + +

1871 - 1884 15 5 - -

1885 - 1899 15 9 + +

1900- 1914 15 1 - 4 - 1 - 4 - - 1 - 1 - 4 - -

1915 -1929 15 6 + 8 + 6 + 6 + + 3 + 4 + 6 + +

1930 -1944 15 2 - 5 - 4 - 3 - - 3 + 2 - 3 - -

1945 -1959 15 6 + 8 + 6 + 5 + + 2 - 5 + 8 + +

1960 -1974 15 2 - 2 - 3 - 2 - - 1 - 0 - 3 - -

1975 -1988 15 6 + 7 + 8 + 5 + + 2 - 0 - 0 - -!!!

1989-2003 15 4 - 3 - 3 - 2 - - 2 - 1 - 3 - -!!!

Таблица 7 Основные различия процессов и характера их проявления в ландшафтах при эксплуатации средне- (СГС) и высоконапорных (ВГС) и низконапорных (НГС) гидротехнических сооружений

Процессы и их характер При эксплуатации СГС и ВГС (с уровнем напора воды для СГС - 10-40 м и для ВГС - более 40 м) При эксплуатации НГС (с уровнем напора воды до 10 м, обычно 2-7 м)

Затопление территорий Затапливаются значительные территории по площади и протяженности (десятки и сотни км), обычно весь пойменный комплекс (от нижних до верхних пойменных уровней) и часть водораздельной территории Затапливаются малые по площади (первые десятки метров) и большие по протяженности территории (десятки и/или сотни км при создании каскадов НГС) в пределах пойменного комплекса (обычно 1-2 пойм уровни)

Изменение уровня воды (УВ) 0 Значительный подъем УВ, обычно более 5 м от естественного, 0 Стабилизация УВ, О Сокращение амплитуды колебания УВ зависит от типа регулирования объекта (не всегда большое) о Незначительный подъем УВ, обычно не более 0 55 0 м от естественного, О Стабилизация УВ, повышение УВ в межень, 0 Значительное сокращение внутри- и межгодовой амплитуды колебания УВ (в 2-2 5 раза)

Время изменений Видимые изменения в ландшафтах и экосистемах начинают отмечаться сразу после ввода в строй ВГС Видимые изменения в ландшафтах и экосистемах отмечаются спустя 10-30 лет после ввода в строй НГС

Сгонно-нагонные явления Значительные изменения амплитуды колебания УВ не связанные с регулированием запасов воды (до 2 5 м и более), возникновение прогрессивной абразии побережья и дна незапланированные потери плодородных с/х угодий (до 500 и более I а за 30 лет) Возникающие небольшие изменения не влияют на характер обводнения наземных пойменных экосистем после ввода НГС в эксплуатацию

Изменение паводковых затоплении и др процессов 0 Полное прекращение затоплений верхней и сокращение затопления средней и нижней поймы (если они остались), 0 Возникновение иных процессов с ледовыми явлениями, изменением засоления прилегающих территорий и др ) О Частичное прекращение затоплений верхней поймы, О Нарушение в чередовании периодов повышенной к пониженной частоты затопления верхней поймы, О Сокращение затопления средней поймы

Изменение уровня грунтовых вод (УГВ) 0 Повышение УГВ и активизация интенсивных оползневых процессов вблизи русла и быстрого заболачивания на низких уровнях поймы и в понижениях (если они остались), о Сокращение амплитуды колебания УГВ на средних и низких уровнях поймы (если они остались), 0 Понижение УГВ на верхних уровнях поймы, особенно удаленных от русла (осуходоливание лугов) 0 Повышение УГВ и постепенная активизация медленных процессов заболачивания на нижних, средних и верхних уровнях поймы всего поименного комплекса в целом, 0 Сокращение амплитуды колебания УГВ на всех уровнях юимы,

Проявления в верхних и нижних бьефах Значительные отличия процессов в верхних и нижних бьефах обсыхание и осуходоливание в верхних бьефах и подтопление и заболачивание в нижних Незначительные различия процессов в верхних и нижних бьефах, особенно с каскадами НГС

деградации лесньгх, кустарниковых и луговых экосистем является изменение и стабилизация режима УГВ в вегетационный период, сопровождающиеся увеличением оглеения верхних почвенных горизонтов из-за повышения уровней воды в реке в период летне-осенне-зимней межени и снижения годовой амплитуды колебания УГВ в пойме

Снижение жизненности древостоев верхней поймы (особенно дуба -Quercus robur и вяза - Ulmus laevis, U glabra, U minor) связано как с изменением амплитуды колебания УГВ, так и с нарушением частоты затопления верхней поймы в последние десятилетия (табл 6 а, б,) В тоже время установленное увеличение выпадения атмосферных осадков, особенно в зимний период, также способствует подъему УГВ и интенсификации процессов оглеения в корнеобитаемой толще и в верхних почвенных горизонтах

Таким образом, зарегулирование НГС приводит к стабилизации режима увлажнения и изменению колебаний УГВ в пойме, вызывая изменение всех компонентов экосистем, смену почвенного и растительного покровов

Для рек бассейнов Эльбы и Сейма выявлены четкие, последовательно чередующиеся 15-летние периоды максимальной и минимальной частоты затопления верхнего пойменного уровня, для деградирующих лесных экосистем верхней поймы установлено нарушение в чередовании периодов затопления их местообитаний с конца 70-х годов XX века

Многолетние тренды водности рек в разных регионах имеют различную направленность и должны непременно учитываться при гидротехническом строительстве и планировании природоохранных мероприятий, поскольку в одних регионах они могут усугубить состояние охраняемых экосистем, а в других - поддерживать их сохранение

ГЛАВА IV. Естественные пойменные экосистемы и их динамика

Основу растительного покрова и животного населения пойменных областей Эльбы, Дуная и Сейма составляют виды, имеющие значительную толерантность к колебаниям уровня воды в реке (ежедневным, сезонным, годичным) и к высоте разногодичных паводковых затоплений

В главе представлена классификация пойменной растительности, выполненная на основании собственных полевых материалов, собранных в бассейнах рек Эльбы, Дуная и Сейма в полевые сезоны 1996-2001 годов

Классификация была выполнена в программе SpsslO 0 при помощи кластерного анализа по методу средней связи с использованием коэффициента Жаккара В работе проанализированы 1190 собственных геоботанических описаний Установлено, что классификация по коэффициенту Жаккара хорошо отражает внутриформационные связи сообщества, показывая направления сукцессионного развития или антропогенного преобразования сообществ, в то время как анализ геоботанических описаний на основании Эвклидовой дистанции дает хорошие результаты для выделения и классификации различных стадий антропогенных нарушений в растительном покрове

Сходство на основе коэффициента Чекановского лучше отражает связи внутри ассоциаций

Установлено, что основу пойменной растительности регионов Центральной Европы (бассейны Эльбы и Дуная) и Восточной Европы (бассейн Сейма) составляют одни и те же формации растительности Для верхних и средних пойменных уровней это, прежде всего, вязово-дубовые (из Quercus robur, Ulmus glabra, U laevis, U minor) и ивовые леса (из Salix alba, S fragilis, S viminalis, S tnandra, S purpurea), а также травяные сообщества из двукисточника тростниковидного (Phalaroides arundinacea), пырея ползучего (Elytrigia repens), видов мятлика (Роа palustris, Р trivialis, Р pratensis и др), ежи сборной (Dactylis glomerata), видов лисохвоста (Alopecurus pratensis, A Myosuroides, рис 3) Самый низкий пойменный уровень занимают формации рогоза (Турка angustifolia), аира (Acorus calamus), тростника (Phragmites austrahs) При этом, конечно, в растительном покрове имеются некоторые отличия, которые, однако, не носят принципиального значения при изучении влияния гидротехнических изменений на экосистемы

Например, в лесных пойменных экосистемах Центральной Европы помимо широко распространенного в России ясеня обыкновенного (Fraxinus excelsior), встречаются некоторые американские виды F pennsylvamca и F ornus Они характерны только для вновь облесенных территорий или при самосеве с ранее облесенных участков Эдификаторной роли в пойменных экосистемах естественных заповедных территорий Эльбы и Дуная эти виды, практически, не играют Существуют так же некоторые отличия в пойменной луговой флоре Центральной и Восточной Европы Но и здесь, в основном, на уровне отдельных видов, которые не являются эдификаторами сообществ

Установлено, что наиболее важным для функционирования естественных пойменных лесных и кустарниковых экосистем является характер и ритмы почво-грунтового увлажнения, определяющие протекание физико-химических процессов в пойменных почвах

Естественные лесные и кустарниковые экосистемы верхнего, среднего и нижнего пойменного уровня (а также производные от них луговые экосистемы) хорошего и удовлетворительного состояния (рис 3) характеризуются

• значительной амплитудой колебания уровня грунтовых вод в пойменных почвах (для верхних пойм не менее 4 5-5 5 м, для средних — не менее 3-3 5 м, для нижних - не менее 1-15 м), которое обеспечивается достаточно большой амплитудой колебания уровней воды в русле реки,

• ненарушенной периодичностью паводкового затопления соответствующих местообитаний

•S для верхних пойм - с постоянным чередование 15-летних периодов частого и редкого затопления верхней поймы (2-4 раза за 15 лет для периодов с редкими затоплениями и 6-10 раз за 15 лет для периодов с частыми затоплениями), S для средних пойм - почти ежегодное, ■S для нижней поймы — ежегодное,

периоды на модельном экологическом профиле Акен правого берега (275 км реки), заповедника "Средняя Эльба" Условные обозначения 1 — рельеф (нивелир ), 2-8 — У В и ГВ (измеренные и тренд), 2 - ГВ в межень (20 05 1998), 3 - ГВ при среднегодовом значении УВ (18 05 1999), 4 - ГВ в начальную фазу паводка (25 07 2001), 5 - УВ 20 05 1998 - 51 14 м (межень), 6 - УВ 18 05 1999 - 51 91 м (среднегод), 7 - УВ 25 07 2001 - 52 68 м (начальная фаза паводка), 8 - наибольший (абсолютный максимальный) УВ в 1998 г (54 23 м), 9-10 средние многолетние УВ за периоды 1896-1930 гг (52 87 м) и 1967-2001 гг (52 39 м), 11-12-средние наибольшие УВ за многолетние периоды 1896-1930 гг (55 79 м) и 1967-2001 гг (53 9 м), 13-14 - наибольшие (абс макс ) УВ за многолетние периоды 1896-1930 гг (57 24 м) и 1967-2001 гг (56 35 м) А - Рельеф 1 - русло реки, 2-6 - первый пойменный уровень, 2 -песчаная коса, 3 - прирусловое понижение, 4 - пойменное понижение, 5 - выположенная пойма, 6 - притеррасное понижение, 7-11 - второй пойменный уровень, 7 - выположенная центральная (2-ая) пойма, 8 - русло обсохшего старичного понижения, 9 - песчаная грива, 10 - гривистая (2-ая) пойма, 11 - понижение (2-ой) поймы, 12-14 - третий (верхний) пойменный уровень, 12 - склон (третьей) поймы, 13 - пойменное понижение, 14 - выположенная (3-я) пойма, Б - почвы 1 - аллювиальные слабосформированные, 2 - аллювиальные лугово-болотные, 3 - аллювиальные дерновые слоистые примитивные, 4 - аллювиальные дерновые, 5 - аллювиальные луговые, 6 - аллювиальные дерново-луговые (аллювиальный бурозем по немецкой классификации), В - растительность 1 - прибрежно-водная - осоковая, 2 - луговая травяная (луг трав ) - злаковая мятликовая, 3 - луг трав - злаковая двукисточниковая, 4 -древесная (древ ) - ивовая (ивы белой), 5 - луг трав - злаковая пырейная, 6 - луг трав -злаковая лисохвостовая, 7 - древ - ясеневая, 8 - древ - дубовая, 9 - луг трав - злаковая райграсовая, Г - номера ассоциаций (по таблице 4 1 в основном тексте диссертации) Обозначения растительности 1 - Salix alba, 2 - Quercus robur, 3 - Fraxmus excelsior, 4 -Rubus caesius, 5 - Phalaroides arundinacea, 6 - Elytngia repens^Lolium perrene, 7 - Alopecurus pratensis+Poa palustris, 8 - Carex gracilis

