Сельское хозяйство/1.Организация сельскохозяйственного производства

К. сельскохоз. н. Конокова Б.А.

Майкопский государственный технологический университет, Россия

Изменение качества пресной воды под влиянием антропогенного фактора

Деятельность человекаа негативно сказывается на качество пресной воды. Одна из проблем – это массовая вырубка лесов, из-за которой происходит истощение обрабатываемых земель и пастбищ, и гибнет почва.

В комплексе природных ресурсов Северо-Западного Кавказа горные леса имеют особо важное значение, определяемое не только их лесопокрытым потенциалом, но, главным образом, защитными, водоохранными, водорегулирующими и социальными функциями. Среди лесных формаций в формировании водного режима территории исключительно важную роль играют буково-пихтовые насаждения, оказывающие решающее влияние на формирование и качество речного стока. Исследования, касающиесяакачества воды в связи с рубками леса, проведены во многих странах, в различных физико-географических условиях, многих формациях с использованием различных систем рубок и применяемых механизмов [1]. Среди этих работ следует отметить исследования А.А. Молчанова, Р.Ф. Тарранта и др. Однако, их нельзя считать достаточными, поскольку многие вопросы этого сложного процесса остаются мало изученными.

Так, Р. Уиттекер приводит результаты изучения выноса питательных веществ с экспериментального водосбора станции Хаббард-Брук в Белых горах штат Нью Гэмпшир (США). По этим материалам водосбор со сплошь вырубленным лесом ежегодно терял с каждого гектара: кальция – 77,9 кг, натрия – 15,4; магния – 15,6; калия – 30,4; аммонийного азота – 1,6; нитратного азота – 114,0; серы – 2,8; кремния – 30,0; алюминия – 20,7 кг. При этом содержание в воде растворенных питательных элементов относительно постоянно, несмотря на увеличение объема стока после дождей, и колеблется по сезонам года. Вода, большая часть которой попадает в реку за счет грунтового стока, в основном стабилизирована по химическому составу в результате взаимодействия с почвой через которую она проходит.

В обобщенном докладе гидролога лесной службы Департамента сельского хозяйства США Дж. С. Ротачера «Изменения качества воды с лесных водосборов, обусловленные деятельностью человека», посвященном влиянию рубок на химический состав воды отмечается, что непосредственных свидетельств влияния лесозаготовок на химический состав воды чрезвычайно мало. Ссылаясь на материалы этих исследований, автор указывает, что на полностью вырубленных водосборах наблюдается быстрая потеря питательных веществ. Потери катионов Ca, Mg, Na и К были от 3 до 70 раз большими, чем в ненарушенной системе. Автор доклада делает вывод, что нарушения лесных биогеоценозов могут привести к возрастанию количества растворенных химических веществ в речной воде.

Качественные характеристики поверхностных вод постоянно изменяются под влиянием, как природных сил, так и деятельности человека.

Концентрация химических веществ, растворенных в воде рек, берущих начало на площадях, занятых нетронутыми лесами, во многом зависит от геоморфологических процессов территории. Благодаря круговороту веществ в природе и особенно накоплению органической массы растений, входящих в состав лесных экосистем, происходит определенное воздействие на содержание химических элементов в воде.

Существенное влияние на качественные характеристики водотоков в лесных экосистемах оказывает лесная подстилка. По имеющимся данным (Горчарук и др., 1978) запас лесной подстилки в буково-пихтовых насаждениях достигает 18 т/га. Основная ее масса представлена углеродом. Запасы азота и зольных элементов в них располагаются по убыванию в следующем порядке: Ca>N>Si>Al³Mg>P³S>Fe. По мере ее разложения, содержание растворенного кислорода и рН уменьшается, содержание железа, марганца и бикарбонатов увеличивается. Химический состав воды могут изменить также атмосферные осадки. В водах, стекающих по стволу и проходящих непосредственно через крону дерева, концентрация веществ резко изменяется, т.к. в дождевых водах, прошедших через полог леса, увеличивается содержание калия, кальция, растворимых соединений азота, изменяется также содержание фосфора.

Лесоэксплуатационные работы нарушают сложившийся круговорот химических элементов в лесу (Уиттекер, 1980), что в свою очередь существенно сказывается на ухудшении качества воды в реках [2].

По результатам наших анализов общая минерализация вод исследуемого района составляет 120 мг/дм³, поэтому их следует отнести к слабо минерализованным водам.

Из физических показателей воды нами исследовалась мутность, как одна из основных характерных свойств воды, из химических – окисляемость, БПК₅, сухой остаток, хлориды, аммиак, нитраты, сульфаты, жесткость, рН.

