CC BY
23
после 1994 года. В межгодовом распределении годовых сумм осадков пониженные значения наблюдались в период до 1986 года, после 1986 года по 2013 год осадки превышали средние многолетние значения. После 2013 года наметилась тенденция периода пониженных осадков. Межгодовое распределение коэффициента увлажнения и гидротермического коэффициента полностью соответствует межгодовому распределению осадков: до 1986 года наблюдается период низких значений исследуемых величин, затем до 2013 года отмечаются значения выше средних, после 2013 года наступил период пониженного увлажнения. Это позволяет сделать вывод о том, что ведущим фактором формирования гидротермических условий исследуемой территории за период 1966-2017 годы являются атмосферные осадки.
1.Thomthwaite, C. W. An Approach Toward a Rational Classification of Climate // Geograph.Rev. 1948. Vol. 38 (1). P. 55-94.
2. Селянинов, Г. Т. Принципы агроклиматического районирования СССР // Вопросы агроклиматического районирования СССР. М.: МСХ СССР, 1958. С. 7-14.
3. Высоцкий, Г.Н. Избранные труды. М.: Сельхозгиз, 1960. 435 с.
4. Morton, F. I. Estimating evoparation and transpiration from climatological observations // J. Appl. Meteorol. 1975. 14. P. 488-497.
5. Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России [Электронный ресурс]: свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014621485 / О. Н. Булыгина, В. Н. Разуваев, Л. Т. Трофименко, Н. В. Швец. URL: http://meteo.ru/data/156-temperature#описание-массива-данных (дата обращения 04.09.2019).
6. Описание массива данных месячных сумм осадков на станциях России [Электронный ресурс]: свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620394 / О. Н. Булыгина, В. Н. Разуваев, Н. Н. Коршунова, Н. В. Швец. URL: http://meteo.ru/data/158-total-precipitation#описание-массива-данных (дата обращения 04.09.2019)
7. Хромов, С. П. Метеорологический словарь / С. П. Хромов, Л. И. Мамонтова. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 568 с.
8.Черенкова, Е.А. Испаряемость в количественных показателях климата / Е. А. Черенкова, Н. А. Шумова // Аридные экосистемы. 2007. Том 13. № 33-34. С. 57-69.
9.Шумова, Н.А. Закономерности формирования водопотребления и водообеспеченности агроценозов в условиях юга Русской равнины. М.: Наука, 2010. 239 с.
DOI: 10.24411/2071-7830-2019-10009 УЛАНОВА С.С.
ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
КАЛМЫКИИ НА ОСНОВЕ МНОГОЛЕТНИХ ДАННЫХ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА
Аннотация: В статье рассмотрены основные последствия создания и использования водохранилищ Калмыкии по результатам их геоэкологической оценки, полученные в ходе долговременных мониторинговых исследований.
Ключевые слова: водоемы, Калмыкия, мониторинг, минерализация, ПДК, геоэкологическая оценка.
Среди субъектов Российской Федерации Республика Калмыкия (РК) обладает наименьшими суммарными водными ресурсами (объем годового стока рек равен 1,83 км3/год). Водные ресурсы РК составляют 314 объектов, из них 256 - искусственно созданные водоемы (135 водохранилищ и 121 пруд), остальные - не имеющие антропогенного вмешательства - природные (15 озер и 43 малые реки). Практически все водоемы имеют небольшие размеры, мелководны, с замедленным водообменном, имеют повышенную минерализацию. Большинство прудов и водохранилищ создавались в 50-70 гг. прошлого века для целей питьевого водоснабжения населения, животноводства, ирригации. В настоящее время основное водопотребление республики осуществляется за счет привлеченного стока с сопредельных территорий и составляет в среднем, 700-750 млн. м3 , водопотребление из собственных
водоисточников составляют всего 50 млн. м3 . Очень ограниченное количество водных объектов Калмыкии (всего 7 источников) используют для целей питьевого водоснабжения населения и для орошения (90,3 тыс. га мелиорируемых земель), почти все водные источники служат для водопоя скота. Аридизация климата, усиливающаяся в последнее время (увеличение числа засушливых дней в вегетационный период, уменьшение количества осадков, учащение пыльных бурь и суховеев в летний период), совместно с человеческим фактором приводит к исчезновению многих водоемов. Водные объекты в аридной зоне крайне чувствительны к антропогенным нагрузкам и представляют собой один из наиболее уязвимых элементов ее ландшафтов.