Таблица 8 Изменение флористического состава экосистем постоянных модельных участков экологического профиля Банищанская дача (р Сейм) в естественных условиях (без влияния регулирования стока) с 1996 по 2001 годы

Название экосистемы (ассоциации) Недотро-гово-еже-виковая с подрост вяза,ясеня Купено-во-ясе-нево-Ьубовыь лес Черечухо-<зо-кленово-ольховый снытьевый лес Ракитово-клеиоеый гжевиково-снытъевый лес Ивовое 1ередово■ крапи-вово-мятовое Ивовое маннико-во-дву-кисточ-никовое Разнотравно-злаковое

Ежегодное кол-во видов в сообществе 15-19 17-21 21-38 15-29 14-24 20-24 20-42

Постоянные виды от ежегодной флоры сообщ-ва, % (<70%) 64* 65 68 53 68 65 63

Постоянные виды от общей (многол ) флоры сообщ, % (<50%) 34 34 38 24 34 34 38

Сменяющиеся виды от эбщей (многол ) флорь: сообщества, % 20 19 19 22 19 19 32

64* - здесь и далее указан средний процент за все годы

• прямым характером падения безнапорных грунтовых вод в меженный период - от водораздела к бортам русла,

• значительной разногодичной (флуктуационной) изменчивостью сообществ, способствующей их большей устойчивости в изначально неустойчивых природных (интразональных) условиях количество постоянно присутствующих видов не должно превышать 70% от ежегодного и 50% от общего (многолетнего) флористического списка (табл 8),

• значительным видовым разнообразием и сложной структурной организацией сообществ (не менее 3-х - 4-х ярусов в сообществах)

Выполненное исследование показало, что естественная пойменная растительность зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы очень близка как флористически (около 70% видового и 80% родового разнообразия), так и формационно (таксономически) Это имеет большое значение при разработке мероприятий по реконструкции растительности в будущем, а также при моделировании гидрологических процессов в условиях недостатка статистических гидрологических данных на основе рек аналогов из России и зарубежной Европы

ГЛАВА V. Индикационное значение смен растительности при зарегулировании речного стока

При разработке диагностики трансформаций природных комплексов речных долин на основе представлений о стадийности процессов, были выявлены растения индикаторы изменений пойменного режима при зарегулировании НГС, установлено индикационное значение изменений структуры сообществ, а также оценена степень нарушений в пойменных экосистемах и необходимость восстановительных мероприятий в поймах от воздействия НГС

В бассейне верхнего Дуная (Западная Германия) На давно зарегулированных участках реки (с 1987г) все наземные экосистемы нижних уровней поймы исчезли, поскольку трансформировались в водные, исчезли также все околоводные животные и водоплавающие птицы, тк лишились специфических мест обитания из-за круглогодичного затопления территории В поймах недавно зарегулированных участков реки (с 1994 г ), уже спустя 2, 3, 4 и 5 лет после ввода в строй плотины Штраубинг установлено чрезвычайно сильное отрицательное воздействие зарегулирования на заповедные экосистемы, которое несомненно будет нарастать со временем Почти полностью погибли (вымокли) кустарниковые и лесные сообщества из ивы (Salix alba, S trtandra, S viminalis, S purpurea) и травяные тростниковые заросли (Phragmites austrahs) нижнего пойменного уровня По повышениям идет активное внедрение гидроморфных и сорных видов растений Polygonum amphibium, Р hydropiper, Cirsium arvense, Carduus crispus, С personata, Potentilla spp и dp Установился статичный режим колебаний УГВ не только по сезонам, но и по годам, даже несмотря на различия во флуктуациях водности реки Дунай (рис 4) В связи с активизацией фильтрационного процесса значительно повысился УГВ в прирусловой части поймы, а направление потока УГВ в течение всего года - обратное естественному (рис 4) от бортов русла к водоразделу В почвах повсеместно наблюдается образование глеевых горизонтов в верхних частях почвенных профилей (с глубины 10-30 см) и их продвижение (рост) вверх по профилю Сокращается обилие и видовое разнообразие растительности на типичных и суходольных лугах

Выявлено начало антропогенно-обусловленного заболачивания (болотного процесса) и установлена чрезвычайно высокая скорость изменения почв и растительности в трех заповедниках "Пфаттерау", "Гмюндерау", "Оберауершляйфе" В случае полного зарегулирования последнего свободнотекущего участка реки Дунай при современной плавной тенденции повышения общей водности реки в ближайшие годы в заповедниках "Изармюнд", "Штаатсхауфен" и др исчезнут все типичные пойменные экосистемы, редкие сообщества, виды растений и животных

В бассейне средней Эльбы (Восточная Германия) Условия функционирования экосистем в пойме р Эльбы более всего близки к естественным Установлено, что в пойме Саале - полностью зарегулированного

БС, м гв__юч Пойма реки Дунай

Расстояние, м

А 8 7 | 6 5 6 5 т | 6 Ч < 1 * 2 1

Б 6 5 1 2 4 2 1 2 1 3 1

В 1 | 2 3 4 5 6 5 7|8| 9 | 10 | 11 12 |]3 14 | 15 16 17 | 18 ¡19

12 Фр 13 ^ 14 |}} 15 \г 16 (

Рис 4 Негативная тенденция постоянного уклона грунтовых вод (ГВ) в пойменном заповеднике на трансекте Оберауершляйфе (2329 175 км Дуная) в зоне влияния верхнего бьефа плотины Штраубинг 1 - рельеф (нивелир), 2 - ГВ в межень 1998 (измеренные значения и тренд), 3 - ГВ в паводок 1999 г , 4 - ГВ 2000 г (в период среднегод знач УВ), 5 -ГВ 2001 г (в период среднегод знач УВ), 6 - УВ в межень 1998 г, 7 - УВ в паводок 1999 г, 8 - УВ 2000 г (в период среднегод знач), 9 - УВ 2001 г (в период среднегод знач), 10 -абсолютный максимальный УВ 1999 г , 11 - абсолютный максимальный УВ 2000 г , 12-16 -обозначения растительности, 12 - ивовая, 13 — ясеневая, 14 - крупнотравная водно-болотная, 15 - луговая травяная, 16 - сорнотравная А - рельеф 1 - антропогенно-насыпная песчано-галечниковая противопаводковая дамба, 2 - межгривное понижение верхней поймы (ранее 3-ий, ныне 2-ой пойменный уровень), 3 - грива верхней поймы (р 3-ий, н 2-ой п ур ), 4 -склон гривы верхней поймы на среднюю пойму (р 2-3-ий, н 1-2-ой п ур ), 5 — межгривное понижение центральной (гривистой) поймы (р 2-ой, н 1-ый п ур ), 6 - грива центральной поймы (р 2-ой, н 1-ый п ур ), 7 - склон бывшей центральной поймы на нижнюю пойму (р 2-ой, н 1-ый п ур ), 8 - русло реки, Б - почвы 1 - аллювиальная дерновая поверхностно и грунтово средне оглеенная, 2 - аллювиальная луговая сильно оглеенная, 3 - аллювиальная лугово-дерновая грунтово средне оглеенная, 4 - алтювиальная болотная, 5 - аллювиальная лугово-болотная, 6 - аллювиальная дерновая сильно оглеенная, В - растительность 1 -древесная (древ) - бодяково-крапивово-ясенево-кленово-ивовая, 2 - древ - мохово-крапивово-ивово-ясеневая погибающая, 3 - крупнотравная водно-болотная на месте погибающей древесной - крапивово-тростниковая в погибающем ивняке, 4 - кустарниковая (куст) - чертополохово-крапивово-ивовая, 5 - куст - крапивово-тростниково-ивовая разреженная, 6 - куст - крапивово-тростниково-ивовая, 7 - луговая травяная (луг трав) -мохово-подмаренниково-крапивовая, 8 - куст - двукисточниково-крапивово-ежевиковая с подростом клена американского, 9 - луг трав - разнотравно-злаковая, 10 - луг трав -разнотравно-сорнотравно-злаковая, 11 - туг трав - бодяково-подмаренниково-зтаковая, 12 - луг трав - горцово-лапчатковая с участием бодяка, 13 - луг трав - тростниково-крапивовая, 14 - луг трав - горцово-хвощево-лапчатково-злаковая, 15 - луг трав - мохово-горцово-хвощево-злаковая, 16 - луг трав - разнотравно-сорнотравно-злаковая, 17 -луг трав - крапивово-бодяково-подмаренниково-ежовая, 18 - луг трав - злаково-горцово-лапчатковая, 19 — луг трав — горцово-бодяково-подмаренниково-зчаковая

притока реки Эльбы, отсутствует естественный ход направленной (долговременной) динамики растительности и почвенного покрова Вследствие полного зарегулирования реки Саале, резко изменилась сезонная динамика уровней речной воды, что сильно повлияло на естественный поемный режим в долине реки Саале в пойме зафиксирована малая амплитуда колебания УГВ как по сезонам, так и за многолетний период, а в ландшафтах отмечается активизация болотного процесса, что является причиной гибели типичных вязово-дубовых пойменных лесов, заболачивания лугов, сильного разрастания многолетних сорняков, возникновение и распространение глеевых почв по бывшим средним и верхним уровням поймы В зарегулированной пойме Саале (на участках реки между каскадами плотин и особенно в верхних бьефах) относительные колебания УГВ в различные периоды исследования не превышали 1 -2 м А максимальная амплитуда колебания между УГВ в паводок и осеннюю межень составляла не более 2-2 4 м для повышенных элементов рельефа и 0 5-1 м - для понижений В результате строительства НГС на р Саале УГВ в пойме сократило амплитуду колебания с 4-4 5 м (до зарегулирования) до 2-2 4 м (в настоящее время - при зарегулировании)

