CC BY
56
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2011, том 17, № 2 (47), с. 33-46
——— ОТРАСЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ -
УДК: 577.486 (082)
ВОДОЕМЫ КУМО-МАНЫЧСКОЙ ВПАДИНЫ НА ТЕРРИТОРИИ КАЛМЫКИИ: РЕЖИМ, ЭКОТОННЫЕ СИСТЕМЫ ПОБЕРЕЖИЙ И
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
© 2011 г. С.С. Уланова
Институт комплексных исследований аридных территорий Россия, 358005 Республика Калмыкия, Элиста, ул. Хомутникова, д. 111.
Е-mail: svetaulanova@yandex.ru
Рассматриваются последствия преобразования гидрографической сети Кумо-Манычской впадины: изменение направления стока рек, создание искусственных водоемов (оз. Маныч-Гудило, Чограйское водохранилище, Состинские водоемы), изменение их гидрологического режима во времени, особенности формирования природных комплексов на их побережьях. Показано, что в последние десятилетия происходит падение уровня воды в водоемах, неуклонный рост минерализации их вод, и не всегда рациональное их использование. Ключевые слова: гидрографическая сеть, искусственные водоемы, уровень, минерализация, изменение, биологические ресурсы, экотоны, разнообразие, использование.
Калмыкия - один из самых аридных регионов в Российской Федерации. Засушливый климат в совокупности со слабо развитой гидрографической сетью определяют обеспечение республики водными ресурсами как наиболее жизненно важную задачу. В прошлом веке с целью повышения обеспеченности водными ресурсами был создан ряд искусственных водоемов различного назначения. Наиболее крупные из них были образованы на юге республики, в Кумо-Манычской впадине. Это водоемы Маныч-Гудило, Чограйское водохранилище и связанная с его функционированием система Состинских озер. С течением времени изменялись конфигурации водоемов, качество их вод и возможность использования. Однако информация о произошедших изменениях самих водоемов, их гидрологического режима и связанного с ними богатства и разнообразия биоты отсутствует. В связи с этим в течение ряда лет проводились исследования, позволяющие оценить водные ресурсы изучаемых объектов, биологические ресурсы на их побережьях в экотонной зоне «вода-суша» и возможность использования.
Материалы и методы
Изучение искусственных водоемов Кумо-Манычской впадины проводили согласно разработанной и апробированной ранее авторами статьи методики комплексного изучения искусственных водоемов и экотонных зон «вода-суша» для аридных территорий (Новикова, Уланова, 2008). Данная методика сочетает наземные исследования с геоинформационными технологиями.
В качестве ключевых, наиболее репрезентативных водоемов Кумо-Манычской впадины были выбраны оз. Маныч-Гудило (восточный отсек Пролетарского водохранилища), Чограйское водохранилище, из системы Состинских водоемов — оз. Киркита).
Наземные исследования проводили в режиме мониторинга поверхностных вод водоемов и прилегающих территорий, находящихся в зоне их воздействия. Для изучения прилегающих территорий авторами была использована экотонная концепция В.С. Залетаева (1997), базирующаяся на положении о существовании переходных, граничных зон, в которых
влияние одного фактора постепенно ослабевает и возрастает ведущая роль другого. В экотонной системе «вода-суша» в направлении от уреза воды вглубь суши постепенно ослабевает влияние водного фактора и возрастает роль зональных процессов. При этом прослеживается смена характера проявления водного фактора - сначала в виде поверхностных вод, затем - подземных и почвенных. Эти изменения проявляются и в смене процессов почвообразования, соленакопления, что ведет к изменению компонентного состава и структуры природных комплексов побережий. Смены происходят плавно, без резких визуальных границ в почвенном и растительном покрове (Залетаев, 1997).
Экотонная концепция в данном исследовании используется в качестве методологического подхода, который позволяет оценить влияние водоема на прилегающую сушу через выделение зон его прямого и косвенного воздействия через затопление, подтопление и др. На побережьях водохранилищ прокладывали топоэкологические профили перпендикулярно урезу воды, от водоема вглубь побережья до зональной растительности. Топоэкологическое инструментальное профилирование побережий включало заложение пробных площадок с подробным изучением почв, растительности, грунтовых вод и определением высотных отметок рельефа на профиле с помощью нивелира. На протяжении топоэкологического профиля закладывались скважины до уровня почвенно-грунтовых вод. Количество скважин регламентировалось рельефом и растительностью. При вскрытии почвенно-грунтовых вод отмечалась глубина, замерялась скорость подъема воды, фиксировался установившийся уровень, отбирались образцы вскрытых почвенно-грунтовых вод. Характеристика почв дана на основе морфологического описания почвенного профиля по результатам бурения. В лабораторных условиях определяли минерализацию (сухой остаток) и химический состав водорастворимых солей. В точках отбора данных на профиле проводилось определение высотных отметок и географических координат с помощью дистанционного геопозиционирования. В камеральных условиях проводилось наложение границ урезов воды с точками GPS полевого маршрута. В местах их совпадения определялись отметки высот для выявления границ и частоты затопляемости побережья водоема (Новикова, Уланова, 2008).
Анализы химизма и минерализации поверхностных и грунтовых вод были выполнены в ФГУ «Станция агрохимической службы «Калмыцкая» в соответствии со всеми стандартами. Водная вытяжка почвенных проб была проанализирована в этой лаборатории по пятикомпонентному составу (определение кальция, магния, натрия, хлоридов и сульфатов) и рН.