Цель данной работы - оценка последствий создания водных объектов в аридном регионе Калмыкии на основе собственных многолетних геоэкологических исследований.
Для определения совокупности показателей, характеризующих последствия антропогенных изменений геосистем за длительный период эксплуатации водоемов, проводились мониторинговые долговременные (2001-2018 гг.) исследования компонентного состава и межкомпонентных связей непосредственно водных объектов и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях. Мониторинг включал получение многоразовых в течение года количественных значений нескольких показателей: гидрологических (уровень и площадь водоема), гидрохимических (минерализация, тип химизма), экологических - состав компонентов экотонной системы «вода-суша» на побережье. Ключевые участки долговременного мониторинга находились на разных участках водохранилищ, как правило, в центральной части, вблизи выклинивания подпора и в приплотинной части.
В данной статье приводятся результаты поэтапной геоэкологической оценки водных объектов республики и их экотонных систем. Основные этапы и показатели оценки, использованные в данной работе (табл. 1) основываются на том, что геоэкологическая оценка искусственных водоемов направлена на определение их водохозяйственного, средообразующего и природоохранного значения [1].
Таблица 1.
Основные этапы, показатели и результаты геоэкологической оценки искусственных
водоемов Калмыкии
Название этапа Основной показатель Результаты
1 Определение Обводненность Для определения водоресурсной роли была
водоресурсной территории создана ГИС поверхностных вод РК в целях
роли проведения инвентаризации, классификации и
искусственных районирования водных объектов. Была
водоемов рассчитана искусственная обводненность (за счет созданных водохранилищ и прудов) и естественная. Расчеты были выполнены для всей территории республики и отдельно по ее ландшафтным районам.
2 Изучение и оценка Гидрологические Были изучены современные гидрологические и
возможного показатели (объем, геохимические характеристики искусственных
использования площадь, уровень, водоемов и изменения их во времени с
водных ресурсов минерализация и их использованием материалов дистанционного
водоемов изменения во времени) зондирования.
Соответствие Были составлены ГИС макеты инфраструктуры
современного современного водопользования водоемов, затем
использования провели сравнение с запланированным при их
водоема его создании.
первоначальному
назначению
3 Оценка Показатели Выполнено изучение структуры и
экологического разнообразия почв, компонентного состава экотонной системы
значения растительности, лимнофильной орнитофауны «вода-суша» на побережьях водоемов. Выполнена оценка показателей флористического и фитоценотического богатства, разнообразия почв, лимнофильной орнитофауны.
4 Оценка экологического состояния водоема на основе интегрального показателя ПХЗ-10 Показатель химического загрязнения -10 Было определено экологическое состояние водоемов на основе интегрального показателя ПХЗ-10, позволяющего оценить качественное состояние водоема, сформировавшегося за длительный период его эксплуатации.
5 Оценка биогенной нагрузки на водный объект Фосфорная нагрузка - показатель, интегрально отражающий степень антропогенного воздействия. Были выполнены расчеты по определению реальной фосфорной нагрузки, допустимой и критической, а также выполнено сравнение их между собой.
6 Оценка сравнительной водохозяйственной и экологической значимости искусственных водоемов Индекс значимости -показатель, сравнивающий функции водохозяйственные и экологические. Была рассмотрена роль водоемов в экологическом каркасе республики и выполнена оценка выполняемых ими функций на основании индекса значимости.