Выявленные закономерности в изменении режима речного стока и мезоклимата для бассейна р Сейм способствуют в настоящее время (по сравнению с началом века) повышению уровня воды в реках в вегетационный период и резкому снижению обводнения верхней пойменной террасы в период весеннего половодья Увеличение годового количества выпадения атмосферных осадков и повышение среднегодовых температур воздуха за счет зимнего периода, наряду с уменьшением сильных морозов и летней жары в бассейне р Сейм способствует активизации процессов заболачивания в той или иной степени в зависимости от подстилающих пород на всех уровнях поймы, сокращению сезонной амплитуды колебания УГВ, те его относительной стабилизации по сезонам и годам, а также повышению УГВ, особенно вблизи берега Полевые исследования показали, что в бассейне р Сейм отмечается тенденция сдвига поемного процесса в сторону заболачивания (рр Сейм, Тускорь, Свапа, Прутшце)

На пониженных частях поймы (нижняя пойма - первый пойменный уровень) ценные разнотравные луговые травостои сменились малоценными, плохо поедаемой растительностью из Carex gracillis, Phalaroides arundinacea, Phragmites australis, Acorns calamus, Deschampsia caespitosa, а на повышенных частях поймы (средняя и верхняя пойма - второй и третий пойменный уровень) - сорными рудеральными маловидовыми сообществами Основные негативные тенденции в развитии луговых сообществ - это заболачивание и обильное внедрение рудеральных, сорных видов Cirsium arvense, С vulgare, Carduus acanthoides, С pannonicum, Xanthium strumarium, X albinum, которые оптимально приспособлены к стабильному сезонно повышенному УГВ В лесных пойменных экосистемах ухудшилась жизненность основного эдификатора - Quercus robur (суховершинность, сильная пораженность насекомыми-древоточцами), происходит активное внедрение в древесный ярус

подроста вяза и ясеня В травяном ярусе лесов Quercus robur-Tilia cordata отмечается абсолютное доминирование Aegopodium podagrana, а так же большое обилие Equisetum hyemale, Е pratense, Impatiens parviflora, Alliaria pettiolata, которые индицируют здесь полное отсутствие паводкового затопления при увеличении гидроморфности аллювиальных дерновых почв

Полученный в процессе работы совокупный анализ экологических натурных данных и статистической обработки гидрологических и метеорологических характеристик позволил установить, что в пойме р Сейм основной причиной деградации луговых экосистем является стабилизация режима УГВ в вегетационный период и увеличение оглеения верхних почвенных горизонтов из-за повышения уровней воды в реке в период летне-осенне-зимней межени и снижения годовой амплитуды колебания УГВ в пойме Снижение жизненности древостоев дуба (Quercus robur) на участках высокой поймы связано как с изменением амплитуды колебания УГВ, так и с нарушением частоты затопления высокой поймы в последние 30 лет (табл 6) Кроме того, увеличение выпадения атмосферных осадков и потепление в зимний период активизируют подъем УГВ и интенсификацию процессов оглеения в корнеобитаемой толще

Установлено, что в пойме реки Сейм и ее притоков тенденция заболачивания имеет частично естественную природу, а процессы изменений в экосистемах сходны с таковыми на реке Саале (Восточная Германия), где они имеют чисто антропогенный характер Поскольку в пойме Саале условия поемности сменились довольно резко еще в начале 50-х годов, то и последствия подобных изменений тоже более существенны там полностью погибли последние ценнейшие пойменные древостой из Quercus-Ulmus, а луга утратили кормовую ценность в 3-4 раза

На основе многолетних исследований в заповедных территориях речных долин в бассейнах рек Эльба, Дунай и Сейм вьивлено, что более менее устойчивое (удовлетворительное) функционирование пойменных экосистем после зарегулирования стока возможно лишь при условии сохранения близкого к естественному характера флуктуаций (ежегодных изменений) в составе сообществ, а степень нарушений от НГС можно оценить по проявлению в экосистемах видов растений - индикаторов зарегулирования НГС (табл 9), список которых был установлен в процессе многолетних полевых исследований (табл 5 8 текста диссертации)

Анализируя данные мониторинга, касающиеся состава и структуры пойменных экосистем, удалось подтвердить, что высокая флуктуационная изменчивость в растительном сообществе является показателем сохранности и большей устойчивости для этих интразональных экосистем

Присутствие постоянных видов растений в экосистемах в размере менее 70% (в среднем 55-60%) от ежегодного и менее 50% от многолетнего флористического списка указывает на удовлетворительное состояние наземной пойменной экосистемы и естественный характер флуктуаций в ней (табл 8)

Таблица 9 Оценка степени нарушений пойменных территорий зоны широколиственных лесов в результате зарегулирования по проявлениям в экосистемах видов растений - индикаторов зарегулирования НГС

Степень нарушений Проявление индикаторных видов растений на лугах и в травяном ярусе лесов на площадках 10 м2 Степень нарушенности пойменных экосистем и необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий

0 - не опасная 1-3 экземпляра вида (с обилием Un-sol) Практически естественное состояние экосистем, восстановление не требуется

1 - очень слабая Более 10 экземпляров вида (с обилием sp) и проективным покрытием вида до 20% Очень слабо измененное состояние экосистем, необходим мониторинг за дальнейшим развитием процессов

2 - слабая Появление не менее 5-7 микроочагов (куртин) вида диаметром 0 5-1 м с обилием sp gr - copl Слабо измененное состояние экосистем, необходимы локальные мероприятия по осушению поймы

3 - средняя Образование не менее 10-15 микроочагов (куртин) вида диаметром 1-2 м с обилием sp gr - copl Средне измененное состояние экосистем, требуются локальные гидро- и лесотехнические мероприятия

4 - сильная Полное слияние микроочагов и/или равномерное распространение вида по площади с обилием sp3-copl Сильно измененное состояние экосистем, наряду с локальными (гидро- и лесотехническими) нужны мероприятия по изменению гидрологического режима реки

5 - очень сильная Полное доминирование вида (с обилием сор2-сорЗ), вплоть до образования монодоминантных сообществ Полностью измененное состояние экосистем, требуются мероприятия по изменению гидрологического режима реки

Если в пойменных экосистемах процент постоянных видов растений превышает предельно допустимый уровень (70% от ежегодного и 50% от многолетнего флористического списка) - экосистемы следует считать антропогеннонарушенными, и разрабатывать для них специальные меры реабилитации (табл 10)

Таблица 10 Изменение флористического состава экосистем экологического профиля Барятинский лес на антропогенно измененной пойме, в зоне влияния Курчатовского вдхр (бассейн Сейма) с 1996 по 2001 годы

Название экосистемы (ассоциация) Кленово-ясенево-тополевый лес Осоково-ясеиеео-дубовый лес Недотрогово-вязово-дубовый лес Снытьево-вязоео-дубо-еый лес Хвощеео-липово-дубовый лес

Ежегодное кол-во видов в сообществе 22-32 16-18 19-26 18-25 19-23

Постоянные виды от ежегодной флоры сообщ-ва, % (<70%) 41 64 45 43 64

Постоянные виды от общей (многол ) флоры сообщ., % (<50%) 69 87 74 72 84

Сменяющиеся виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % 19 10 16 18 12

ГЛАВА VI. Антропогенные изменения пойменных экосистем и их охрана

Антропогенное зарегулирование стока рек существенно изменяет функциональную взаимосвязь элементов рельефа, уровня воды в реке и УГВ в пойме Бывшие высокие элементы рельефа поймы (третий пойменный уровень) подтапливаются и переходят в современный период (при зарегулировании) в ранг более низких пойменных уровней Начинаются динамические изменения почв и растительности в направлении возрастания гидроморфности

Искусственное поднятие уровня воды в реках (каналах) или на их отдельных зарегулированных участках и его стабильное поддержание на определенном уровне в течение года активизирует антропогенный процесс, который не является аналогом природного

Оглеение, возникающее в верхних горизонтах почвы (до 1-1 5 м) наиболее отрицательно влияет на древесные породы пойменной дубравы, вызывая угнетение и гибель деревьев и кустарников, глубокие корневые системы которых не в состоянии нормально функционировать в условиях круглогодичного стояния грунтовых вод на постоянном повышенном уровне

Установлено, что для зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы в результате воздействия НГС отмечаются чрезвычайно близкие по характеру процессы деградации пойменных экосистем

При этом даже незначительное антропогенное изменение меженных и средних уровней воды в реках и каналах (повышение на 0 5-1 м), влечет за собой полную перестройку пойменных экосистем и наиболее сильно влияет на нижние пойменные террасы, быстрее всего затрагивая экосистемы в приплотинной и устьевой частях пойм

В ходе исследований для различных режимов функционирования поймы были выявлены эволюционно-динамические ряды природных комплексов, что позволило создать "Модель динамических связей и характера современного состояния формаций пойменных местообитаний зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы" (рис 5) Она отражает все возможные трансформации современной пойменной растительности в зависимости от расположения УГВ в пойме, характера оглеения и глубины залегания глеевого горизонта в почвах, а также режима паводкового затопления для разных уровней поймы (О, I, II, III, рис 5), показывает направления и вид сукцессионных изменений, указывает характер образовния сообществ (естественный или антропогеннопроизводный, в том числе от воздействия НГС), дает представление о тенденции ареалов растительных формаций (с расширяющимся, неизменным и сокращающимся ареалом)

На основе построения эволюционно-динамических рядов природных комплексов для различных режимов функционирования поймы и диагностики микроочаговых проявлений в растительности и почвах составлена Прогнозная схема изменения растительности в поймах рек широколиственной зоны Восточной и Центральной Европы при изменении обводненности территории, в которой для различных экологических уровней поймы прослежены стадии изменения естественных сообществ в результате антропогенного зарегулировании рек НГС (табл 11)

Обосновано выделение пойменных территорий, подвергшихся зарегулированию НГС в охраняемые зоны и включение их в водоохранные зоны водных объектов

На основе всестороннего анализа зависимостей показателей режима речного стока с эколого-биологическими показателями состояния пойменных экосистем и экотонов, принимая за основу положение о сохранении устойчивого функционирования экосистем речных долин при зарегулировании стока, нами была разработана стратегия природопользования и установлены основные экологические критерии, ограничивающие регулирование режима речного стока (Кузьмина, 2005, Кузьмина и др, 2000, Новикова, 1999, 2003, Новикова, Кузьмина, 2000, NovLkova et а1:, 2001, Новикова, Кузьмина и др, 2005а, б, 2006а, б)

о Наличие элементов первичного пойменного ландшафта (осередки, побочни), формирование и развитие экосистем на которых обеспечивается при промежутках в 3-5 лет между максимальными расходами о Наличие достаточной флуктуационной изменчивости экосистем в условиях

регулирования режима речного стока о Поддержание многолетней амплитуды колебания УГВ на уровне 70% от

первоначальной естественной нормы о Сокращение объема стока не более чем на 15% от естественного уровня для обеспечения достаточного заливания различных экологических уровней с разной частотой и длительностью и предотвращения стабилизации УВ и УГВ в пойме

Таблица 11 Фрагмент прогнозной схемы изменения пойменной растительности широколиственной зоны при нарушении обводненности территорий

Исходное состояние

Промежуточные стадии изменения растительности

II Пойменный Повышение УГВ на 1-1 5 м.