Результаты и обсуждение
Оз. Маныч-Гудило (восточный отсек Пролетарского водохранилища). Водоемы долины Маныча претерпели значительную антропогенную трансформацию. Подробный анализ литературных данных (Лурье и др., 2001; Кривенцов, 1974; Маныч-Чограй, 2005; Матишов и др., 2006) показывает глубину антропогенных воздействий на природные компоненты водной экосистемы и их последствия, индикатором которых является изменение гидрохимического режима водоема.
Авторами данной статьи выделено несколько периодов перестройки гидрографической сети с последовавшим за этим изменением гидрологического режима и использования их вод. До 1932 г. гидрографическая сеть бассейна р. Маныч была естественной, и водные объекты были представлены реками, озерами, лиманами и незначительным числом прудов. Густота речной сети на большей части составляла 0.2-0.3 км/км2. Оз. Маныч-Гудило находилось в естественных условиях до 1934 г. Питание озера осуществлялось от рек Западный Маныч, Калаус, Большой Егорлык, Джалга, Хар-Зуха и Улан-Зуха. В зависимости от
водности года озеро сильно меняло свои размеры. В редкие многоводные периоды его длина достигала 160 км, ширина 12-14 км, глубина 3 м. В маловодные годы водоем разбивался на плесы, вода не покрывала всего дна озера и перегонялась ветром от одного берега к другому, а на обсохших участках дна отлагались соли. Средняя минерализация была высокой - до 42 г/л.
В период с 1932 по 1975 г. в несколько этапов произошла перестройка гидрографической сети р. Маныч.
Первый этап: 1932-1936 гг. - расчленение гидрографической сети и создание искусственных водоемов Пролетарского, Весёловского и Усть-Манычского. Последствием данных воздействий стало затопление многих озер, расположенных в пойме реки, в том числе Маныч-Гудило, которое стало частью Пролетарского водохранилища. Минерализация вод водоемов была различной и изменялась от 25 до 45 г/л.
Второй этап: 1949-1953 гг. - направление стока р. Большой Егорлык в западную часть водоема Маныч-Гудило; подача кубанской и донской воды по Невиномысскому и Донскому магистральным каналам; строительство многочисленных оросительных каналов и прудов на всех, даже небольших, притоках рек Маныч, Егорлык, Калаус, Средний Егорлык и др.
При постройке Пролетарской плотины Ново-Манычская дамба направляла сток Большого Егорлыка в оз. Маныч-Гудило (это облегчило процесс возведения Пролетарской дамбы и одновременно сильно понизило соленость озера). Его опреснение позволило развиться в водохранилище богатым, разнообразным флоре и фауне. Однако по окончании работ дамба была реконструирована, и воды р. Егорлык были направлены в западный (межплотинный) отсек и Весёловское водохранилище (Миноранский и др., 2006). Туда же по Невиномысскому и Донскому магистральным каналам стала подаваться кубанская и донская вода. В результате началось опреснение Весёловского и западной части Пролетарского водохранилищ. А соленость восточного отсека Пролетарского водохранилища (оз. Маныч-Гудило) стала возрастать. Таким образом, построенная в 1952 г. Ново-Манычская дамба поделила оз. Маныч-Гудило на две части: короткую западную, примыкающую к Пролетарской плотине (западный или межплотинный отсек), и длинную восточную (восточный отсек, или оз. Маныч-Гудило).
В результате проведенных мероприятий минерализация западной части составила 35 г/л (опресненный участок), средней до 35-40 г/л (сильно осолоненный участок, или «солевая пробка»), восточной до 5-7 г/л (незначительно осолоненный участок).
Третий этап: 1965-1975 гг. - построены канал Кубань-Калаус, плотина в устье р. Калаус, перекрывшая сток воды р. Калаус в р. Восточный Маныч. В результате сток р. Калаус резко увеличился и р. Западный Маныч ниже устья р. Калаус стала полноводной, после чего даже в самые маловодные годы и месяцы в ней отмечается постоянный сток в Пролетарское водохранилище. В последующие годы продолжалось строительство новых водохранилищ и каналов, как основных, так и распределительных, что позволило резко увеличить орошаемые площади в Ростовской области и Ставропольском крае (Лурье и др., 2001). К началу 1970-х гг. минерализация западного отсека Пролетарского и Весёловского водохранилищ достигла своего оптимального значения - около 1.0-1.2 г/л.
Четвертый этап: с 1985 г. по настоящее время. Происходит неуклонное сокращение площадей орошаемых земель вследствие вторичного засоления; значительное уменьшение подпитки из р. Кубани и подачи сбросных вод. В этот период (период засоления водохранилища) продолжаются процессы дальнейшего неустойчивого увеличения осолонения оз. Маныч-Гудило еще примерно на 10-15 г/л, или в 1.5 раза по сравнению с концом 1980-х гг.
О. Маныч-Гудило (восточный отсек Пролетарского водохранилища) по
морфологическим особенностям делится на три участка: западный, центральный и восточный. Первый представляет собой удлиненный плес длиною 43 км, шириной 1-3 км и наибольшими глубинами 2-3 м. Центральный имеет протяженность 51 км и в основном сохраняет черты бывшего оз. Маныч-Гудило. Это наиболее широкая (8-10 км) и глубокая (до 7 м) часть Пролетарского водохранилища. Восточный участок имеет длину 65 км, ширину 1.0-6.0 км с глубинами до 2 м. В восточный отсек Пролетарского водохранилища вода поступает в основном из рек Западный Маныч и Калаус и по Ростовскому каналу (Кривенцов, 1974).