Первый этап геоэкологической оценки включал определение водоресурсной роли искусственных водоемов посредством определения обводненности. Под обводненностью понималось отношение площади водной поверхности водотоков и водоемов к площади территории. В этих целях было необходимо создание ГИС поверхностных вод и проведение инвентаризации, классификации и районирования водных объектов. В результате создания ГИС была составлена «Водохозяйственная карта Республики Калмыкия (М.1:500000) (2003 г.). В дальнейшем были выполнены расчеты по изменению обводненности за счет создания водохранилищ и прудов, в целом по территории республики и по ее ландшафтным районам. Расчеты показали, что современная обводненность республики за счет созданных искусственных водоемов увеличилась втрое, и в настоящее время их вклад составляет 67% от общей обводненности. Наибольшая природная обводненность (естественные водные объекты, существующие без вмешательства человека) установлена для Кумо-Манычского района, наименьшая - для Прикаспийского. Природная обводненность в районе Ергеней в 3 раза больше дополнительной, созданной искусственными водоемами. В Кумо-Манычском районе за счет созданных водохранилищ обводненость возросла в почти в 5 раз, а в Прикаспийском районе искусственная и природная обводненность почти равны [2].
Для выполнения второго этапа оценки были выбраны 5 наиболее значимых в водном хозяйстве республики объекты, расположенные в разных ландшафтных районах: на Ергенинской возвышенности -водохранилище Аршань-Зельмень, на Прикаспийской низменности - водохранилища Цаган-Нур, Деед-Хулсун, Красинское, в Кумо-Манычской впадине - водохранилище Чограйское. Гидрологические показатели (площадь водной поверхности) определяли, используя разновременные материалы космической съемки. Методика выполнения работ, используемые космические материлы и используемые программы подробно описаны в наших статьях и работах [3]. Сравнительный ретроспективный мониторинг материалов дистанционного зондирования с 2001 г. по настоящее время показал значительное обмеление некоторых изучаемых водоемов и уменьшение площади их водной поверхности (табл. 2).
Таблица 2.
Изменение площади водной поверхности по материалам разновременной космической информации
(ИСЗ «Landsat-7, 8» камера ЕТМ+)
Водоем Годы ^^^^^ Аршань-Зельмень Деед-Хулсун Чограй Цаган-Нур
2001 4,31 11,97 130,4 45,41
2003 5,87 12,86 130,6 59,27
2004 6,26 13,14 130,4 60,8
2012 6,72 12,72 112,1 31,63
2017 2,57 12,11 114,72 12,57
2019 4,79 12,22 68,18 1,7
Полевые исследования водоемов за весенний период 2019 года показали ухудшение экологического состояния многих водных объектов. Так например, водохранилище Цаган-Нур практически перестало существовать: данные с ИСЗ «Landsat-8» от 26.03.2019 г. показали, что водная поверхность практически высохла, площадь водного объекта составила 1,7 км2. Экотонная территория испытывает сильнейшую степень стравливания из-за выпасаемого здесь крупного и мелкого рогатого скота. Обмеление водохранилища повлекло за собой понижение уровня грунтовых вод, в результате чего сплошные тамариксовые заросли, высотой до 3 м, произраставшие ранее на первой пойменной террасе, полностью высохли. Практически втрое уменьшилась площадь Чограйского водохранилища со времени его создания (в 1969 г. площадь его составляла 196 км2). Зона выклинивания подпора водохранилища высохла полностью, в центральной части водоема вода отошла от берега более чем на 300 м по сравнению со среднемноголетним урезом, обнажив дно с остатками двустворчатых моллюсков. В приплотинной части Чограя вода значительно отошла от тела плотины, обнажив острова.