уровень Сокращение паводков вдвое

Лесные угодья —

Calvstesia sepium+Galium palustre+

Salix alba-Calvsteeia 11 Stachvs palustris II

sepium-Phalaroides о 0

arundmacea в Суховершинность и выпадение в

ы древостоев ивы, увеличение Ы

Канареечниково- ш проективного покрытия трав до 100% Ш

повоевые ивняки е за счет разрастания нижнего яруса с

н {Solanum dulcamara, Calystegia н

и sepium, Myosoton aquaticum) и и

е внедрения более гидроморфных е

видов Stachys palustris, Galium

palustre, Phragmites austrahs

Конечное состояние (сообщество)

Повышение УГВ на 0 5 м. Паводки очень редкие и небольшие

Phalaroides arundmacea- Ins yseudacorus

Образование неустойчивых травяных экотонных сообществ с покровом из мятлика болотного, канареечника, ириса, повоя, паслена сладко-горького (Роа palustris, Phalaroides arundmacea, Iris pseudacorus, Solanum dulcamara, Calystegia sepium, Lycopus europaeus)_

Повышение УГВ на 0 30 5м. Формирование мелкого водоема. ► отсутствие паводков

П

о Schoenoplectus lacustns в +Bolboschoenus maritimus, ы Scirpus

ш svlvaticus+Sparsamum о erectum

н и

е Камышевые и клубнекамышевые

Salix triandra+Sahx

purpurea+Sahx

viminalis-Calystegia

sepium-Phalaroides

arundmacea

Канареечниково-повоевые смсшан-ные кустарниковые ивняки

р Salix viminalis-Vrtica dioica

У *

н Суховершинность и выпадение

т древостоев ивы, увеличение проективного

о покрытия трав до 100% за счет

в разрастания нижнего яруса, внедрения

Salve vimmahs-Phrasmites austrahs

Формирование разреженных ивняков тростниковых

ы крапивы и сорнотравья Calystegia sepium, ы х Urtica dioica, Cirsium arvense, Carduus x personata, Phragmites austrahs_

Повышение УГВ на 0 30 5м, Отсутствие паводков

Phrasmites austrahs

Образование монодоминантных зарослей тростника

Исходное состояние (сообщество) Промежуточные стадии изменения растительности Конечное состояние (сообщество)

II Пойменный в Повышение УГВ на 0 7-1 м. в Повышение УГВ на 0 5-0 8 м. в Повышение УГВ на 0 3-

уровень о Сокращение паводков вдвое 0 Паводки очень оедкие и о 0 5 м, Фоомиоование

Луговые угодья д , д небольшие д стоячего мелкого

Gramineae+Cirsmm arvense водоема, отсутствие

Grammeae н н Cirsium arvense+Potenttlla н паводков

(Elytrigia repens, Роа а Снижение обилия луговых злаков а anserma+Potentilla reptans- а

pratensis, Роа triviahs, Появление индикаторов нарушения Polysonum amphibium Glvceria maxima

Lolium multiflorum, 1 поемности в малом и среднем обилии 05 03

Lolium perenne) м (Polygonum amphibium, Cirsium arvense, Смена злаковых сообществ на Формирование

Sonchus asper, Deschampsia cespitosa, - сорнотравные и более - монодоминантных

Пырейные, Potentilla anserma, Potentilla reptans, 08 гидроморфные, увеличение обилия 05 сообществ манника

плевеловые и Taraxacum officinale) м видов Polygonum amphibium, м большого

мятликовые луга, в Cirsium arvense, Potentilla anserma,

том числе сеянные Potentilla reptans

III Пойменный уоовень Повышение УГВ на 0 7-1 м. Повышение УГВ на 0 5-0 8 м. Повышение УГВ на

Луговые угодья Сокращение паводков вдвое Паводки очень оедкие и 0 5 м.

небольшие Стабилизация УГВ (с

Grammeae-Mixteherbosa Alovecurus spp +Роа palustris- амплитудой менее 1 м)

(Dactylis glomerata, П Sanguisorba offícmalis-Mixteherbosa Saneuisorba officmalis+Poa

Festuca pratensis, 0 П valustris+Ranunculus repens- П Cirsium

Arrhenatherum elaüus, в Выпадение Arrhenatherum ektíius, 0 Mvcteherbosa+Musci о arvense+Grammeae-

Phleum pratensis, ы Festuca pratensis, Уменьшение обилия в в Mixteherbosa (Роа

Achillea millefolium) ш суходольных видов (Achillea ы ы palustris, Phalaroides

е millefolium, Bromus hordeaceus и др), ш Снижение общей флоры в 2 раза, ш arundinacea, Polygonum

Разнотравно-злаковые н Увеличение обилия гидроморфных е Разрастание зеленых мхов, лютика е amphibium, Potentilla

суходольные луга из ежи и видов (.Ranunculus repens, Роа н ползучего (Ranunculus repens), н reptans)

сборной, овсяницы е palustris, Sanguisorba officinalis и др.), и мятлика болотного (Роа palustris) и Образование

луговой,райграса Внедрение Polygonum amphibium, е е непоедаемых злаково-

высокого Achillea ptarmica, Glyceria maxima и разнотравно-колюче-

зеленых мхов сорнотравных лугов

Исходное состояние (сообщество )

Промежуточные стадии изменения растительности

Конечное состояние (сообщество)

III Пойменный уровень Лесные угодья

Quercus robur -Acer spp Sambucus msra-

Повышение УГВ на 1-1 5 м. Сокращение паводков вдвое

Prímula elatior. Circaea luteíiana. Paris quadrifolia, Asarum europaeum, Festuca gigantea.

Дубовый лесс неморальным травяным покровом

г

р -►

у Quercus robur+ Fraxinus excelsior-• н Aesopodium podasraria-Mixteherbosa t Снижение жизненности дуба, внедре-о ние ясеня, разрастание сныти, сниже-в ние обилия и выпадение неморальных ы элементов - Hederá helix, Prímula х elatior, Paris quadrifolia, Circaea lutetiana, Asarum europaeum и др , Внедрение гидроморфных элементов -Deschampsia cespitosa, Impatiens noli-tan gere, Geum urbanum, Urtica dioica.

Повышение УГВ на 0.7-1 м. Стабилизация УГВ Паводки очень редкие и небольшие

Fraxmus excelsior+Populus canadensis -Aesopodium

Повышение УГВ на 0 30 5 м.

Стабилизация УГВ

н vodaeraria+ Lamium maculatum + Glechoma hederacea -Musci Ясенево-тополевые с травяным покровом из сныти, яснотки и мхов

р Alnus slutmosa-Urtica

у dioica-Aeeopodium

н podasraria

т

Образование чистых

Гибель дубов, Внедрение ольхи клейкой, Разрастание зеленых мхов

о в

ы ольховников с покровом х из крапивы и сныти

Quercus robur-Ulmus laevis Acer campestre-Polveonatum multiflorum+ Circaea lutetiana _

Кленово-вязово-дубовые леса с неморальным травяным покровом (París quadrifolia, Mercurialis perennis, Galium odoratum)

П о

ш

е н и е

a) Quercus robur+ Fraxinus

excelsior-Acer neeundo- Euonmus Fraxinus excelsior +Tilia cordata -europaea-Rubus caesius Кленово- Musci

ясенево-дубовые леса с ежевикой и Липово-ясеневые моховые леса

бересклетом Сокращение кустарни- \ П

м -с» ]

ков, Внедрение индикаторов оглеения Impatiens parvtflora, Lapsana commums, АИшгш petiolata, Equisetum hyemale I 6) Quercus robur+ Tilia cordata-Rubus caesius Липово-дубовые леСас ежевикой Ухудшение жизненности дубов, выпадение кустарников Sambucus mgra, Cornus sanguínea, и неморальных трав, редукция травяного яруса и разрастание ежевики,

i Гибель дубового древостоя,

Исчезновение травяного покрова и в замена его на моховой, ы ш

Alnus elutmosa- Tilia cordata- Corvlus avellana-Rubus caesius Ольховый с участием П липы ежевиково о лещиновыи в мертвопокровный ы

н Alnus elutmosa-Carex и pilosa

е Осоково-ольховые леса

о Сохранение основного биологического разнообразия экосистем на всех уровнях его организации не менее 75% от числа наименьших таксономических единиц (например ассоциаций) из полного состава сообществ динамической системы региона в пределах бассейна зарегулированного водного объекта о Сохранение основного спектра биотопического разнообразия экосистем речных пойм путем наличия достаточного количества незарегулированных участков реки определенной протяженности (как правило, не менее 70-100 км для крупных и средних рек), которые будут его обеспечивать в измененной среде

В настоящее время основными территориями сохранения оставшихся естественных и условно естественных пойменных экосистем являются водоохранные зоны, а также пойменные заповедники и заказники Экологическое обоснование размеров водоохранных зон (наземных участков) водных объектов должны определяться для каждого конкретного случая отдельно и не только в зависимости от длины реки или площади водного зеркала водоема, а с учетом как биологических критериев, так и разной географической типизации водных объектов (Новикова, Кузьмина и др , 2005а, б, 2006а, б), основанной не только на их различиях по величине, геоморфологической приуроченности, местоположению и природно-климатической зональности, но и с учетом разной степени зарегулированности (естественные и с измененным гидрологическим режимом в разных степенях), наличия разных направлений многолетней динамики водности (т е для водоемов находящихся в условно стабильных или резко изменяющихся условиях), разного характера и степени сельскохозяйственного освоения территорий

Приоритетным экологическим критерием при обосновании и выделении водоохранных зон, особенно при установлении их размеров, не превышающих сегодня, как правило, 100 м от уреза воды, является природоохранная ценность пойменных и прибрежных территорий (Подольский и др, 2004, Новикова, Кузьмина и др , 2005а, б, 2006а, б), определяющаяся по наличию

Рис 5 Модель динамических связей и характера современного состояния формаций пойменных местообитаний зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы Пойменные уровни 0 - постоянно затопленные или длительно затопляемые территории (на небольшую глубину 0-0 5 м), I - низкая пойма, II - средняя пойма, III - верхняя пойма Направления сукиессий - однонаправленные, <г> - двунаправленные. Характер сукцессии 1 - естественные или "условно" естественные, 2 -антропогенные при зарегулировании НГС, 3 - антропогенные демутационные (восстановительные) при зарегулировании НГС