Искусственно созданные водоемы в аридной зоне при зарегулировании вод речного стока приводят к засолению обширных пастбищных территорий и гибели коренных экосистем, однако вместе с тем они играют важную средообразующую роль для биоты, способствуют увеличению биоразнообразия за счет появления гидрофильных видов растений и животного населения. Природные комплексы, формирующиеся на побережьях водоемов разных типов, оцениваются авторами с позиций возможности использования их человеком, средообразования, поддержания и сохранения биоразнообразия.
Для оценки биологического богатства экотонных систем, определения ресурсного потенциала побережий необходимо детальное изучение почвенного и растительного покровов побережий искусственных водоемов.
Изучение экотонных экосистем «вода-суша» на побережье водоема Маныч-Гудило проводили на трех ключевых участках, являющихся репрезентативными в условиях ландшафтного многоообразия побережий Маныча. Территория взаимодействия водоема и прилегающей суши очень мобильна и зависит, в основном, от управления режимом наполнения и спуска искусственных водоемов, вследствие этого разнообразие почв, растительных сообществ зависит от эффективного управления режимом водохранилищ. В связи с этим наблюдения проводились в трехкратной повторности (весной, летом и осенью) в течение вегетационного периода 2009 г.
Ключевой участок № 1 расположен в центральной части правобережья Маныча (ключевой участок Маныч-1, 46° 11' 43.25" с.ш., 42° 58' 17.10" в.д.). Общая протяженность экотонной системы «вода-суша» в пределах ключевого участка составила 180 м. В апреле на первом ключевом участке были выделены следующие блоки: флуктуационный, динамический, дистантный и маргинальный. Ширина флуктуационного блока составила 104 м. Эта полоса имеет слабоволнистый микрорельеф с отметками высот от 0.30 до 0.71 м. Подземные воды залегают на глубине от 0.52 до 0.74 м. Их минерализация оказалась равной 49.63 и 43.09 г/л в 26 и 104 м от уреза воды соответственно. Тип засоления вод - хлоридно-натриево-сульфатный. Почвы данного блока изменяются от гидроморфных (УГВ 0.30 м) солончаков (3.33-4.35%) хлоридно-сульфатных поверхностных (0-10 см) до влажно- луговых (УГВ 0.74 м) сильнозасоленных (0.78-0.95%) глубокосолончаковатых (100-107). До 26 м от уреза воды поверхность почв лишена растительности и покрыта выпотами солей. Затем идет пояс растительности, представленный разнотравно-пырейно-эфемероидными сообществами (Chorispora tenella-Elytrigia repens-Melandrium album). Общее проективное покрытие растительности - 100%. Количество видов растений в данном блоке в апреле составило 9. Фитомасса (сухой вес) трав в укосах на площади 1x1 м2 составила в среднем в пределах блока 106.9 г/м2. В мае разнотравно-пырейно-эфемероидные сообщества сменились на разнотравно-полынно-злаковые сообщества (Bromus japonicus-Artemisia austriaca-Mixteherbosa). Фитомасса трав в укосах на площади 1x1 м2 в мае составила в среднем 123.3 г/м2. Количество видов растений в данном блоке в мае составило 19.
Наблюдения за экотонной зоной первого ключевого участка в течение вегетационного периода показывают, что урез воды отошел от берега на 77.7 м (по сравнению с весенним урезом), что привело к расширению площади флуктуационного блока. Обнажившаяся часть
суши стала зарастать монодоминантными сообществами солероса европейского (Salicornia europaea) с ОПП 35%. Фитомасса его в укосах на площади 1x1 м2 составила в среднем 328.53 г/м2 в сыром весе и 64 г/м2 - в сухом.
На остальной части флуктуационного блока на месте разнотравно-полынно-злаковых сообществ, произраставших здесь весной, осенью стали произрастать кострово-полынные сообщества (Artemisia santonica-Bromus squarrosus-Bromus japonicus). Количество видов растений уменьшилось по сравнению с весенними в 2 раза и составило 9 видов. Фитомасса трав на укосных площадках 1x1 м2 в августе составила в среднем 160 г/м2 в сухом весе (рис. 1).
60 т
56.11
Т-
PQ I—
к S
а я
&
«
я я
50 -40 -30 -20 -10 -0
49.07
47.15
2 3 4
Номера скважин
□ 1 IZZ12 -А-3
Л" 200 , ¡Я S
5
-- 160 ¡g и
se
6
+ 120 £
и О Я
ta я н
а
^
ч
о &
к
JS Т-
-- 80
-- 40
0
Компоненты экосистем в блоках Блоки и их протяженность, м
флуктуационный динамический, (104-124) (скважина 3) дистантный, (124-163) (скважина 4) маргинальный, (>163)
(0-26) (скважина 1) (26-104) (скважина 2)
УГВ, м 0.52 0.74 1.75 2 нет данных
Почвы Солончак хлоридно-сульфатный поверхностный Влажно-луговые сильно засоленные глубокосолонча-коватые Влажно-луговые сильнозасолен-ные глубокосолонча-коватые Лугово-каш-тановые силь-ноза-соленные глубоко-солончаковатые Каштановые солонцеватые в комплексе с солонцами
Тип засоления почв Cl--Na+ - SO42- Na+ - SO42"- Cl- Cl- -Na+ - Mg Na+ - SO42"- Cl" Нет данных
Сообщества Нет раститений Salicornia europaea Artemisia santonica-Bromus squarrosus-B. japonicus Artemisia santonica-Agropyron pectinatum-Elytrigia repens Artemisia santonica A. lerchiana-Limonium ssp.