Изменение площадей водной поверхности, а значит и объемов водохранилищ, привело к изменению минерализации - показателю, лимитирующему использование вод в народно-хозяйственных целях. Анализ данных по минерализации вод показал, что воды всех водоемов по степени засоления относятся к категории - солоноватые (1-10 г/л) и соленые (10-50 г/л). Качественный состав (по классификации О.А.Алекина, 1973) поверхностных и грунтовых вод относится к Классу - хлоридные, Группам -магниевым и натриевым, Типу - III (НСО3 +SO4 <Са+Mg). Сравнительный анализ данных с 2001 по 2018 гг. показал значительное увеличение минерализации поверхностных вод практически всех исследуемых водных объектов. Засоление вод в 2018 г. Чограйского водохранилища в весенний период увеличилось до 2,17 г/л, в осенний до 6,9 г/л, что превышает среднемноголетние показатели в два и три раза соответственно. Засоление вод водохранилища Цаган-Нур увеличилось в приплотинной части до 70,24 г/л, что в семь раз превышает среднемноголетние данные (10-12 г/л). Остальная часть водоема практически перестала существовать, превратившись в солончаковое болото. Засоление вод водохранилища Деед-Хулсун, пополняемого чограйской водой, также увеличилось до 14 г/л (среднемноголетние данные 8-9 г/л). Исключение составило водохранилище Аршань-Зельмень, воды которого снизили свою минерализацию в 2018 году до 3,6 г/л (среднемноголетние показатели 6-7 г/л). Все водоемы, за исключением водоема Аршань-Зельмень, являются регулируемыми и существующими за счет подачи воды с сопредельных с республикой территорий. Водохранилище Аршань-Зельмень, несмотря на зарегулированность стока, по условиям питания ближе к естественным водоемам, вследствие чего динамика его минерализация близка к природным: степень засоления увеличивается к осени. Установленные нами по каждому из водоемов значения максимальной и минимальной минерализации не соответствуют существующим экологическим нормам водопотребления. Но, несмотря на это, в условиях дефицита воды, воды всех водоемов используются и для водопоя скота, и для лиманного орошения. Выделенный нами, показатель соответствия современного использования водоема его первоначальному назначению показал, что ни один из обследованных водоемов не выполняет функции, для которых он создавался из-за возрастания минерализации воды со временем.
Экологическое состояние водных объектов оценивалось на основе интегрального показателя химического загрязнения (ПХЗ-10). Для этого были проанализированы 22 пробы воды, отобранные в 2013 и 2015 гг., в каждой из которых изучалось содержание 70 химических веществ. Показатель химического загрязнения воды (ПХЗ-10) рассчитывается по десяти веществам, максимально превышающим ПДКр [4]. ПХЗ-10 позволяет оценить качественное состояние водоема, сформировавшееся за длительный период его эксплуатации. Особенно он важен для территорий, где загрязнение наблюдается сразу по нескольким химическим веществам, каждое из которых многократно превышает допустимый уровень предельно-допустимой концентрации. Исследование показало, что экологическое состояние водоемов Чограй и Красинское, оцененное по среднему значению ПХЗ-10 соответствует категории «неудовлетворительное», а водоемов Аршань-Зельмень, Цаган-Нур и Деед-Хулсун - как «чрезвычайно опасное». Из химических веществ 3-4 класса опасности наибольшие значения имеют сера, магний, марганец и медь. Группу химических элементов 1-2 класса опасности составляют бериллий, кадмий, молибден, свинец, селен и фосфор. Превышение ПДК фосфором имеет исключительно высокие значения и только по этому показателю экологическое состояние водоемов может быть оценено как «экологическое бедствие». Но, несмотря на негативную экологическую ситуацию, все без исключения искусственные водоемы имеют важное водохозяйственное значение и продолжают использоваться и для водопоя скота,
и для любительского рыболовства, и для рекреации. Красинское водохранилище, кроме того, используется в качестве питьевого водоисточника г. Лагань [5].