I

уровень пойми

уи»-КС|]Ь

пойми

П1

уровень поймы

ТурНси

I ВрагцЬап^а | i егее115 1*=

Оглеение (глеевый процесс}

Асогс1я Сй1ятк

ПОВЫШШИК УВЛАРЁ/ 1ЙЕНИЯ (Поднятие УГВ, увеличение частоты паводков)

Х;ш(1н|и(н

Сагехе1а 1>1'асШе$

1'нпшн1с>

3 к д ер н е кие

(аллювиальный"

Ьжж процесс)

(«[«етшяе' ' '

1 йаа-*4*"1 сйокае

) II I

1

ВЛоЙе» Вготт '"¡СаЬивай-

[пЫВЯегае, тегпт —1 гоМ!(1е1а

(Ь.доггегшге

I _

г когЬе(а («= тя1е^ I

ш^гае, Р. сапа(кпке8, Р. Р. а1Ьас

1

| Ьуста!./^£агу¡Дог.^

ЙЙЗа <

►Аггкепа-

Ае5сч1е1а .Ыррося^ипеае

X

Глфлш»

СПИЖВНИЕ У Ш1дЖГ1ШИяХ( понижен не УГВ, сокращение частоты па вод кон)

"" ] - антропогенно производные; ___I - антропогенно производные при зарегулировании

Я-сокращающие ареал (имеют 2% от возможной плошади); 1 | - жизнеспособные

36

расширяющие ареал;

направления сукцессии

- ООПТ (особо охраняемых природных территорий),

- реликтовых видов и сообществ,

- редких и исчезающих видов и сообществ,

- генетически ценных для селекции видов флоры и фауны (генофонд),

- магистральных экологических коридоров слабонарущенных территорий, участвующих в межрегиональном обмене элементами флоры и фауны,

- популяций, находящихся вблизи границ видовых ареалов

Таким образом, при разработке экологического обоснования выделения водоохранной зоны и нормирования режимов использования ее территории последовательно решаются несколько задач

• устанавливается механизм воздействия различных видов антропогенной деятельности на режим речного стока, на компоненты наземных экосистем и на всю территорию предполагаемой водоохранной зоны в целом,

• выявляются лимитирующие факторы допустимых масштабов антропогенных изменений и их значение для устойчивого развития экосистем и экотонов речных пойм в соответствии с географической типизацией, различной природоохранной ценностью территорий и эколого-биологических критериев,

• проводится комплексный анализ состояния и оценка устойчивости экосистем и экотонной системы водных объектов

Установлено, что в поймах рек с естественным (незарегулированньш) гидрологическим режимом нецелесообразно проводить озеленение видами Populus spp Тополя (Р nigra, Р deltoides, Р canadensis и др ) погибают в возрасте 15-50 лет, не выдерживая длительного паводкового затопления от редких высоких (катастрофических) паводков В то же время аборигенные пойменные виды деревьев и кустарников Salix alba, S triandra, S viminalis, Quercus robur, Tilia cordata, T platyphyllos, Ulmus laevis, U glabra, Crataegus spp, и др) исторически полностью адаптированы к резким колебаниям увлажнения в пойме и переносят длительные затопления практически без последствий На целесообразность исключения непоймостойких пород из ассортимента при лесовосстановлении естественных пойменных лесов, утраченных в результате зарегулирования стока рек Волги, Дона и Терека указывал также В Д Шульга (2002)

Поскольку уже зарегулированные реки практически невозможно вернуть к исходному естественному режиму функционирования, в настоящее время основным способом частичного улучшения состояния лесных пойменных экосистем в зоне широколиственных лесов, подвергшихся деградации в результате зарегулирования НГС, нужно считать специальные лесохозяйственные методы, такие как безвершинное хозяйство и климаксовое лесоводство, успешно применяемые во ВНИАЛМИ (Шульга, 2002)

выводы

1 Разработан алгоритм решения проблемы оценки негативного влияния НГС на наземные пойменные экосистемы, трансформированные вследствие регулирования стока (Кузьмина и др , 2000, 2006, Мо\')коуа, Киг'пппа Й а1, 2001, Кузьмина, 2003, 2005а, 20056, Кошнипа, 2004, Коияшпа Й а1, 2004, 2005, Новикова, Кузьмина и др, 2005а, 20056, 2006), включающий в себя следующие этапы

• установление направ пений фоновых изменений гидрологических и метеорологических характеристик (или их отсутствия) для региона исследований

о анализ изменений водного режима за весь период инструментальных наблюдений (колебание во времени среднегодовых, макс и мин уровней и расходов воды) и выявление направленных достоверно значимых трендов (или их отсутствия), о выявление аналогичных и сезонных изменений атмосферных осадков и температуры воздуха с определением достоверно значимых трендов (или их отсутствия),

• выявление наличия изменений в обводненности поймы

о сравнение характеристик водного режима для зарегулированных и незарегулированных (условно " естественных") рек и их участков и учет совместного воздействия зарегулирования и тенденций многолетних изменений,

о выявление нарушений в ритмах частоты затопления пойм (повторяемость затоплений для биотопов различных экологических уровней),

о выявление изменений в амплитуде колебания УГВ и установление ее кризисных значений, на основе сравнения таковой для естественных и нарушенных территорий, о выявление нарушений в распределении глеевых горизонтов и характера ожелезнения в почвенном профиле,

• определение наличия и степени нарушений в экосистемах

о определение характера нарушений в эволюционно-динамических рядах

природных комплексов для разных режимов функционирования пойм, о выявление и использование видов растений-индикаторов зарегулирования НГС для определения наличия воздействия НГС на экосистемы, в том числе на начальных его стадиях, о определение и использование индикационных изменений в структуре экосистем для оценки степени нарушенности и необходимости восстановительных мероприятий в поймах

2 Естественная пойменная растительность зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы очень близка как флористически (около 70% видового и около 80% родового разнообразия), так и формационно (таксономически), что имеет большое значение при разработке мероприятий по реконструкции растительности в будущем, при использовании

зарубежного опыта в условиях России, а также при моделировании гидрологических процессов в условиях недостатка статистических гидрологических данных на основе рек аналогов

3 Негативное влияния низконапорных гидротехнических сооружений и небольших водохранилищ на экосистемы пойм достоверно проявляется только спустя несколько десятилетий В настоящее время все пойменные экосистемы зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы являются измененными в разной степени, слабо нарушенных пойменных экосистем осталось чрезвычайно мало (менее 2% от общей площади)

4 Основными факторами и процессами вызывающими негативные изменения пойменных экосистем в результате воздействия НГС являются стабилизация режима УГВ в поймах из-за выравнивания УВ в реках, изменение паводкового затопления, повышение общей обводненности поймы, изменение характера и интенсивности почвообразования, что приводит к нарушению структурно-функциональной организации экосистем и развитию сукцессионных смен Глубина и скорость трансформации экосистем зависит от интенсивности и продолжительности антропогенного воздействия

5 Основными проявлениями нарушений от воздействия НГС (плотин, шлюзов и их каскадов) в пойменных биотопах и наземных экосистемах являются

• сокращение амплитуды колебания УГВ по сезонам и годам в 1 5-5 раз от первоначальной,

• нарушение характера залегания УГВ изменение направления падения потока безнапорных грунтовых вод с прямого на обратный (образование постоянного направления от основного русла к водоразделу) и установление равного положения УГВ под лесными и луговыми экосистемами,

• нарушения в распределении оглеения и ожелезнения в пойменных почвах (возникновение глеевых горизонтов в верхних частях почвенного профиля - 0-1 м, редукция ожелезнения),

• уменьшение видового разнообразия (в 2-4 раза от первоначального в лесах и на лугах, как общего многолетнего состава, так и ежегодного количества видов растений на отдельной модельной площади),

• сокращение продуктивности лугов (в 3-4 раза на последних стадиях нарушений),

• изменение состава экосистем образование маловидовых, монодоминанттаых или сорнотравных лугов, непригодных для производства кормов, замена ивовых, вязово-дубовых, липово-дубовых и дубовых типичных пойменных лесов на травяные экосистемы или на ольховые, ясеневые и искусственные тополевые насаждения,

• сокращение флуктуационной изменчивости (как на лугах, так и в лесах)

6 Основными биологическими показателями-индикаторами устойчивости экосистем и экотонной системы водных объектов с измененным гидрологическим режимом, которые могут быть выражены количественными характеристиками, являются

• наличие первичных сукцессии на первичных формах пойменного ландшафта,

• наличие различий в составе и структуре экосистем на разных экологических (пойменных) уровнях,

• наличие ежегодной изменчивости (флуктуаций) видового состава в сообществах,

• наличие основного видового разнообразия экосистем (не менее 75% от общего числа наименьших таксономических единиц) и их типичной продуктивности в пределах географически зональных норм

7 Нарушения в пойменных экосистемах при зарегулировании НГС можно выявить по установленному списку видов растений - индикаторов зарегулирования НГС в зависимости от гранулометрического состава почвогрунтов, залегания УГВ в межень и изменения характера паводковых затоплений Основными видами - индикаторами зарегулирования НГС являются Cirsmm arvense, С vulgare, Carduus personata, С crispus, С palustre, С acanthoides, Impatiens glandulifera, I parviflora, Equisetum hyemale, Polygonum amphibium (наземная форма) и др

8 Оценка степени нарушений от воздействия НГС пойменных территорий и необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий устанавливается по степени проявления видов растений - индикаторов зарегулирования НГС и изменению с труктуры в пойменных экосистемах

9 Индикаторами антропогенных преобразований речного стока под воздействием НГС в пределах зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы становятся единые почвенные процессы и одни и те же виды растений, имеющие обширный евразийский ареал Это может привести в будущем к нивелировке растительного и почвенного покровов пойм, сокращению биоразнообразия, исчезновению индивидуальности пойменных ландшафтов различных регионов

10 Начальные изменения в экосистемах при зарегулировании НГС выявляются по высокой скорости сукцессионных (необратимых) смен растительности и по быстрому изменению флористического состава в первые годы антропогенных нарушений При этом, чем ближе (пространственно) расположен участок к НГС, тем выше скорость необратимых изменений в сообществах В зависимости от удаления от НГС в первые 3-5 лет каждый год меняется более 50% общего видового состава сообществ

11 Максимальные изменения в пойменных экосистемах в результате зарегулирования НГС наблюдаются в непосредственной близости от плотины (в зоне подпора), а также в зарегулированной устьевой части реки, где изменение и гибель первоначальных экосистем происходит в 1 5-2 раза

быстрее, чем в срединных частях зарегулированных участков речных долин Здесь также отмечается более сильное сокращение видового разнообразия (иногда до 4-5 видов как в лесах, так и на лугах) и более сильное понижение флуктуационной изменчивости в экосистемах, вплоть до полной редукции с последующей стабилизацией их состояния