Количество видов 0 1 8 12 10
Рис. 1. Компоненты природных комплексов в блоках экотонной системы «вода-суша» ключевого участка «Маныч-1» 18.08.2009 г.; здесь и на рис. 2, 3 в скобках - относительная высота над уровнем воды, см. Fig. 1. Components of a blocks of the water-terrestrial ecotone system at the key site «Manych-1» 18.08.2009.
Динамический блок характеризуется положением на высоте от 0.74 до 1.75 м над урезом воды. Минерализация грунтовых вод по мере удаления от уреза воды уменьшилась до 39.48 г/л, и глубина их залегания составила 1.73 м (18.05.2009). Средневзвешенное содержание солей в почве данного блока составляло 0.76%. Максимальное содержание солей в почве данного блока - 0.86%, глубина их залегания - 70-150 см. Тип засоления - хлоридно-натриево-магниевый. Почвы - влажно-луговые сильнозасоленные глубокосолончаковатые. Растительность была представлена, в основном, эфемерово-эфемероидными сообществами: Tulipa ssp.-Anizantha tectorum-Elytrigia repens. Вес фитомассы в укосах составил 133.53 г/м2, что несколько выше продуктивности растительности флуктуационного блока данного водоема. Весной в данном блоке авторами отмечено наибольшее флористическое разнообразие (9 видов растений) по сравнению с остальными блоками экотона. В мае растительные сообщества сменились на разнотравно-мятликово-костровые ассоциации (Bromus japonicus-Poa bulbosa-Mixteherbosa). Количество видов в мае на данной пробной площадке увеличилось до 14, ОПП равно 100%. В августе описанные сообщества сменяются на кострово-сантоннополынные (Artemisia santonica-Bromus spp.) с доминированием Bromus squarrosus и Bromus japonicus, вегетерующих в стадии возобновления после плодоношения. Число видов вновь уменьшается до 8. Вес фитомассы в укосах в августе составил 160 г/м2 в воздушно-сухом весе.
Дистантный блок был зафиксирован с расстояния 124 м от уреза воды. Превышение над урезом воды составило 2.23 м. Растительный покров представлен разнотравно-эфемероидными сообществами Linosyris villosa-Tulipa spp.-Anizantha tectorum. Вес фитомассы трав составил 123.8 г/м2. Количество видов в апреле в данном блоке составило 12 видов. В мае разнотравно-эфемероидные сообщества сменились на мятликово-полынные (Artemisia austriaca-Poa bulbosa). Число видов практически не изменилось и составило 13 видов. В августе мятликово-полынные сообщества сменились на пырейно-житняково-полынные (Artemisia santonica-Agropyron pectinatum-Elytrigia repens). Количество видов составило 12, ОПП 60%. Воздушно-сухой вес фитомассы трав составил 82 г/м2.
Границу начала маргинального блока более четко удалось зафиксировать в августе в связи с повсеместным цветением и плодоношением ксерофильных видов. В данном блоке авторами отмечены разнотравно-ковыльно-типчаковые сообщества с ОПП 100%. Число видов в данном блоке в мае достигало 20. Воздушно-сухой вес фитомассы трав составил здесь 138.48 г/м2. В августе в данном блоке было встречено уже 12 видов, ОПП составило 60%. Здесь были описаны разнотравно-кермеково-полынные сообщества (Artemisia santonica-Artemisia lerchiana-Limonium spp.).
Чограйское водохранилище было создано в 1969 г. в долине р. Восточный Маныч, расположенной на сильно засоленной толще осадков морского происхождения. До заполнения водохранилища в его будущем ложе существовали небольшие плесы и озеровидные водоемы с минерализацией воды от 6-7 до 11 г/л. Засоленность почв доходила до 10-12%, а минерализация грунтовых вод, расположенных на глубине 6-7 м, составляла 16 г/л. Ввод водохранилища в эксплуатацию в 1970 г. без организации проектного водообмена обусловил минерализацию воды у плотины до 1.7 г/л, а в концевой части до 3 г/л (Кривенцов, 1974).
Водные ресурсы Чограйского водохранилища слагаются из поступающих по Терско-Манычскому водному тракту терской и мумской воды и вод местного стока с водосборной площади 13600 км2. Сюда входят водосборы балок Голубь, Чограй, Рагули (4500 км2), ранее входил полностью бассейн р. Калаус (9100 км2). Средняя минерализация вод местного стока составляет 5 г/л (Комплексное использование..., 2006).
Водохранилище создавалась для многоцелевого использования: питьевого водоснабжения г. Элисты и четырех административных районов, ирригации (600 тыс. м2/год,
на 1.01.2002 г. площадь орошения составила 67.78 тыс. га), рыбоводства, промыслового рыболовства (до 2-4 т/день), рекреации. За более чем 30-летний период использования произошло значительное (до 3.2 м) падение уровня водоема и увеличение минерализации его вод, в результате чего в настоящее время водохранилище используется для бытового водоснабжения, ирригации (на 01.01.2006 площадь орошения составила 48.5 тыс. га), рыболовства (до 300 кг/день), водопоя скота, неорганизованной рекреации.
Для изучения и оценки биоразнообразия экотонных систем и определения ресурсного потенциала побережий были выбраны ключевые участки, характеризующие различные биотопы побережий: в зоне выклинивания подпора, в центральной и приплотинной части водоема.
