Влияние глубины залегания грунтовых вод на рост лесополос в степных условиях Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»
Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Парамонов Евгений Григорьевич, Заносова Валентина Ивановна
На основе большого фактического материала выполнен макет карты глубин залегания грунтовых вод равнинной части Алтайского края. С учетом гидрогеологических особенностей территории сухой и засушливой степей Кулунды приведены показатели интенсивности роста лесополос из различных древесных пород в жестких почвенно-климатических условиях.
Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Парамонов Евгений Григорьевич, Заносова Валентина Ивановна
Based on large amount of factual data a model map of depths of underground waters occurrence in the plain part of the Altai Region was made up. Taking into consideration hydro-geological features of the territory of dry and arid steppes of the Kulunda area the parameters of growth intensity of forest belts of various tree varieties in hard soil-climatic conditions are presented.
Текст научной работы на тему «Влияние глубины залегания грунтовых вод на рост лесополос в степных условиях»
УДК 556.3. 630.64 Е.Г. Парамонов,
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГРУНТОВЫХ ВОД НА РОСТ ЛЕСОПОЛОС В СТЕПНЫХ УСЛОВИЯХ
Кулундинская степь принадлежит к степям суббореального климатического пояса, занимая юго-восточную часть Западно-Сибирской низменности на площади около 13 млн га. С гидрологической точки зрения из геологических напластований низменности наибольший интерес представляют горные породы кайнозойской и мезозойской эр [1].
Грунтовые воды Кулунды представляют собой гидродинамический единый водоносный комплекс, на режим которого влияют климатические и гидрологические условия. В режиме уровня грунтовых вод отмечаются весенний подъем и летнеосенний спад, максимальный уровень достигается от середины мая до конца июня, а минимальный — в декабре-марте. Весной подъем начинается в конце марта, когда средняя суточная температура воздуха становится выше 50С и начинается таяние снега. Просачивание талых вод происходит через мерзлые почвы, полное оттаивание которых происходит к середине мая. Проницаемость мерзлых почв ниже талых.
Годовая амплитуда колебания грунтовых вод определяется главным образом величиной весеннего подъема уровня и колеблется от 0,2 до 1,8 м с наибольшим колебанием в долинах рек.
Основную роль в питании грунтовых вод играют осадки, выпадающие в холодное время года и весной. Летние
осадки существенного влияния не оказывают, так как они испаряются, не достигнув уровня грунтовых вод, но они повышают влажность почвы в корнеобитаемом слое.
Исследуемая территория, согласно классификации Г.Н. Каменского, по генетическим признакам, то есть по условиям формирования химического состава грунтовых вод, относится к зоне грунтовых вод континентального засоления. Такие воды формируются в условиях недостаточного увлажнения и характеризуются большим разнообразием химических типов воды. Здесь встречаются пресные, солоноватые и соленые воды гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатные, сульфатно-хлоридные и хлоридные. В условиях континентального засоления происходит интенсивное испарение поверхностных вод, которые также относительно минерализованы. Состав воднорастворимого органического вещества обеднен, общее его количество не превышает 25 мг/дм3. Геохимическая и гидрохимическая обстановка влияют на развитие различных микроорганизмов, что является причиной появления в водах специфических газовых компонентов Н^, Н2, СН4, СО2 и других газов.
В пределах Кулундинской аллювиальной равнины водоносный горизонт современных отложений имеет ограничен-
ное распространение, он объединяет подземные воды аллювиальных, озерных и эоловых осадков, в которых содержатся безнапорные воды, залегающие на глубинах до 5 м. Здесь воды преимущественно гидрокарбонатные кальциевые мягкие и умеренно жесткие, слабоминерализованные. В пределах ложбин древнего стока распространены грунтовые воды в песчаных эоловых отложениях, они обычно пресные, водообильность отложений незначительная.
Грунтовые воды озерных отложений выделены на небольших участках вблизи озер и тесно связаны с их поверхностными водами. С пресными озерами связаны грунтовые воды умеренной минерализации, с минерализованными озерами — солоноватые воды.
Элювиально-делювиальные отложения распространены на склонах водоразделов и покрыты лессовидными суглинками при глубине залегания грунтовых вод от 3 до 10 м, которые обычно слабоминерализованные.