12 Пойменные экосистемы, близкие к естественным, отличаются значительными разногодичньши изменениями растительных сообществ и большим видовым разнообразием Экосистемы, в течение длительного времени сильно нарушенные в результате НГС и зарегулирования стока, отличаются очень слабой флуктуационной изменчивостью и меньшим (в 2-4 раза) видовым разнообразием доля постоянных видов растений здесь обычно превышает предельно допустимый уровень - 70% от ежегодного и 50% от многолетнего флористического списка, для таких экосистем следует разрабатывать специальные меры реабилитации

13 Основной причиной обезлесивания пойм рек зоны широколиственных лесов и лесостепи Центральной и Восточной Европы является зарегулирование стока рек НГС, достигшее регионального масштаба Происходит ухудшение состояния популяций пойменных дубрав верхних пойменных террас и их полная гибель, ценнейшие, типичные и наиболее разнообразные вязово-дубовые леса планомерно исчезают на Европейской равнине из-за возникновения токсичного глея в верхних (менее 1-1 5 м) горизонтах почв и сокращения амплитуды колебания УГВ Гибель пойменных лесов происходит по следующим основным сценариям

• при понижении УГВ на верхнем пойменном уровне с полным выходом из паводкового режима затоплений, что характерно при зарегулировании стока отдельными НГС или гидротехническими сооружениями с высоким подпором воды и распространено в поймах, расположенных в нижних бьефах гидроузлов,

• при повышении УГВ и подтоплении одного из пойменных уровней или обоих сразу (второго и третьего) из-за поднятая среднего и/или меженного УВ в реках, что характерно для каскадов как НГС, так и некоторых высоконапорных ГС и распространено в верхних и нижних бьефах НГС и в устьях зарегулированных рек

14 Естественное расселение неаборигенных видов деревьев таких как Acer negundo, Fraxmus pennsylvanica, F excelsior, F ornus, активно без помощи человека распространяющихся в поймах зоны широколиственных лесов и лесостепи Центральной и Восточной Европы, происходит при исчезновении поемности, особенно в изменяющихся климатических условиях (при увеличении выпадения атмосферных осадков и повышении температуры воздуха), поскольку растения вселенцы являются видами приспособленными к более повышенному и стабильному УГВ, чем типичные породы широколиственных лесов

15 При зарегулировании стока рек НГС невозможно сохранить пойменные экосистемы даже в охраняемых природных резерватах, поскольку коренным образом меняются эдафические условия и режим безнапорных грунтовых вод Наиболее эффективной мерой спасения оставшихся пойменных экосистем широколиственной зоны может стать полный мораторий на строительство новых НГС Для решения проблемы деградации пойменных экосистем уже находящихся под воздействием НГС необходимы следующие основные мероприятия и реализация экологических требований к управлению режимом речного стока

а) максимально возможное приближение к естественному режима регулирования стока снижение межсезонного выравнивания уровней воды в реках, особенно в вегетационный период и в осеннее-зимнюю межень, осуществление яопусков по экологическим показателям на период и в сроки, близкие к естественным паводковым затоплениям поймы (предотвращение несвойственных сбросов воды в осеннее-зимний период, и обеспечение весенне-летних паводков),

б) поддержание многолетней амплитуды колебания УГВ в пойме на уровне не менее 70% от первоначальной естественной нормы, а сокращения стока реки не более чем на 15% от естественного уровня,

в) включение в водоохранную зону рек с наличием НГС не только всего комплекса пойменных экосистем, являющихся целостной экотонной системой "вода-суша", или склонов надпойменных террас (как это иногда делается сейчас), но и большей части коренных (т е надпойменных) террас, на которых со временем, при помощи человека, смогут образоваться близкие к естественным аналоги пойменных древесно-кустарниковых экосистем,

г) применение особого способа ведения лесного хозяйства на участках, подверженных средней и сильной степени деградации экосистем в результате воздействия НГС, который успешно опробован во ВНИАЛМИ для степной и полупустынной зоны

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

В рецензируемых изданиях

журналах

1 Кузьмина Ж В Оценка последствий изменения режима речного стока для пойменных экосистем при создании малых гидротехнических сооружений на равнинных реках // Метеорология и гидрология 2005а №8 С 89-103

2 Кузьмина Ж В, Трешкин С Е Современное состояние флоры и растительности заповедника "Бадай-Тугай" в связи с изменением гидрологического режима // Ботанический журнал т86 №1 2001 С 73-84

3 Кузьмина Ж В, Трешкин С Е Засоление почв и динамика пойменной - тугайной растительности // Почвоведение 1997 №6 С 726-735

4 Кузьмина Ж В Классификация растительности дельты Амударьи // Ботанический журнал 19976 Т 82 №1 С 86-101

5 Панкова Е И, Кузьмина Ж В , Трешкин С Е Влияние грунтовых вод на состояние почвенного и растительного покрова в оазисах Южной Гоби Монголии и перспективы рационального использования земель//Водные ресурсы 1994 21 №3 С 358-364

6 Kouzmma J V , Treshkm S У , Avetjan S A , Hennchfreise A Assessment of consequences change of river flow regime for floodplarn ecosystems under building small and middle hydrotechnical constructions // Journal of Hydrology and Hydromechanics, 2005 Vol 53 №1 pp 3-16

7 Kouzmma J V The impact of natural and human-induced changes in the river flow and the climate on flood plain ecosystems in the middle Elbe river basin 4 Ecological Engineering and Environment Protection №2 2004 pp 5-15

8 Kouzmma J, Treshkm S, Hennchfreise A The Monitoring Comparative Results of the Floodplarn Ecosystems in Regulated and Natural Part of the Danube River (Geisling-Passau) //Korean Journal of Ecology 2004 Vol 27 №4 pp 211-216

монографиях

9 Кузьмина Ж В Последствия изменения режима речного стока для пойменных экосистем при создании малых (низконапорных) гидротехнических сооружений на равнинных реках // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы М Наука, 20056 С 134-163

10 Кузьмина Ж В , Трешкин СЕ Прогнозная оценка изменения экосистем при создании крупного ко члектора в бассейне Амударьи // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы М Наука, 2005 С 316-341

11 Kuz'mma Zh V , Treshkm S Y Assesment of Effects of Disharged waters upon Ecosystems //Ecology and Ecosystems Ed By Igor S Zektser Springer science, 2006 pp 149-160

12 Kouzmma J V Soil Salmization and floodplarn Ecosystems of South-West Turkmenistan // Sabkha Ecosystems Vol 2 West and Central Asia Ed By M Ajmal Khan et al Sponger science, 2006 pp 99-111

В других изданиях.

13 Кузьмина Ж В Анализ многолетних метеоро топических трендов на Юге России и Украины (от лесостепи до пустынь)//Аридные экосистемы Т 13 №32 2007 С 47-61

14 Кузьмина Ж В, Новикова Н М, Подольский С А Использование экотонной концепции для обоснования водоохранных зон прибрежных территорий // Аридные экосистемы Том 12 №30 2006 С 104-108

15 Новикова НМ, Кузьмина ЖВ, Балюк ТВ, Подольский С А Обоснование водоохранных зон на основе экотонной концепции организации прибрежных территорий//Водоохранные зоны опыт практического применения и целесообразность развития Федеральное агентство водных ресурсов НИА-ПРИРОДА, 2006 С 19-23

16 Новикова Н М , Кузьмина Ж В , Подольский С А , Балюк Т В Экологическое

обоснование подходов к нормированию регулирования режима речного стока // Поволжский экологический журнал №3 2005 С 227-240

17 Новикова Н М , Браставская Т Ю , Кузьмина Ж В , Подольский С А Методология и методы изучения и оценки трансформаций экосистем в условиях изменения водного режима территорий // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы М Наука, 2005 С 27-40

18 Новикова НМ, Кузьмина ЖВ, Подольский С А, Балюк ТВ Критерии, ограничивающие регулирование режима речного стока по экологическим показателям //Аридные экосистемы Том 11 №28 2005 С 26-38

19 Кузьмина ЖВ, Трешкин СЕ Экологические последствия строительства ЮжноКаракалпакского магистрального коллектора//Проблемы освоения пустынь 2004 1 С 13-16

20 Кузьмина Ж В , Трешкин С Е, Мамутов Н К Влияние климатических изменении и полива на формирование растительности опытным путем в обсохшей части Аральского моря//Аридные экосистемы Том 9 №21 2004 С 82-94

21 Кузьмина Ж В Оценка влияния изменений водного режима на динамику наземных экосистем в долинах европейских рек//Биогеография №11 2003 С 99-109

22 Кузьмина Ж В, Трешкин С Е Оценка влияния Южно-Каракалпакского магистрального коллектора на заповедник Бадай-Тугай//Аридные экосистемы Т9 №19-20 2003 С 93-105

23 Кузьмина Ж В , Трешкин С Е , Хенрихфрайзе А Микроочаговые процессы в связи с локальным изменением обводненности территорий // Микроочаговые процессы-индикаторы дестабилизированной среды М , 2000 С 26-34

24 Кузьмина Ж В , Трешкин С Е Особенности развития и сохранения тугайных лесов в связи с цикличностью катастрофических паводков // Сохранение и защита горных лесов Ош, 1999 С 38-44

25 Кузьмина Ж В Зависимости показателей структуры растительных сообществ от факторов среды // Экосистемы речных пойм М , 1997а С 544-550

26 Кузьмина Ж В Сохранение генетического разнообразия флоры пойм Юго-Западного Туркменистана//Аридные экосистемы ТЗ №5 1997в С 102-117

27 Кузьмина Ж В Структура и динамика пойменных экосистем сухих субтропиков Западного Туркменистана//Экосистемы речных пойм М , 1997г С 328-419

28 Кузьмина ЖВ, Новикова НМ Эколого-динамическая характеристика растительных сообществ в дельтах рек Амударья и Сырдарья/УЭкосисгемы речных пойм М,1997 С 472-543

29 Панкова Е И, Кузьмина Ж В , Трешкин С Е Состояние тугайной растительности в оазисах Южной Монголии и перспективы их восстановления // Аридные экосистемы Т 2 №2-3 Москва, 1996 С 131-144

30 Бахиев А, Трешкин С Е, Кузьмина Ж В Современное состояние тугаев Каракалпакстана и их охрана Нукус Каракалпакстан 1994 72 с

31 Трешкин С Е , Кузьмина Ж В Современное состояние пойменных лесных экосистем рек Амударьи и Сумбара в связи с антропогенным воздействием // Проблемы освоения пустынь Ашхабад, 1993 № 2 С 14-19

32 Бахиев А Б, Трешкин С Е, Кузьмина Ж В Формирование и развитие тугайной растительности Средней Азии в условиях антропогенного воздействия // Вестник ККО АН Узбекистана Нукус, 1992 №4 С 8-15

33 Неронов В М, Кузьмина Ж В Об охране генофонда эндемичных видов флоры Монголии//Проблемы освоения пустынь 1989 №5 С 45-51