Ключевой участок, наиболее репрезентативный для центральной части водоема, расположен на левом берегу Чограйского водохранилища на расстоянии 28 км к западу от плотины. В данном месте коренной берег невысокий, склон выположенный, побережье фестончатого типа, в результате чего ширина экотона небольшая. С целью изучения структуры и динамики растительного покрова экотонной системы топоэкологический профиль на территории ключевого участка был заложен от мелководья до зональной растительности, протяженностью более 250 м (рис. 2). На побережье выделены и исследованы четыре блока экотонной системы: флуктуационный, динамический, дистантный и маргинальный.
Флуктуационный блок экотонной системы «вода-суша» имеет ширину 32 м от уреза воды с относительными высотами в пределах от 0 до 0.95 м. В мае 2009 г. грунтовые воды в данном блоке залегали на глубине 0.65-0.79 м. К августу уровень залегания грунтовых вод понизился до 1.40-1.50 м. Минерализация ГВ увеличилась с 26.2 до 26.8 г/л в первом шурфе и с 24.32 до 26.97 г/л во второй скважине. Качественный состав ГВ не изменился и остался прежним - хлоридно-натриево-сульфатным. Почвы представлены влажно-луговыми сильнозасоленными солончаковатыми. Средневзвешенное значение сухого остатка в почвах в данном блоке изменялось от 0.79 до 0.81%. Тип засоления почв - сульфатно-хлоридный. Растительность данного блока представлена сообществами Tamarix ramosissima-Artemisia lerchiana-Phragmites australis. В августе во флуктуационном блоке растительность была представлена сообществами Tamarix ramosissima-Phragmites australis-Spergularia salina и Tamarix ramosissima-Artemisia santonica-Phragmites australis. Количество видов невелико (3). Вес воздушно-сухой фитомассы растений составил здесь 60-80 г/м2 .
Динамический блок на исследуемом участке экотонной зоны занимает полосу шириной 7 м. Отметки высот изменяются от 0.95 почти до 1.33 м. Подземные воды на этом участке экотона заглубляются по сравнению с флуктуационным до 2 м. Средняя минерализация грунтовых вод данного блока равна 28.81 г/л с преимущественно хлоридно-сульфатным типом засоления. Почвы представлены собственно луговыми практически незасоленными глубокосолончаковатыми. Максимальное содержание солей в почве составило 0.40%, средневзвешенное - 0.19%. Тип засоления почв - хлоридно-сульфатный. Растительность данного блока представлена сообществами Tamarix ramosissima-Carex stenophylla-Artemisia lerchiana и Tamarix ramosissima-Artemisia santonica-Elytrigia repens. Количество видов - 7, вес воздушно-сухой фитомассы растений составил здесь 54 г/м2 .
Дистантный блок на исследуемом участке экотонной зоны представлен полосой шириной около 51 м. На этом участке происходит увеличение относительного превышения над урезом воды до 2.59 м, что сопровождается заглублением уровня грунтовых вод более 2 м. Почвы - собственно луговые практически незасоленные, средневзвешенный сухой остаток составил 0.05%. Тип засоления - сульфатно-хлоридный. Растительность весной была представлена сообществами Artemisia lerchiana-Puccinellia distans-Juncus tenius и Ephemerosa-Artemisia lerchiana-Tamarix ramosissima, осенью здесь произрастали сообщества
осенью составило 8, вес
Carex stenophylla-Artemisia santonica-Bromus. Число видов воздушно-сухой фитомассы растений составил здесь от 58 г/м2 .
Маргинальный блок начинается в 80 м от уреза воды. Почвы данного блока - лугово-каштановые. Растительные сообщества весной были представлены Artemisia santonica-Bromus japonicus-Trifolium fragiferum, осенью здесь произрастали Carex stenophylla-Artemisia santonica-Artemisia pauciflora, количество видов - 9, вес воздушно-сухой фитомассы растений составил здесь от 62 до 71 г/м2. Грунтовые воды залегают на глубине 33.5 м.
JS
х
X <и
3
<и ta
м
ta <и X
4 <и а U
ta т о
X
«
о н а н о о
>Х о
и í^ о
1
0.8
0.2
0.79 0.81
---
---------- ^^
0.26 0.24 -
0.19 -1 ___
1 i 0.05 | 1 1 1
120
80
40
л
н .
U
о X со X
н «
ч о а С
JX
х
X <и н
U
а а
3 4 5 Номера скважин 1=11 -Ф-2
0
0
6
Компоненты экосистем в блоках Блоки и их протяженность, м
флуктуационный динамический дистантный маргинальный
(0-17) (скважина 1) (17-32) (скважина 2) (32-45) (скважина 3) (45-80) (скважина 4) (80-250) (скважина 5) 250 (скважина 6)
УГВ, м 1.4 1.5 2.5 3
Почвы Влажно-луговые сильно засоленные солончако-ватые Влажно-луговые сильно засоленные глубокосо-лончаковатые Собственно луговые практически незасоленные глубоко-солончако-ватые Собственно луговые практически незасо-ленные глубо-ко-солончако-ватые Лугово-каштано-вые слабозасо-ленные Лугово-каштановые слабо-засоленные
Тип засоления почв SO42 - Cl- -Na+ SO42 - Cl- - Na+ SO42 - Cl- - Na+ SO42 - Cl- - Na+ SO42 - Cl- -Na+ SO42 - Cl- Na+
Сообщества Tamarix ramosissima-Phragmites australis-Spergularia salina Tamarix ramosissima-Artemisia santonica-Phragmites australis Tamarix ramosissima-Artemisia santonica-Elytrigia repens Carex stenophylla-Artemisia santonica-Bromus ssp. Carex stenophylla-Artemisia santonica-A .pauciflora Artemisia santonica-A. pauciflora -Mixteher-bosa
Количество видов 3 3 7 8 9 9
Рис. 2. Компоненты природных комплексов в блоках экотонной системы «вода-суша» ключевого участка «Чограй-база» (20.08.2009 г.). Fig. 2. Components of blocks of water-terrestrial ecotone system at a key site "Chograj-base" (20.08.2009).