Выявление очень сильного превышения ПДКр в воде биогенными элементами, в частности фосфора привело к необходимости выявления источника биогенного загрязнения искусственных водоемов Калмыкии. На этапе оценки биогенной нагрузки на водный объект проводили расчеты по определению фосфорной нагрузки - показателю, интегрально отражающему степень антропогенного воздействия. Выполненные расчеты показали, что именно животноводство (водопой скота и стоки от животноводческих стоянок), развивающееся на водосборе и поставляющее 1-2 тонны или от 20 до 700 г на м2 водного зеркала фосфора в год, в отсутствие других загрязнителей, является основной причиной того, что содержание фосфора во всех искусственных водоемах превышает ПДКр в десятки тысяч раз. Наибольший вклад в общий объем поступающего фосфора (80%) дает крупный рогатый скот. Нагрузки по фосфору превышают допустимые и критические значения для функционирования водной экосистемы на один-три порядка, создают условия для эвтрофикации и делают воды этих водохранилищ непригодными для питьевого водоснабжения, в том числе и для водопоя скота.
Одновременно выполнялись исследования по изучению воздействия водных объектов на прилегающую территорию согласно методологии экотонной концепции В.С. Залетаева (1977). Методика работ по изучению компонентного состава и структуры экотонных систем «вода-суша» была подробно описана в предыдущих наших работах [6]. Пробы поверхностных и грунтовых вод, водные вытяжки почвенных проб были выполнены в сертифицированной лаборатории по шестикомпонентному составу (определение кальция, магния, натрия, хлоридов,сульфатов и гидрокарбонатов) и рН. Описания растительности пробных площадок экотонов выполнялись по стандартной методике геоботанических исследований. В рамках оценки экологического значения созданных водоемов учитывали показатели флористического и фитоценотического богатства экотонов, показатели разнообразия почв, растительности и лимнофильной орнитофауны. Флористическое богатство экотонов, выявленное на основе анализа более 500 геоботанических описаний растительных сообществ экотонной структуры водоемов выявили 250 видов, относящихся к 160 родам, 43 семействам. Фитоценотическое богатство экотонных систем созданных водоемов составило охарактеризованы 53 растительные ассоциации, относящиеся к 26 формациям. При выделении сообществ использовали принцип выделения на основе доминирования видов, в основу классификации легли более 500 геоботанических описаний. Экотонная система на побережьях водоемов Калмыкии имеет свою специфичность в связи с аридным климатом, заключающуюся в широком развитии процессов засоления: минерализация вод водоемов и подземных вод повсеместно выше 1 г/л. Близкое залегание (1,5-2 м) сильно минерализованных (7,7-65,9 г/л) грунтовых вод в условиях аридного климата является причиной засоления почв (0,04-5,9%) экотонной системы. Засоление почв преимущественно приповерхностное (0-10 см), что является результатом выпотного режима почв.
На завершающем этапе оценивали роль водоемов в экологическом каркасе территории на основании индекса значимости. Индекс значимости просчитывали исходя от выполняемых водоемов водохозяйственных (водоснабжение, орошение, рыбоводство, рыболовство, рекреация) и природоохранных (экологических, средообразующих) функций. Проведенные исследования показали, что средообразующая роль водоемов Калмыкии и их экотонных систем исключительно велика. Со временем она возрастала, поскольку, с одной стороны, водохозяйственное значение в связи с засолением снижалось, а экосистемы экотонных территорий расширяли свою площадь и усложняли структуру. Рассмотрение оценки значимости конкретных водоемов показывает, что наибольшее число баллов присвоено Чограйскому водохранилищу, которое выполняет водохозяйственные функции, важные в масштабе всей республики Калмыкия: это и техническое водоснабжение, орошение, рыболовство, рекреация.