34 Novikova N М, Kuz'mina J V, Dikareva TV et al Preservation of the tugai biocomplex diversity within the Amu-Darya and Syr-Darya river deltas m andization conditions // Ecological research and monitoring of the Aral sea deltas Boock 2 UNESCO Prontmg Sagraphic, Barcelona, 2001 pp 155-188

35 Novikova N M, Kust G S , Kuzmina J V, et al Contemporary plant and soil cover changes m the Amu-Dar'ya and Syr-Dar'ya river deltas // Ecological Research and Monitoring of the Aral Sea Deltas UNESCO Pans, 1998 pp 55-80

Под писано в печать 27 сентября 2007 г

Формат 60x90/16

Объём 2,25 п л

Тираж 120 экз

Заказ №0310078

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт» ИНН/КПП 7728572912Y772801001

Адрес 117292, г Москва, ул Дмитрия Ульянова, д 8, кор 2 Тел 740-76-47,125-22-73 http //www umverprmt ru

Содержание диссертации, доктора географических наук, Кузьмина, Жанна Вадимовна

введение 3

Глава I. Физико-географические условия 9региона исследований

1.1. Географическая зональность 9

1.2. Геолого-геоморфологическая характеристика 11

1.3. Климатические особенности 15

1.4. Почвы 24

1.5. Зональная растительность 37

1.6. Выводы к главе 1 44

Глава II. Методология, методы и материалы исследования 46

Глава III. Естественные и антропогенные гидрологические 66-109 и климатические изменения

3.1. Изменение режима речного стока и мезоклимата за исторический период

3.1.а) в бассейне р. Эльбы

3.2.6) в бассейне р. Дунай

3.3.в) в бассейне р. Сейм

3.2. Антропогенные преобразования речного стока

3.1.а) в бассейне р. Эльбы 3.2.6) в бассейне р. Дунай 3.3.в) в бассейне р. Сейм

3.3. Выводы к главе

Глава IV. Естественные пойменные экосистемы и их динамика

4.1. Естественные интразональные (пойменные) экосистемы

4.2. Динамика естественных пойменных экосистем

4.2.1. под влиянием естественных региональных климатических и гидрологических изменений

68-75 75-80 80-88 88-108 92-96 96-100 101-108 108

110-119 120

4.2.1 .а) в бассейне р. Эльбы 120

4.2.1.6) в бассейне р. Сейм 146

4.2.1.в) в бассейне р. Дунай 159

4.2.2. под влиянием антропогенных локальных изменений 176

4.3. Выводы к главе 4 185

Глава V. Индикационное значение смен растительности при зарегулировании речного стока

5.1. При зарегулировании основного русла реки

5.1.1. при полном зарегулировании всего русла

5.1.2. при зарегулировании отдельных частей русла

5.1.3. под воздействием отдельных НГС

5.2. Микроочаговые проявления смен растительности и основные индикаторы зарегулирования НГС

5.3. Выводы к главе

190-228 190-198 198-213 213-228 228

Глава VI. Антропогенные изменения экосистем и их охрана 240

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы"

Актуальность темы. Гидротехническое строительство существенно изменяет экологические естественные взаимосвязи в пойменных экосистемах. Зарегулирование речного стока, на протяжении многих десятилетий, является основным фактором разрушения природных экосистем в поймах и дельтах рек. Следствием этих исторических экологических изменений является возникновение экологических проблем, которые часто приводят к настоящим катастрофам (Авакян, Салтанкин, Шарапов, 1987; Антропогенные воздействия на водные ресурсы ., 2003; Глазовский, 1990; Коронкевич, 1990; Коронкевич, Малик, 1992; Положенцев, Савин, 1976; Старцев, 1996; Шульга, 2002; Jahrling, 1995; Henrichfreise, 1996; Hochwasserschutzmassnahmen., 1988; Hugin, Henrichfreise, 1992).

Последствия масштабных гидротехнических преобразований в долинах крупных рек таких как Волга, Кама, Днепр, Дон, Шексна и др. отмечаются на расстоянии до 100 км по течению и в полосе до 5-10 км вглубь обоих берегов реки (Авакян, Салтанкин, Шарапов, 1987; Hochwasser., 1988). Экологические изменения, вызываемые крупными (высоконапорными) гидротехническими сооружениями приводят как к гибели пойменных экосистем, так и к ухудшению здоровья населения (Глазовский, 1990; Ильина, 1997; Плисак, 1981; Плисак, Огарь, Султанова, 1989; Новикова, 2005). Поэтому в последнее время сохранение пойменных экосистем во всем мире рассматривается как международная проблема (The Plan-European Biological and Landscape Diversity Strategy, 1996; Mitlacher, 1997; Petersen et al., 2000; Novikova et al., 2001).

Влияние на пойменные территории низконапорных гидротехнических сооружений (НГС) с подпорным уровнем менее 10 м, которые значительно чаще встречаются на европейском континенте не изучено, поскольку часто нарушения имеют неявновыраженный характер, ограничены в пространстве (поймой), отличаются затяжными и длительнопротекающими процессами. Более того, существует мнение об отсутствии негативного влияния НГС.

Сегодня стало возможным изучение как начальных стадий процессов, так и их отдаленных во времени последствий, связанных с гидротехническими преобразованиями 30-50-х годов.

Пойменные ландшафты на большей части Евразии менее исследованы, чем водосборные территории, в силу их локального распространения и меньшей хозяйственной значимости. В тоже время очень велика их роль в сохранении разнообразия организмов и сообществ, в поддержании равновесия в круговороте вещества и энергии.

Кроме того, во всем мире пришли к пониманию того, что необходим новый подход к выделению и сохранению заповедных территорий в поймах и дельтах, поскольку простые меры охраны против прямого антропогенного воздействия (вырубок, перевыпаса, загрязнения, пожаров и пр.) не способны сохранить экосистемы пойм в условиях зарегулирования стока.

Учитывая, что на большой части территорий Центральной и Восточной Европы ландшафты речных долин трансформированы в связи со строительством НГС, анализ и оценка развивающихся во времени и пространстве последствий их воздействия на экосистемы актуальны.

Цель и задачи исследования. Целью работы является установление подходов к решению проблемы негативного влияния НГС и разработка методических основ и методов оценки последствий создания НГС для пойменных экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Выявление и оценка характера антропогенных изменений речного стока и заливания поймы при создании НГС на фоне естественных гидрологических и климатических флуктуаций в пределах регионов исследования, которая состоит из:

• анализа изменений водного режима (т.е. колебаний во времени среднегодовых, максимальных и минимальных уровней и расходов воды) за весь период инструментальных наблюдений;

• выявления многолетних и сезонных изменений основных климатических характеристик (атмосферных осадков и температуры воздуха: средней, максимальной и минимальной);

• определения особенностей заливания пойм при зарегулировании.

2. Изучение закономерности развития процессов трансформации экосистем во времени при зарегулировании:

• установление состава природных пойменных экосистем их естественной динамики;

• выявление механизмов трансформации и определение основных тенденций развития пойменных территорий при зарегулировании.

3. Разработка диагностики трансформаций экосистем речных долин на основе представлений о стадийности процессов и их индикаторах:

• поиск видов растений-индикаторов зарегулирования НГС;

• установление сообществ-индикаторов зарегулирования НГС и/или индикационного изменения структуры сообществ;

• диагностика микроочаговых проявлений в растительности и почвах;

• построение эволюционно-динамических рядов природных комплексов для различных режимов функционирования пойм.

4. Разработка научных основ рационального природопользования в поймах рек в условиях зарегулирования НГС:

• разработка метода оценки степени нарушений экосистем от НГС и необходимости восстановительных мероприятий;

• разработка стратегии природопользования (долгосрочные мероприятия) в долинах рек при воздействии НГС.

Объектами исследования являются экосистемы речных пойм Германии (средняя Эльба, верхний Дунай) и Центральной России (бассейн р.Сейм).

Выбор объектов исследования обусловлен:

• ухудшением состояния пойменных заповедных экосистем Германии и России, испытывающих воздействие зарегулирование речного стока НГС;

• положением речных пойм в пределах одной природной зоны (широколиственных лесов), что дает возможность сравнительного изучения природной среды;

• недостаточной изученностью пойменных экосистем вообще и в пределах зоны широколиственных лесов, в частности;

• интенсивным хозяйственным использованием поймы человеком.

Научная новизна. Впервые раскрыта проблема существенного влияния низконапорных гидротехнических сооружений (НГС), отличающегося значительным запаздыванием во времени проявлений негативных последствий преобразования стока для экосистем речных долин и показан региональный масштаб ее проявлений, разработана методика изучения и оценки трансформаций экосистем и возможные пути решения проблемы воздействи НГС. Таким образом решена научно-практическая проблема рационального природопользования в условиях существующих и вновь создаваемых НГС.

Впервые установлено, что при создании низконапорных гидротехнических сооружений происходят медленнотекущие (20-50 лет) изменения в цепи экологических связей пойменных территорий.

Выявлен механизм трансформации пойменных экосистем. Доказано, что основными факторами их преобразований являются: изменения режима речного стока и грунтовых вод, приводящие к изменению амплитуды колебания уровня грунтовых вод (УГВ) в пойме.

Впервые разработан алгоритм решения проблемы оценки воздействия НГС на наземные пойменные экосистемы, подразделяющийся на несколько этапов, включающих в себя совокупный анализ как гидрологических и климатических изменений среды, так и нарушений в почвенном и растительном покровах.

На основе флуктуационной изменчивости сообществ впервые разработан метод количественной оценки состояния пойменных экосистем в связи с зарегулированием НГС.

Разработана единая шкала для перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем.

Составлена "Прогнозная схема изменения растительности в поймах рек широколиственной зоны Восточной и Центральной Европы при нарушении обводненности территории", в которой для различных экологических уровней пойм прослежены стадии изменения естественных сообществ в результате зарегулирования рек НГС.

Создана "Модель динамических связей и характера современного состояния формаций пойменных местообитаний зоны широколиственных лесов", которая отражает все возможные трансформации экосистем (направление и вид сукцессионных изменений естественных и природных) в зависимости от поемного и дернового процессов (положения УГВ, режима затоплений, характера и степени ожелезнения и оглеения в почвах), дает представления о тенденции ареалов пойменной растительности и возможность долгосрочного прогноза ее изменений.

Впервые для зоны широколиственных лесов установлен список видов растений-индикаторов зарегулирования НГС, а также разработана шкала оценки степени нарушений для экосистем от НГС и необходимости восстановительных мероприятий.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Воздействие НГС представляет серьезную угрозу существованию пойменных наземных экосистем, особенностью которой является запаздывание во времени проявления негативных последствий зарегулирования стока.

2. Для решения проблемы негативного воздействия НГС на экосистемы и проведения оперативного мониторинга пойменных территорий разработан алгоритм, с помощью которого определяется наличие нарушений (от НГС), оценивается их степень и рекомендуются восстановительные мероприятия.