Растительность - самый показательный индикатор условий произрастания. Если в августе 2004 г. авторами были описаны растительные сообщества с варьированием числа видов в них от 8 до 21, то уже к августу 2009 г. здесь отмечены сообщества с числом видов от 3 до 9. Многие виды растений выпали из состава фитоценозов, такие как Calamagrostis epigeios, Juncus gerardii, Lotus corniculatus, Trifolium fragiferum, Torilis japonica, Potentilla argentea, Galium humifusum, Plantago major, Calystegia sepium и др. Доминантом всех описанных растительных сообществ стал тамарикс, который вблизи уреза образует полосы из редких проростков, а вглубь побережья он становится обильнее и занимает обширные площади, и в маргинальном блоке его сменяет полынь сантонинная.
Уровенный режим водохранилищ должен постоянно регулироваться гидротехническими сооружениями. Однако непродуманное управление уровнем водоема ведет к изменению хозяйственной и экологической значимости водохранилища. Многолетние наблюдения и подробный анализ растительности и почв экотонной зоны ключевых участков свидетельствуют о сокращении числа структурных блоков и упрощении пространственной структуры в экотонных системах «вода-суша» при длительном падении уровня и как следствие этого - снижении биоразнообразия почв, растительных сообществ и т. д. При регулировании уровня водохранилища (водоподача и водосброс) следует не допускать резких колебаний уровня, так как очень важная природоохранная функция перестает выполняться водоемом. Следует избегать длительного маловодия, так как при этом погибают тростниковые плавни, перестают гнездиться околоводные и водоплавающие птицы, уменьшаются рыбные запасы, промысловые виды рыб заменяются на малоценные, засоляются прилегающие территории, что в итоге неизбежно приводит к снижению биоразнообразия региона.
Состинские водоемы - наиболее крупные на Прикаспийской низменности. Они являются устьевыми окончаниями р. Восточный Маныч и представляют собой ряд водоемов, соединенных между собой русловыми протоками. Водообеспечение водоемов до 1970 г. ограничивалось атмосферными осадками и весенним стоком р. Восточный Маныч. После сооружения Чограйского водохранилища его вода из водовыпуска ниже плотины стала поступать в Состинские озера, что привело к их пополнению, опреснению, поднятию уровня и увеличению площади. До поступления воды из Чограйского водохранилища площадь Состинских озер составляла 6810 га (Федюков, 1969), затем, по данным С.В. Манджиева и И.В. Клюкина (1979), - 10 000 га. По данным Д.С. Петрушкиевой (1996 г.) их площадь составляла 5120 га, из них площадь основных рыбохозяйственных водоемов - 2900 га. Средняя глубина наиболее благополучных по водоснабжению озер - Соста, Келькета -колебалась от 0.8 до 1.5 м. Определяющее влияние на гидрохимические показатели воды озер оказывает отсутствие гарантированного водообеспечения. Сбросные воды, поступающие из Чограйского водохранилища в Состинские озера, -высокоминерализованные (3.8 г/л весной и 4.7 г/л осенью). В самих озерах минерализация увеличивается к осени, а также значительно (до 15 г/л) - по мере удаления от источника водоснабжения. Максимальные значения ее в отдаленных озерах, куда не доходила вода, достигали 38.3 г/л (1997 г.), и они полностью пересохли.
Геоинформационный мониторинг Состинских водоемов позволил определить площади водного зеркала некоторых озер (табл. 1).
Весной 2009 г. были совершены экспедиционные выезды на Состинские водоемы. Из системы Состинских водоемов в качестве ключевых объектов для исследования были выбраны: озера Киркита и Замокта. Минерализация поверхностных вод составила в апреле 2009 г. в водоеме Киркита 2.8 г/л, тип засоления - хлоридно-сульфатно-натриевый; в водоеме Замокта - 2.5 г/л, тип засоления - хлоридно-сульфатно-натриевый.
Исследование структуры экотонной системы «вода-суша» на побережье водоема Киркита
проводились на трех ключевых участках, расположенных в разных частях водоема. Топоэкологический профиль на первом ключевом участке (в северо-восточной части водоема) был заложен в апреле 2009 г. Общая протяженность экотонной системы «вода-суша» в пределах ключевого участка составила около 100 м (рис. 3). Были описаны 4 блока экотонной системы побережья: амфибиальный, флуктуационный, динамический и дистантный, маргинальный.
Таблица 1. Площадь водного зеркала устьевой области водоемов р. Восточный Маныч. Table 1. The area of water surface of the reservoirs of a mouth of the river East Manych.
Водоем Площадь зеркала, км2 (по В.П. Богданову, 1997) Площадь зеркала, км («Landsat-7» , камера ЕТМ, 04.07.2009 г.)
Кирпичное 2 0.8
Состинское 3.3 1.65
Харгата 4.6 4.16
Замокта 1.4 1.22
Киркита 4.8 3.66
Амфибиальный блок включает в себя участок литорали и мелководную часть водоема, которая зарастает широкой полосой тростниковых плавней (Phragmites australis), занимающих до 25-30% водной акватории. Высота тростника - от 1.5 до 2.5 м.