Водоносный комплекс верхнечетвертичных аллювиальных отложений наиболее широко распространен в долинах р. Оби и ее притоков. Комплекс объединяет водоносные горизонты четырех надпойменных террас. Водовмещающими породами являются разнозернистые пески с гравием мощностью от 4-8 до 15-20 м. Здесь глубина залегания водоносных горизонтов изменяется от 1-2 м на низких и до 30 м на высоких элементах рельефа. Водообильность отложений определяется гранулометрическим составом водовмещающих пород. Воды имеют низкую минерализацию (до 1 г/л) и гидрокарбонатный кальциевый состав.
Водоносный горизонт средне-верхнечетвертичных отложений касмалинской свиты приурочен к аллювиальным и озерно-аллювиальным образованиям, а подземные воды — к иловатым пескам и пылеватым супесям. Глубина залегания вод изменяется от 0 до 45 м, они преимущественно пресные с минерализацией до 1 г/л, по составу гидрокарбонатные кальциевые и натриевые.
При решении прикладных экологогидрогеологических задач особое место занимает картирование территории, а управление и рациональное использование водных ресурсов требует информа-
ционной картографической базы, доступной для широкого круга природо-пользователей.
Карта глубин залегания грунтовых вод Верхнеобского артезианского бассейна 2-го порядка, территориально совпадающего с равнинной частью Алтайского края, является одной из необходимых карт для эколого-гидрогеологического районирования.
При составлении карты глубин залегания грунтовых вод в масштабе 1:500000 использованы регионально-типологическая ландшафтная карта, данные кадастра подземных вод Алтайского края (учетные карточки буровых скважин), материалы гидрогеологических и топографических съемок.
На территорию равнинной части Алтайского края составлена региональнотипологическая ландшафтная карта в масштабе 1:500000 на уровне местностей с проработкой всего материала в масштабе 1:100000 и последующей трансформацией [3-7]. При ландшафтном картографировании использованы материалы дешифрирования космофото- (КФС) и аэрофотоснимков (АФС), отраслевых геологических, гидрогеологических, почвенных, геоботанических съемок и топографические материалы. В качестве основы для создания ландшафтной карты была использована система компонентов, или свойств, ландшафта, которые присущи рельефу дневной поверхности при условии развития его зрелых эрозионных и аккумулятивных форм, что характерно для равнин Алтайского края. Рельеф тесно связан с литологическим составом и структурой субстрата, тектоникой и климатом, почвенно-растительным покровом.
Карты позволили изучить морфологическую структуру ландшафтов как важный показатель в системе качественной оценки гидрогеологических особенностей Верхнеобского артезианского бассейна.
На основе комплексного структурноморфологического и ландшафтно-индикационного анализа выявлены взаимосвязи и взаимообусловленности компонентов ландшафта и гидрогеологических особенностей Верхнеобского артезианского бассейна. Рассмотрение всех фи-зиономичных элементов ландшафта в качестве гидроиндикаторов дает воз-
можность индицировать глубину залегания грунтовых вод.
Карта глубин залегания грунтовых вод составлена с использованием информации, позволяющей охарактеризовать глубину залегания первого от поверхности земли водоносного горизонта в пределах ландшафтного выдела (на уровне местности).
Для создания карты использовались также данные геолого-литологических разрезов, описанных при бурении разведочно-эксплуатационных скважин на воду. Всего было обработано более 500 буровых учетных карточек. Глубина залегания грунтовых вод на карте показана цветом в интервале глубин менее 3 м, 3-5, 5-10 и более 10 м. На карте фактического материала у опорных водозаборных скважин указываются геологический индекс водоносного горизонта, мощность пород зоны аэрации и возможное направление потока вод.
В результате получена плановоструктурная основа глубин залегания первых от поверхности водоносных горизонтов, которая в отличие от карт гидроизогипс, позволяет использовать ее в наиболее доступной для неспециалистов форме для рационального планирования хозяйственной деятельности и природоохранных мероприятий. Фрагмент карты представлен на рисунке.
С использованием планиметра были вычислены площади с различным уровнем залегания грунтовых вод по 19 административным районам Алтайского края, которые входят по агролесомелиоративному районированию [8] в районы сухой степи и засушливой степи. Эти районы полностью входят в Кулун-динскую степь, являясь ее южной окраиной (табл. 1).
