Пространственно-временная организация зон влияния осушительных систем

Принципиальная схема изменений природно-территориальных комплексов под влиянием осушения показана на рис. 36.

Осушение есть уничтожение гидроморфных комплексов, лесной и кустарниковой растительности, нивелировка местных локальных природных различий путем прокладки дренажа, проведения культуртехнических работ, известкования, внесения минеральных и органических удобрений.

Это приводит к формированию антропогенного ландшафта с присущими ему процессами мелиоративной эрозии, дефляции, минерализации и сработки торфяной залежи, уплотнения почвы, перестройки орнитофауны и др. При этом появляются новые свойства ландшафта: увеличение пожарной опасности, уменьшение продолжительности безморозного периода и снижение температур воздуха и на поверхности почвы ночью, сокращение и даже исчезновение некоторых видов естественной фауны.

Влияние осушения происходит через поверхностные и фунтовые воды (дренажный сток). Гидрологическое влияние изучено достаточно подробно на примере Полесья. Осушение способствует увеличению годового стока в пределах точности гидрометеорологических исследований, достоверно в первые годы, за счет сработки «вековых» запасов болотных вод. В период интенсивной вегетации растений сток снижается. Максимальный весенний сток возрастает, но максимальный сток малой обеспеченности снижается. Минимальный сток после осушения возрастает в 1,7-3,8 раза; увеличивается и летний меженный сток. В целом внутригодовое распределение стока становится более равномерным.

Размер зоны гидрогеологического влияния определяется: глубиной дренажа, расстоянием между дренами регулирующей и проводящей сетей, типом регулирования, литологическим составом пород, мощностью водоносного горизонта, уклонами рельефа, сезонными погодными условиями и др. Ширина зоны влияния может составлять от нескольких десятков метров до 3-6 км.

Рис. 36. Схема изменений в ПТК под влиянием осушений

Снижение уровня грунтовых вод определяет две цепочки причинно-следственных связей: одна проявляется в изменении ландшафтногеохимических условий, почвенного и растительного покрова; другая связана со снижением затрат тепла на физическое испарение, изменениями в структуре радиационного и теплового балансов, что наряду с альбедо деятельной поверхности формирует новый микроклимат.

Микроклиматический эффект осушения наиболее ярко проявляется в изменении температуры на поверхности почвы. В летнее время на осушенном болоте в дневные часы температура поверхности почвы обычно на 2-5 °С выше, чем на болоте. Осушение приводит к росту суточной амплитуды температуры в разные сезоны года от 2,5 до 6,5 °С. Значения минимальных температуры на поверхности почвы снижаются на 1-3°. Выравнивание рельефа после осушения и проведение культуртехнических работ снижают шероховатость поверхности и приводят к увеличению скорости ветра по сравнению с неосушенным болотом в дневные часы на 1-1,2 м/с.

Удаление кустарников и сглаживание полей приводят к значительному перераспределению снежного покрова и его метелевому переносу. Основная часть осушенных земель, за исключением пограничных зон с лесами, имеет запас влаги на 10–15% меньше средних фоновых значений. Осушение приводит к большей глубине промерзания осушенного торфяника, на 20-30 см, что характерно для условий Карелии, Полесья, Смоленской области и Мещеры. Таким образом, с осушением связано появление новых устойчивых черт в режимах тепла и влаги, в микроклимате прилегающей территории, наиболее ярко – на массивах осушения площадью более 500 га.

Ландшафтно-геохимические аспекты воздействия осушительных систем на прилегающую территорию. И. А. Авессаломовой разработана принципиальная схема перестройки геохимических ландшафтов при осушении (рис. 37). Задачи проектирования заключаются в следующем.

Рис. 37. Схема техногенной перестройки геохимических ландшафтов

Первая – оценка плодородия осушенных земель с позиций геохимических факторов урожая и норм внесения минеральных удобрений. Сложность ее решения заключается в том, что процессы, протекающие на осушительной системе, противоречивы. С одной стороны, в результате осушения происходит перестройка гидроморфного ряда почв в автоморфный, усиление в них зональных процессов, что приводит к формированию более плодородных почв. С другой стороны, при трансформации осушенных почв, сработке торфа и выносе химических элементов с урожаем наблюдается отрицательный баланс органического вещества, несбалансированность круговорота зольных элементов.

Вторая – расчет потерь питательных элементов с однонаправленным дренажным стоком и оценка возможной «химической» эрозии. Уничтожение или сокращение природных геохимических и биологических барьеров (низинных болот) способствует выносу химических элементов из ландшафта. Потенциально это является предпосылкой для снижения качества вод и загрязнения, что создает условия эвтрофирования водоемов и снижения рыбопродуктивности.

Третья задача – расчет качества дренажных вод и качества поверхностных вод местных рек и озер.

Результаты исследований в Мещере позволили установить основные черты ландшафтно-геохимических изменений. Результатом интенсификации биологического круговорота элементов лугово-болотных супераквальных ландшафтов явилось увеличение содержания подвижных форм элементов в почве. В верхних горизонтах мелиорированных почв растет содержание подвижного N и Р по сравнению с торфами низинных болот. Это свидетельствует об улучшении обеспеченности ландшафтов элементами питания растений. Под культурными лугами резко увеличивается азот нитратов по сравнению с аммонийным. В пахотном горизонте он может возрастать в 20 раз, тогда как соотношение между этими формами в низинных болотах противоположно.

Другой аспект функционирования осушительной системы, связанный с интенсификацией бика, – изменение состава вод супераквальных ландшафтов по сравнению с исходным. Наблюдается увеличение минерализации грунтовых вод лугово-болотных агроландшафтов, интенсивности водной миграции Са, Сl, снижение содержания С_орг и общего азота. Многие биогенные элементы мигрируют в составе органических соединений.

Новым признаком осушенных почв и на прилегающей территории является их окислительно-восстановительная вертикальная зональность. В верхней части профиля до 20-35 см формируются окислительные условия; Eh возрастает до 360-430 мВ. Далее преобладают восстановительные условия. На контакте обстановок возникает площадной кислородный барьер. В зоне закрытого дренажа при выходе глеевых вод из труб возникают локальные кислородные барьеры.

Интегральным показателем последствий геохимической перестройки ландшафтов выступает сток дренажных канав. Эти воды в лесной зоне чаще всего относятся к гидрокарбонатно-кальциевым; они минерализованы. Характерен вынос Са, Сl, сульфат-иона и соединений азота. Потеря вещества с дренажным стоком относится к отрицательным последствиям функционирования осушительных систем. В районах с обилием озер, которые принимают дренажный сток, снижается рыбопродуктивность и возникают благоприятные условия для эвтрофирования.