Ширина флуктуационного блока (зона сезонной сработки) составила 64 м от уреза воды. Эта полоса имеет слабоволнистый микрорельеф с отметками высот от 0 до 0.30 м. Уровень грунтовых вод располагался на глубине 0.62 м. Минерализация ГВ составила 5.12 г/л в 64.3 м от уреза. По химизму воды - хлоридно-сульфатного типа. Почвы - влажные луговые засоленные солончаковатые. В биотических комплексах флуктуационного блока идут активные гидрогенные и галогенные сукцессии, так как эта относительно широкая полоса подвержена подтоплению и переувлажнению. Здесь встречены растительные сообщества лугово-солончакового комплекса Elytrigia repens-Artemisia austriaca-Halimione pedunculata. Надземная фитомасса трав (сухой вес) на площади 1x1 м2 составила в данном блоке в среднем 45.5 г/м2.
Динамический блок представляет собой узкую полосу шириной около 6 м. Заливание территории этого блока экотона происходит только в многоводные годы, а близкое к поверхности залегание грунтовых вод (1.6 м) способствует формированию собственно луговых почв. Относительные отметки высот в данном блоке изменяются от 0.3 до 0.75 м. Минерализация грунтовых вод увеличивается до 6.3 г/л, тип химизма по сравнению с предыдущим блоком не изменяется. В данных эдафических условиях в апреле 2009 г. был отмечен только один вид - лебеда стебельчатая. Его фитомасса (сухой вес) на площади 1x1 м2 составила в данном блоке в среднем 30.1 г/м2 .
Ширина структурного блока с дистантной динамикой экотона, обусловленной влиянием сезонного и многолетнего изменения уровня грунтовых вод, оказалась равна 31 м. Изменение относительных отметок высот в пределах блока составило от 0.75 до 1.44 м. Грунтовые воды располагаются на глубине более 2 м в начале дистантного блока и заглубляются по мере удаления от уреза воды. Почвы данного блока изменяются от собственно луговых до лугово-бурых солончаковатых в комплексе с солонцами. Для травяного покрова характерно сочетание злаковых и злаково-разнотравных сообществ: Artemisia lerchiana-Poa bulbosa и Artemisia lerchiana-Elytrigia repens-Astragalus pubiflorus. Фитомасса трав в укосах (вес в воздушно-сухом виде) дистантного блока в среднем
оказалась равной 59.3 г/м . По мере удаления от уреза воды отмечается заглубление грунтовых вод и увеличение их минерализации. Число видов в апреле оказалось невелико и составило по 4 вида в начале и в конце экотона и 1 вид в его середине. Вес фитомассы в укосах оказался ниже по границам экотона (у уреза воды и у границы с зональной растительностью) и выше в пределах самого экотона.
8 т
т 50
-- 40
-- 20
10
-1- 0
:= =
=
-- 30
«
а
■в н
CJ
О =
в =
н
«
о а С
1 I—I2 -±-3
Компоненты экосистем в блоках Блоки и их протяженность, м
амфибиаль-ный (мелководная часть) Флуктуацион-ный (0-64.3) динамический (64.3-69.9) дистантный (69.9-101.1)* маргинальный >(101.1)
Почвы Аквальные Влажные луговые засоленные солончаковатые Луговыя засоленные солончакова-тые Луговые засоленные солончако-ватые Лугово-бурые в комплексе с солонцами
Минерализация ПВ/ГВ, г/л 2.84 5.12 6.30 Нет данных Нет данных
Тип засоления вод Cl- - SO42 -Na+ Cl- - SO42 - Na+ Cl- - SO42 - Na+ Нет данных Нет данных
Сообщества Elytrigia repens-Artemisia austriaca-Halimi-one pedunculata Halimione pedunculata Artemisia lerchiana-Poa bulbosa Artemisia lerchiana-Elytrigia repens
Количество видов 1 4 1 4 3
Рис. 3. Компоненты природных комплексов в блоках экотонной системы «вода-суша» ключевого участка №1 на побережье водоема Киркита (28.04.2009 г.). Fig. 3. Components of natural complexes in blocks of water-terrestrial ecotone system at a key site №1 at coast of reservoir Kirkita (28.04.2009).
Наблюдения за поверхностными водами и компонентами экотонных систем «вода-суша» водоемов Кумо-Манычской впадины показывают зависимость использования вод водоемов от их минерализации (табл. 2).
Изучение побережий водоемов выявило как сходные особенности в структурно-функциональной организации экотонных систем, так и их различия.
Сходные особенности проявляются в режиме поверхностных (ПВ) и грунтовых (ГВ) вод.
Минерализация ПВ и ГВ всех водоемов увеличивается от весны к осени; грунтовые воды по мере удаления от уреза воды на всех водоемах заглубляются, и происходит увеличение их минерализации.
Таблица 2. Минерализация изучаемых водоемов и их современное использование. Table 2. A mineralization of studied reservoirs and their modern use.
Водоем Минерализация Использование вод водоема
Оз. Маныч-Гудило 30.3-53.7 Не имеет хозяйственного значения, орнитологическая часть государственного биосферного заповедника «Черные Земли»; водно-болотное угодье международного значения
Чограйское водохранилище 2.6-2.9 г/л Промысловое рыболовство, орошение, техническое водоснабжение, неорганизованная рекреация, региональный заказник
Состинские водоемы 2.5-2.8 г/л Промысловое рыболовство, организованная рекреация, региональный заказник
Таблица 3. Компоненты экотонных систем «вода-суша» побережий водоемов и их использование. Table 3. Components of the water-terrestrial ecotones of coasts of reservoirs and their use.