Средняя глубина грунтовых вод по административным районам определялась через отношение суммы площади на глубину залегания вод к обшей площади района. Оказалось, что по обоим агролесомелиоративным районам средняя глубина залегания грунтовых вод оказывается идентичной несмотря на резкие колебания внутри территории районов. Так, в сухой степи в Бурлин-ском районе средняя глубина равна 3,1 м, а в Табунском — 7,0 м, или в 2,3
раза более глубоко. В засушливой степи различия между максимальными и минимальными глубинами залегания грунтовых вод сглаживаются, и между Вол-чихинским и Родинским районами она составляет 2,2 м, или глубже в 1,7 раза. На уровень залегания грунтовых вод существенное влияние оказывает наличие поверхностных вод.
Так, в районах Михайловском, Ключевском удельный вес поверхностных вод по площади составляет до 10% и глубиной 3,3-3,8 м, а в Табунском и Немецком национальном — около 4%, и глубина грунтовых вод понижается до
В засушливой степи удельный вес площади с глубиной грунтовых вод менее 3 м меньше на 2,3%, а по другим показателям глубины несколько больше. В итоге, по агролесомелиоративному району глубина грунтовых вод оказывается практически одинаковой.
Методика обследования защитных лесных насаждений проводилась в следующем порядке. В каждом административном районе в трех сельскохозяйственных предприятиях в наиболее сохранившихся и жизнеспособных тополевых и березовых лесополосах закладывались пробные площади в количестве 3 полос по ширине, равной полосе и такой длины, чтобы на ней было не менее 200 деревьев. Если полоса 3-рядная, то по длине пробная площадь была не менее 70 м, при 7-рядной — свыше 30 м.
На пробной площади по каждому ряду подсчитывалось число живых деревьев и число погибших по пропуску между живыми с получением показателя сохранности. У деревьев замерялись общая высота с использованием 4-метрового шеста, диаметр на 1,3 м.
Таким образом, по каждому району были получены экспериментальные данные по 25 пробным площадям в тополевых полосах и по 19-21 пробам в березовых в возрасте 26-30 лет (табл. 2).
К 30-летнему возрасту лесополосы в сухой степи и засушливой степи практически достигают максимальной высоты, что является их основным показателем по дальности влияния на микроклимат в межполосных полях.
Глубина залегания грунтовых вод, % площади
№ п/п Административный район Общая площадь, тыс. га В т.ч. по глубине залегания, м
< 3 3-5 5-10 10 и > сред. глубина
Агролесомелиоративный район 1 а — сухая степь
1 Славгородский 208,3 27,0 18,1 37,5 17,4 5,7
2 Табунский 178,2 3,2 22,0 57,9 16,9 7,0
3 Кулундинский 198,0 8,3 59,3 32,4 - 4,9
4 Ключевской 304,3 34,6 46,5 18,9 - 3,8
5 Михайловский 311,4 56,7 23,2 20,1 - 3,3
6 Угловский 484,5 38,3 47,3 14,4 - 3,5
7 Немецкий национ. 143,2 12,8 29,4 55,4 2,4 5,8
8 Бурлинский 274,6 40,7 55,2 4,0 0,1 3,1
Итого 2102,5 32,2 39,5 25,0 3,3 4,3
Агролесомелиоративный район 1 б — засушливая степь
1 Благовещенский 369,4 40,6 50,6 8,8 - 3,5
2 Родинский 311,8 22,0 34,9 22,5 20,6 5,5
3 Завьяловский 222,4 30,0 62,2 7,6 0,2 3,5
4 Романовский 208,3 23,6 25,8 38,7 11,9 5,5
5 Волчихинский 359,4 46,1 40,1 13,8 - 3,3
6 Новичихинский 186,4 32,7 16,2 51,1 - 5,0
7 Егорьевский 245,8 22,7 34,8 42,5 - 4,9
8 Поспелихинский 242,3 22,7 48,8 28,5 - 4,4
9 Рубцовский 330,5 36,7 45,7 17,6 - 3,7