2. Динамика пойменных экосистем, вызванная строительством НГС, имеет единые процессы трансформации и растительные индикаторы зарегулирования НГС в пределах одной географической зоны.

3. Экосистемы, в течение длительного времени нарушенные в результате создания НГС, отличаются очень слабыми разногодичными изменениями состава растительных сообществ (флуктуациями) и пониженным флористическим разнообразием по сравнению с естественными.

4. Реализация экологических требований к управлению режимом речного стока, разработанных на основе всестороннего анализа зависимостей гидрологических и эколого-биологических показателей, а также природоохранной ценности территории и приоритетности выбора хозяйственной деятельности, позволяет решить проблему рационального природопользования при эксплуатации и создании НГС.

Научная и практическая значимость.

Разработанный алгоритм решения проблемы негативного влияния НГС на наземные пойменные экосистемы является универсальным и применим во всех географических зонах с наличием любых гидротехнических сооружений.

Выявленный список видов растений-индикаторов зарегулирования НГС и разработанный метод оценки состояния пойменных экосистем на основе флуктуационной изменчивости сообществ позволяют по полевым наблюдениям достоверно и четко выявить нарушенные экосистемы даже при условии полного отсутствия сведений о гидрогеологических условиях территорий или первоначальном состоянии сообществ.

Разработанная шкала перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем позволяет статистически использовать любые геоботанические материалы, решая проблему сравнимости исходных данных и позволяя использовать исторические и современные материалы разных стран.

Составленная "Прогнозная схема изменения пойменной растительности широколиственной зоны при нарушениях обводненности территории" позволяет подробно проследить постепенные изменения экосистем разных уровней поймы при различных сценариях воздействия НГС и оценить реальные последствия гидротехнических воздействий на стадии принятия решений.

Разработанная "Модель динамических связей и характера современного состояния формаций пойменных местообитаний зоны широколиственных лесов" позволяет прогнозировать динамику и тенденции изменения растительности при различном режиме поёмности и почвенно-грунтового увлажнения и является основой для восстановительных мероприятий на нарушенных в результате зарегулирования пойменных территориях. Она имеет универсальный характер и может применяться для различных территорий с учетом зональных особенностей.

Разработанная шкала оценки степени нарушений пойменных территорий показывает их актуальное состояние и необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий.

Обоснована система незамедлительных мер по сохранению пойменных экосистем в бассейнах рек Эльбы, Дуная и Сейма, даны принципиальные рекомендации по рациональному использованию пойменных территорий и их восстановлению, которые были переданы в Федеральное агентство по охране природы Германии (ВАМ, Бонн), в результате чего была остановлена реализация проектов по строительству трех плотин в бассейне верхнего Дуная и одной в устье Саале.

Результаты исследования могут быть использованы для научного и хозяйственного мониторинга пойменных территорий, для рекультивации нарушенных земель, для разработки мероприятий охраны и рационального использования пойменных территорий, а также экологической экспертизы строящихся и проектируемых гидротехнических сооружений.

Апробация работы. Результаты исследований по теме докладывались с 1998 по 2006 год на многих семинарах, конференциях и симпозиумах, как в нашей стране, так и за рубежом. Основные положения диссертации отражены в 48 статьях и разделах монографий, часть из которых приведена в автореферате, из них 5 опубликованы в журналах рекомендованных ВАКом.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Кузьмина, Жанна Вадимовна

1.6. Выводы к главе 1

1. Бассейны рек Дуная, Эльбы и Сейма (в пределах исследований) относятся к единой зоне широколиственных лесов и обладают сходным типом интразональных экосистем.

2. Происхождение речных долин трех участков исследований (Эльба, Дунай, Сейм) связано с влиянием стока талых ледниковых вод. Сверху плакорные равнины и речные террасы покрыты лессами (Дунай, Сейм) или покровными суглинками (Эльба, Сейм). Среди рельефообразующих пород долин этих рек ведущую роль играют мела и мергели мезозоя, а также песчаники и известняки мезозоя и кайнозоя. По этому почвообразующие материнские породы в долинах рек региона исследований обладают высокой карбонатностью.

3. Для всех регионов исследований характерны близкие значения многолетних средних и максимальных летних температур воздуха, среднемноголетних годовых значений относительной влажности воздуха (76-79%), а также преимущественное выпадение атмосферных осадков в летний период (53-65% годовой суммы для бассейна Эльбы; 55-68% - для бассейна р. Дунай; 58-65% - для бассейна р. Сейм).

4. Отличительной климатической особенностью зарубежной территории по сравнению с Российской являются значительно более теплые зимы. Среднемноголетние зимние температуры в бассейнах р. Дунай и р. Эльбы составляют +2.0 - +3.3°С, в то время как в бассейне р. Сейм они отрицательны (-3.3 °С). Исключительно более сильными зимними морозами объясняется обеднение видового состава древесного яруса широколиственных лесов Восточной Европы по сравнению с однотипными лесами Западной Европы. Абсолютные минимальные зимние температуры зарубежного региона исследований на 10-13°С выше, чем соответствующие температуры в бассейне Сейма.

5. Для бассейна Сейма и Эльбы характерны одинаково высокие межгодовые амплитуды колебания атмосферных осадков (303-915 мм и 314-900 мм) и практически равные значения годовых сумм осадков (500-660 мм -бассейн Эльбы и 500-600 мм - бассейн Сейма). Усиление континентальности климата бассейна р. Сейм по сравнению с бассейном р. Эльбы выражается также в большей амплитуде колебания относительной влажности воздуха (%) как от года к году, так и во внутригодовом цикле (30-98% - бассейн р. Сейм; 54-90%) - бассейн р. Эльба).

6. Территория исследований в бассейне Дуная, в связи с увлажняющим влиянием близко расположенных горных систем (Регенсбург, Штраубинг), отличается от двух других речных бассейнов чуть большим среднемноголетним количеством осадков (600-800 мм) и немного повышенной относительной влажностью воздуха как в многолетнем аспекте (75-84%о), так и во внутригодовом цикле (70-95%).

7. В почвенном покрове бассейнов трех обследуемых рек довольно много различий, которые определяются большей частью разными климатическими характеристиками зимнего периода, а также абсолютно отличными типологией и классификацией почв, принятой в России и Германии. Общим для всех трех регионов исследований является интразональный характер почвенного покрова, который в той или иной степени наследует зональные почвенные черты. Основными зональными вариантами почв для бассейна Эльбы являются оподзоленные буроземы и фальбуроземы, для бассейна Дуная - собственно буроземы и парабуроземы, для бассейна Сейма - светло-серые лесные, а также оподзоленные и выщелоченные черноземы.

8. Основной зональной растительностью в бассейнах трех обследованных рек (Эльбы, Дуная и Сейма) являются широколиственные леса. Они отличаются относительной бедностью видового состава и максимальными значениями фитомассы по сравнению со всеми зональными сообществами Европы. Из-за существенных различий температурного режима зимой древесный и кустарниковый ярус широколиственных лесов Центральной Европы более разнообразен в видовом отношении, чем в Восточной Европе.

9. На протяжении 8000 лет Европейские широколиственные леса претерпевали существенные изменения, как по ареалу распространения, так и по составу основных эдификаторов. Основными причинами этого явились естественные климатические изменения и впоследствии антропогенное влияние (начиная с 5000 лет назад). За последние 300 лет основные изменения в зоне широколиственных лесов произошли в связи с прямым антропогенным воздействием (вырубкой).

ГЛАВА II. МЕТОДОЛОГИЯ, МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

Методология исследования основывается на структурном и ландшафтно-экологическом подходах, отражающих взаимосвязь внутриландшафтных природных процессов (или внутрисистемных связей).

В основе метода структурного подхода лежит идея целостности изучения системы природных объектов и их современной динамики. (Он обеспечивает возможность комплексного анализа всей совокупности процессов трансформаций природных комплексов).

Работа базируется на широком комплексе полевых исследований, с использованием инструментальной съемки, с закладкой топо-экологических трансект и профилей в верхних и нижних бьефах плотин, а так же в центральных частях зарегулированных участков рек, на которых проводятся комплексные повторные периодические исследования с использованием разнообразных методов полевого сбора данных (табл. 2.1).

Для того, чтобы оценить влияние МГС на экосистемы, работа выполнялась по двум направлениям: 1) оценивались многолетние изменения атмосферных осадков и речного стока в районах работ, в том числе особенности затопления пойм при зарегулировании и 2) изучались закономерности трансформации природной среды во времени при зарегулировании: определялись основные тенденции развития природных комплексов, устанавливались сообщества-индикаторы и индикационное изменение их структуры, строились эволюционно-динамические ряды природных комплексов для различных режимов функционирования пойм (Кузьмина, 2003; Кузьмина, Трешкин, 2002).

Исходными материалами являются результаты собственных полевых исследований с 1996-2001 год в России и Германии; собранные в архивах и библиотеках гидрологические и климатические данные за весь период наблюдений; материалы опубликованные в научной литературе; фондовые и

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора географических наук, Кузьмина, Жанна Вадимовна, Москва

1. Научные зарубежные публикации

2. Фото 2.1. Нивелировка и описание почвенного шурфа на луговой части экологического профиля Типпельскирхе в пойме р. Саале (Германия), август 1997 года.

3. Фото 2.2. Отбор почвенных проб и грунтовой воды для химических анализов в пойме реки Сейм (Россия) на экологическом профиле Городской луг г. Льгова, август 1996 года.

4. Фото 2.3. Нивелировка луговой части экологического профиля Городской луг г. Льгова, сентябрь 1998 года.

5. Фото 2.4. Нивелировка лесной части (в липово-дубовом лесу) экологического профиля Барятинский лес, август 2001 г.

6. Фото 2.5. Почвенный шурф светло-серой лесной почвы под липово-вязово-дубовым лесом на профиле Барятинский лес, август 2001 г.

7. Фото 2.6. Измерение УГВ в почвенном шурфе аллювиально-луговой оглеенной почвы центральной поймы под разнотравно-сорнотравным сообществом (р. Сейм) на экологическом профиле Банищанский луг, июль 1997 года.

8. Фото 2.7. Измерение УГВ в почвенном шурфе поймы зарегулированной части р. Дунай на экологическом профиле Обераушляйфе, июль 1998 года.

9. Фото 2.8. Измерение высоты затопления на незарегулированном участке русла реки Дунай в меандре Мюльхамершляйфе (вторая часть профиля за противопаводковой дамбой) в период катастрофического паводка в мае 1999 г.

10. Фото 2.9. Измерение уровня воды р. Дунай близ пос. Мюльхам, август 1998 г.

11. Фото 2.10. Измерение уровня воды р. Дунай близ поселка Мюльхам, август 1997 г.

12. Фото 2.11. Измерение уровня воды в меандре р. Дунай на профиле Пфаттерау, август 1997 г.с.ш.•51 5245.1"•61 52'44.4"1 62*43" 3э29190 ^62 ^8957 ^93 %4