Водоемы Протяженность экотона Преобладающие почвы Минерализация ГВ, г/л Преобладающие растительные сообщества Использование экотона
Оз. Маныч- Гудило 500-600 м Влажно-луговые и лугово-кашта-новые сильно-засоленные; каштановые солонцеватые в комплексе с солонцами 49.0756.11 Artemisia santonica -Agropyron pectinatum- Elytrigia repens; Artemisia santonica -Bromus squarrosus -B. japonicus Сенокошение, заготовка кормовых трав; выпас скота;
Чограй-ское водохранилище 150-200 м Влажно-луговые сильнозасоленные; луговые и лугово- и светлокаштано-вые слабозасоленные 26.8926.97 Tamarix ramosissima - Artemisia santonic - Phragmites australis Artemisia santonica - A. pauciflora-Mixteherbosa В привершинной части сенокошение тростника; выпас скота; неорганизованная рекреация
Состин- ские водоемы 200-400 м Луговые засоленные солончаковатые; лугово-бурые в комплексе с солонцами 5.12-6.30 Elytrigia repens -Artemisia austriaca -Halimione peduncu-lata; Artemisia lerchiana - Poa bulbosa; Artemisia lerchiana -Elytrigia repens Сенокошение кормовых трав, тростника; выпас скота; организованная рекреация (база отдыха)
Различия в компонентах экосистем экотонов (табл. 3) связаны, в первую очередь, с расположением водоемов в разных ландшафтных районах Кумо-Манычской впадины:
водоем Маныч-Гудило - в Западно-Манычском; Чограйское водохранлище - в Восточно-Манычском; Состинские - в Состинском ландшафтных районах. Различия в климатических характеристиках (количество выпадающих осадков и температура), геолого-геоморфологических и гидрогеологических условий строения долины или озерной котловины, разные размеры изучаемых водных объектов, режимы работы водохранилищ и различный химизм их вод приводит к различиям в составе и структуре блоков экотонов и их разному использованию.
Выводы
Водоемы, созданные на юге республики в Кумо-Манычской впадине, с течением времени изменили свои конфигурации, размеры, качество вод и возможность использования. В ходе исследований выявлены сходные особенности в характере поведения поверхностных и грунтовых вод изучаемых водоемов, а также различия в составе и структуре компонентов экосистем экотонов, связанные с расположением водоемов в разных ландшафтных районах. Многолетние наблюдения и подробный анализ растительности и почв экотонной зоны ключевых участков свидетельствуют о сокращении числа структурных блоков и упрощении пространственной структуры экотонных систем «вода-суша» при длительном падении уровня и как следствие этого - снижении биоразнообразия почв, растительных сообществ и т.д.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Залетаев В.С. 1997. Структурная организация экотонов в контексте управления // Экотоны в
биосфере. М.: РАСХН. С. 11-30. Лурье П.М., Панов В.Д., Саломатин А.М. 2001. Река Маныч. Гидрография и сток. СПб.:
Гидрометеоиздат. 159 с. Комплексное использование водных ресурсов Республики Калмыкия. 2006 / Под ред.
Адьяева С.Б., Дедовой Э.Б., Сазанова М.А. Элиста: Джангар. 200 с. Кривенцов М.И. 1974. Гидрохимия водохранилищ Западного Маныча. Л.: Гидрометеоиздат. 206 с.
Манджиев С.В., Клюкин Н.В. 1979. Калмыцкая АССР (экономико-географический очерк). Элиста, Калмыцкое книжное издательство. С. 28-30.
Маныч-Чограй: история и современность (предварительные исследования). 2005 / Под ред.
Матишова Г.Г. Ростов-на-Дону: Эверест. 152 с. Матишов Д.Г., Гаргопа Ю.М., Ермолов В.С. 2006. Современный гидрохимический режим водоемов системы Маныч-Чограй // Современные проблемы аридных и семиаридных экосистем юга России: Сборник научных статей/Под ред. Матишова Г.Г. Ростов-на-Дону: Издательство ЮНЦ РАН. 624 с.
Миноранский В.А., Узденов А.М., Подгорная Я.Ю. 2006. Птицы озера Маныч-Гудило и
прилегающих степей. Росто-на-Дону: ЦВВР. 332 с. Новикова Н.М., Уланова С.С. 2008. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях // Проблемы региональной экологии. № 2. С. 33-39. Петрушкиева Д.С. 1996. Рыбохозяйственная наука в Республике Калмыкия // Рыбное хозяйство. № 5.
Федюков А.Н. 1969. Природа Калмыцкой АССР. Элиста: Калмыцкое книжное издательство. 252 с.
WATER BODIES OF KUMA-MANYCH DEPRESSION IN KALMYKIA: REGIME, ECOTONS OF THE COASTS AND LANDUSE
© 2011. S.S. Ulanova
Institute of Integrated Research of arid areas Russia, 358005 Republic of Kalmykia, Elista, Homutnikova str., 111. E-mail: svetaulanova@yandex.ru
In that article the implications of the transformation of the hydrographic network Kuma-Manych Depression is considered: changes in the river flow direction, creation of artificial water-bodies (lake Manych-Gudilo, Chogray reservoir). It is shown that in recent decades falling water levels in reservoirs is observed, the steady increase in mineralization of their waters, and not always rational use.
Keywords: hydrographic network, artificial reservoirs, the level of mineralization, alteration, biological resources, ecotones, diversity, landusе.