10 Суетский 110,8 17,7 41,0 34,8 6,5 5,2
11 Хабарский 280,6 15,7 38,3 43,6 2,4 5,2
Итого 2867,7 29,9 40,8 25,7 3,6 4,4
Всего 4970,2 30,8 40,3 25,4 3,5 4,3
Средняя высота тополя и березы в полосах различной ширины
Агролесо- мелиоративный район Порода Ширина лесополос, м НСР005
6 9 12 15 24 среднее
1 а Тополь 13,3±1,4 14,3±0,8 12,1±0,5 12,0±2,3 10,9±0,4 12,5 1,2
Береза 8,2±0,9 9,5±0,7 9,7±0,8 9,2±0,7 9,0±0,2 9,3 1,9
I б Тополь 19,2±1,1 20,4±0,6 18,1±0,2 18,8±1,0 - 19,1 2,0
Береза 15,2±0,8 16,0±0,3 14,9±0,6 14,8±1,0 - 15,5 2,0
Оказалось, что в условиях сухой степи и засушливой степи наиболее высокорослыми являются тополевые лесополосы, состоящие из 3 рядов при ширине междурядий 3 м, их высота на 7,5% превышает высоту в 2-рядной полосе и на 31,2% — в 8-рядной. Это связано с тем, что в многорядных полосах, какие создаются как придорожные или водорегулирующие, средние ряды тополя постоянно испытывают конкурентное давление со стороны соседних рядов, что сказывается в недостатке солнечной энергии, и особенно в недостатке влаги, поэтому интенсивность ростовых про-
цессов в высоту оказывается более низкой в сравнении с деревьями в крайних рядах. Этот недостаток свойственен средним рядам, отсутствует в полосах, состоящих из 2 или 3 рядов, что сказывается на повышенной высоте деревьев.
В отношении березовых лесополос подобного вывода сделать нет возможности. В сухой степи разница в высотах максимально составляет 18,3%, что не подтверждается наименьшей существенной разностью. В засушливой степи разница снижается до 8,1%, что также математически не подтверждается.
Соотношение средней высоты тополя и березы с глубиной залегания грунтовых вод
№ п/п Административный район Средние
ГГВ, м высота тополя, м высота березы, м
Агролесомелиоративный район 1 а — сухая степь
1 Славгородский 5,7±0,3 9,0±0,2 8,2±1,0
2 Табунский 7,0±0,4 10,3±1,1 8,4±0,4
3 Кулундинский 4,9±0,6 10,1±1,4 8,2±0,6
4 Ключевской 3,8±0,5 10,1±2,0 10,3±1,9
5 Михайловский 3,3±0,3 9,3±1,4 9,1±0,5
6 Угловский 3,5±0,7 12,5±1,7 12,5±0,8
7 Немецкий национ. 5,8±0,8 10,9±0,6 8,7±1,1
8 Бурлинский 3,1±0,1 11,2±0,9 9,6±0,4
Агролесомелиоративный район 1 б — засушливая степь
1 Благовещенский 3,5±0,2 21,8±1,9 16,4±0,8
2 Завьяловский 3,5±0,2 19,9±1,8 17,3±0,7
3 Волчихинский 3,3±0,3 10,2±0,7 10,2±0,8
4 Егорьевский 4,9±0,4 18,1±0,9 18,5±0,6
5 Поспелихинский 4,4±0,3 17,7±1,3 10,6±0,5
6 Суетский 5,2±0,2 19,0±1,4 16,6±1,0
Примечание. ГГВ — глубина грунтовых вод.
В то же время высота тополевых деревьев в засушливой степи в среднем равна 19,1 м, что на 52,8% выше аналогичного показателя в сухой степи, а средняя высота березы, соответственно, равна 15,5 м и 66,7%, т.е. улучшение лесорастительных условий более существенно сказывается на интенсивности роста в высоту березы повислой (табл. 3).
Улучшение лесорастительных условий в агролесомелиоративном районе 1 б, в сравнении с районом сухой степи, сказывается на увеличении средней высоты тополя и березы. В районе 1 б тополь имеет среднюю высоту равную 17,8 м, а береза — 14,9 м, что выше средних высот этих древесных пород в районе 1 а, соответственно, на 71,1 и 58,5%. В обоих районах средняя высота березы повислой оказывается меньшей в сравнении со средней высотой тополя бальзамического на 10,6% в районе 1 а и на 19,5% в районе 1 б.