Выводы
Антропогенное воздействие на водные экосистемы водохранилищ республики и их экотонных систем неуклонно увеличивается со времени их создания и по настоящее время. Долговременные мониторинговые исследования показали, что экологическое состояние водных объектов ухудшается с каждым годом: обмеление, рост минерализации, многократное превышение ПДК многих токсичных веществ, накопление биогенов, повышенная эвтрофикация. При этом ввиду ограниченности водных ресурсов продолжается использование их вод. Использование водохранилищ различное (в хозяйственно-питьевых целях, орошения, рыборазведение, рыболовство, водоприемники дренажно-сбросных вод), кроме того все водоемы используются для водопоя скота. Проведенные исследования показали, что в настоящее время
водохозяйственная система республики находится в глубоком кризисе. Причины различны: не всегда оптимальный режим водоподачи и сброса воды, затянувшиеся ремонты гидротехнических сооружений (Чограйское водохранилище); неграмотная прокладка линий газопровода поперек водоема, потребовавшее его осушение (Сарпа); отсутствие у республики финансов для обеспечения водоподачи (Ханата, Цаган-Нур), нарушения в рациональном природопользовании (Аршань-Зельмень) привели к весьма печальным итогам. Оценка последствий создания водных объектов, выполненная на основе геоэкологической оценки, показывает угнетенное, а местами катастрофическое состояние водных объектов республики. Для выхода из данной ситуации необходимо сделать очень многое: завершить реконструкцию Левокумского гидроузла, строительство Ики-Бурульского водопровода, обеспечить водоподачу в Сарпинские водоемы, снизить нагрузки выпаса скота на экотонные системы, установить места водопоя и т.д. В связи с этим большие надежды возлагаются на федеральный проект «Чистая вода» нацпроекта «Экология», куда вошла и Калмыкия с соответствующей финансовой обеспеченностью.
1. Уланова, С. С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях: [монография] / отв. ред. Н. М. Новикова. М.: РАСХН. 2010. 263 с.
2. Уланова, С. С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов ...
3. Уланова, С. С. Экологическая паспортизация искусственных водоемов Кумо-Манычской впадины в пределах Республики Калмыкия: [монография] / С. С. Уланова; отв. ред. Н. М. Новикова; рец.: Ж. В. Кузьмина, А. П. Богун. Элиста: Джангар, 2014. 180 с.
4. Шитиков, В. К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / В.К. Шитиков, Г.С. Розенберг, Т.Д. Зинченко. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 463 с.
5. Уланова, С. С. Экологическое состояние искусственных водоемов Калмыкии, оцененное по показателю химического загрязнения ПХЗ-10 / С. С. Уланова, Н. М. Новикова // Вода. Химия и Экология. 2017. № 4. С.10-21.
6. Залетаев, В. С. Мировая сеть водно-наземных экотонов, ее функции в биосфере и роль в глобальных изменениях // Экотоны в биосфере. М.: РАСХН, 1997. С. 77-90.
DOI: 10.24411/2071-7830-2019-10010 ЛАЗАРЕВА В.Г., НГУЕН ВАН ЗУНГ
ЭКОЛОГО-ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПРИКАСПИЙСКОГО РЕГИОНА РОССИИ
Аннотация: В статье рассмотрены особенности формирования и пространственно-временного распределения растительного покрова в Российском Прикаспии в третичном и четвертичном периодах. Выделено три эколого-исторических этапа: древнекаспийский, новокаспийский и новейший каспийский. Они соответствуют наиболее значительным периодам колебаний Каспийского моря и глобальных изменений климата, периодически вызывавших смену одного типа растительности другим. Установлен, экотонный характер ландшафтов Прикаспийского региона, где Прикаспийская низменность - экотон первого порядка, растительность древнекаспийских террас - второго, переходные зоны между террасами - третьего. Каждая из террас соответствует определенной геологической эпохе: раннехвалынской, позднехвалынской и новокаспийской. Растительность, как индикатор экологических условий отражает эволюцию ландшафтов Прикаспия. Эколого-динамические ряды, заложенные на каждой из террас, раскрывают закономерности сукцессионного процесса от побережья Каспийского моря до зональной растительности. Критерием их оценки являются: снижение уровня грунтовых вод и уменьшение засоленности почв.
Ключевые слова: Российский Прикаспий, древнекаспийские террасы: раннехвалынская, позднехвалынская, новокаспийская, экотон, эколого-динамические ряды, сукцессии, растительность, колебания уровня Каспийского моря.
На Европейском континенте зональные пустынные и пустынно-степные (полупустынные) ландшафты приурочены к северо-западной части Прикаспийской низменности, сформировавшейся у берегов