В естественных незатронутых рубкой насаждениях изменения физико-химических показателей протекают в основном под влиянием естественных природных процессов. Лучшими качественными характеристиками обладают воды, протекающие через девственные насаждения.

Как показали результаты наших исследований на контрольном водосборе за период наблюдений мутность изменялась в пределах от 0,2 до 0,5 мг/дм³, то есть в пределах ПДК (1,5 мг/дм³). Для сравнения – максимальная мутность воды на 4-летних лесосеках составила 18,3 мг/дм³, а на 14-летних – 16,0 мг/дм³ (1998) [1].

На контрольном водосборе анализируемые химические показатели изменялись следующим образом: окисляемость – от 3,1 до 3,4 мг/дм³ (ПДК 10,7 мг/дм³); БПК₅ – от 0,1 до 0,8 мг/дм³ (ПДК 7,84 мг/дм³); сухой остаток – от 40 до 90 мг/дм³ (ПДК 1000 мг/дм³); хлориды – от 2,1 до 4,1 мг/дм³ (ПДК 350 мг/дм³); аммиак – от 0,02 до 0,60 мг/дм³ (ПДК 2,00 мг/дм³); нитраты – от 0,52 до 0,10 мг/дм³ (ПДК 45 мг/дм³); сульфаты – от 15,1 до 21,1 мг/дм³ (ПДК 500 мг/дм³); жесткость – от 0,2 до 0,5 мг/дм³ (ПДК 7 мг/дм³); рН – от 7,2 до 7,7 (ПДК 6,5-8,5). Таким образом, физико-химические показатели воды контрольного водосбора соответствуют высококачественным характеристикам питьевой воды.

При лесоэксплуатационных работах разрушение почвенного покрова и подстилки активизирует эрозионные процессы, при этом интенсивно возрастает скорость вымывания органических и химических элементов. Изменение качественных характеристик воды под влиянием рубок заметно прослеживается на исследуемых водосборных бассейнах.

На водосборных бассейнах 2 и 4 на четвертый год после рубок мутность ручьевого стока находилась в пределах 5,0-18,0 мг/дм³, что превысило контрольные значения в 2,5-5,0 раз (рис. 1). На 14-летних вырубках отмечена тенденция снижения мутности ручьевого стока по сравнению с контролем и 4-летними рубками. Максимальные ее значения оказались выше контроля в 8 раз. По сравнению с 4-летними вырубками этот показатель за 10-летний период снизился в 1,7 раза. Однако, даже спустя 14 лет после проведенных рубок превышение ПДК по мутности оказалось выше в 5,3 раза.

Показатель окисляемости воды резко увеличивается после проведения рубок леса. На контрольном водосборе он находится в пределах 3,1-3,4 мг/дм³ (рис.2). На 4-летних вырубках за период исследований значения окисляемости колебались от 3,2 до 15,8 мг/дм³. Весной-осенью 1998 года они сохраняли сравнительно высокие значения и превысили от 4 до 8 раз контрольные данные. На 14-летних вырубках окисляемость изменялась от 4,2 до 16,5 мг/дм³. В вегетационный период 1998 года она увеличилась до 16,5 мг/дм³, что мы объясняем повышенным количеством осадков за этот период в 2 раза (за 1998 – 465,7 мм, 1999 – 223,5 мм). Существенное снижение этого показателя в вегетационный период 1999 года связывается нами с относительной засушливостью года. Таким образом, лесосечные работы вместе с выпадающими осадками способствуют не только повышению склонового стока, но и вымыванию органических веществ. В порядке обобщения можно сделать вывод, что спустя 14 лет после рубки вынос органических веществ превышает контроль более чем в 2 раза [1].

В связи с лесоэксплуатационными работами на экспериментальных водосборных бассейнах значительно изменяются показатели сухого остатка (рис.3). На контрольном водосборе сухой остаток изменялся от 40 до 90 мг/дм³. На 4-летних вырубках значение этого показателя в весенне-летний период 1998 года повысилось до 340 мг/дм³, что в 6,1 раза выше, чем на контроле, на 14-летних – в 4 раза. Таким образом, можно сделать вывод, что качество воды через 14 лет ближе к контролю, чем через 4 года.

Литература:

1. Конокова Б.А. Изменение качества ручьевого стока в буково-пихтовых насаждениях под влиянием рубок. //Монография. Издательство МГТУ, 2010, 107с.

2. Таррант Роберт Ф. Изменения качества воды с лесных водосборов, обусловленные деятельностью человека // Доклады на международном симпозиуме по влиянию леса на внешнюю среду. М.: ВНИИЛМ, 1970