Усредненные данные в таблице 3 по высоте тополя и березы имеют большой разброс по отношению к глубине залегания грунтовых вод. Это связано, по нашему мнению, с различным удельным весом площадей с различной глубиной залегания грунтовых вод.
В пределах одного агролесомелиоративного района средняя высота древесных пород оказывается неравнозначной, что связано с глубиной залегания грунтовых вод. Имеет место общая тенденция снижения средней высоты деревьев с увеличением глубины залегания грунтовых вод. Эта связь носит прямолинейный характер. Так, в районе сухой степи связь между глубиной залегания грунтовых вод и средней высотой тополя выражается как умеренная, обратная (г = -0,34±0,08), по отношению к березе — как значительная обратная (г = -0,62±0,09). В районе засушливой степи умеренная обратная связь характеризуется коэффициентом корреляции г = -0,39±0,11.
1. Кулундинская степь и вопросы ее мелиорации. Новосибирск: Наука, СО,
2. Каменский Г.Н. Поиски и разведка подземных вод / Г.Н. Каменский. М.: Госгеолиздат, 1947. 313 с.
3. Винокуров Ю.И. Применение ландшафтного метода при гидрогеологических исследованиях в равнинной части Алтайского края / Ю.И. Винокуров // Водные ресурсы Алтайского края и
их комплексное использование. Барнаул, 1971. С. 122-125.
4. Винокуров Ю.И. Ландшафтно-индикационные исследования при гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях (на примере равнинной части Алтайского края): автореф. дис. к.г.н. / Ю.И. Винокуров. Барнаул,
5. Винокуров Ю.И. Опыт применения ландшафтно-индикационных исследований при крупномасштабных изысканиях в Алтайском крае / Ю.И. Винокуров // Материалы III Всесоюзного совещания по прикладной географии. Иркутск, 1975. С. 268-271.
6. Винокуров Ю.И. Ландшафтные индикаторы инженерно-гидрогеологических условий предалтайских равнин / Ю.И. Винокуров. Новосибирск: Наука, СО, 1980. 192 с.
7. Винокуров Ю.И. Ландшафтно-индикационный подход к мелиоративной оценке земель в Алтайском крае / Ю.И. Винокуров, Т.А. Пудовкина / / Известия сО АН СССР. Вып. 2. М, 1986. С. 106-109.
8. Кукис С.И. История защитного лесоразведения в Алтайском крае / С.И. Кукис, В.И. Горин // Опыт полезащитного лесоразведения на Алтае. Барнаул: Алт. кн. изд-во, 1973. С. 13-71.
УДК 504 Ж.С. Мустафаев,
К.Ж. Мустафаев, К.Б. Койбагарова, Л.Ж. Мустафаева
МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА АГРОЛАНДШАФТОВ
Разработка методологических основ оценки эффективности использования водно-земельных ресурсов бассейна рек обусловлена не только нерешенностью ряда принципиальных вопросов, но и необходимостью существенной экономической обоснованности размещения и развития производительных сил в системе природопользования, так как производственная, в том числе и сельскохозяйственная, деятельность человека осуществляется в границах целостных природных образований — бассейнах рек. Это территориальная система, состоящая из взаимосвязанных и взаимодействующих природных или природноантропогенных компонентов, а также комплексов более низкого таксономического ранга, — наиболее общий целостный объект охраны природы.
В настоящее время и в перспективе экономико-экологический подход использования природных ресурсов бассейна рек, продиктованный новым со-
стоянием обмена веществ между обществом и природой, является очень важнейшим принципом организации и управления любой хозяйственной деятельности, так как последняя осуществляется всегда в конкретной природной среде, а именно: в бассейнах рек с использованием их ресурсов и условий. Поскольку экономические проблемы использования природных ресурсов на современном этапе трансформируются в общую экономико-экологическую проблему, экономико-экологический принцип развития и размещения производительных сил носит концептуальный характер. Он должен быть основополагающим при рассмотрении вопросов природопользования и природообуст-ройства, так как он базируется на целостности биосферы, объединяющей как природные, так и экономические процессы, как естественные, так и искусственно созданные экосистемы. Отсюда появляется очень важное требование