П.Н. Проездов, Д. А. Маштаков

Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова

г. Саратов, Российская Федерация

Водный баланс и уровень грунтовых вод степных мелиорированных ландшафтов Приволжской возвышенности

Защитные лесные насаждения, водохозяйственные и селитебные объекты способствуют трансформированию элементов водного баланса и изменению уровня грунтовых вод антропогенных ландшафтов.

Исследования по изучению данного вопроса проводились на типичных водосборах Татищевского района Саратовской области в период 1964- 2005 гг.

Водосборы площадью от 0,82 до 9 км² в различной степени подвержены антропогенному воздействию:

1. Ландшафт Вязовский природный (1964). Водосборная площадь: F=82 га, в т.ч. лес – 55 га. УГВ – 8,4 м. С. Вязовка.

2. Агролесоландшафт Вязовский с двумя плотными лесополосами на расстоянии 300 м друг от друга: выше по рельефу усилена валами по верхней опушке (1964). F=82 га, в т.ч. лес – 6,3 га. УГВ – 6,3 м. С. Вязовка.

3. Ландшафт Вязовый с противоэрозионным прудом на ручье Вязовый с селитебными постройками (1983). F=90 га. Свыше 85% водосборной площади пруда заняты лесом. УГВ – 5,5 м. С. Вязовка.

4. Агролесоландшафт Красная речка с ажурными лесополосами и валами-канавами на расстоянии 200м друг от друга (1976). F=108 га. УГВ – 9,6 м. С. Мизино-Лапшиновка.

Геологическое строение ландшафтов практически одинаково: под слоем почвы 0,3-1,1 м находится сплошная трещиноватая опока мощностью 0,6-2,3 м, глубже располагаются суглинки и глины и над водоупором – супеси. Почвы и грунты незасолены: плотный остаток составляет менее 0,1% с локальным распространением по днищам балок и донных оврагов глин сульфатного и гидрокарбонатного засоления ( сумма солей 0,2-0,3%). Грунтовые воды пресные и слабоминерализованные до 1,6 г/л.

Система уравнений водного баланса зоны аэрации, влагообмена почв с грунтовыми водами представлены нами в следующем виде (Львович М.И. 1974; Проездов П.Н. 1999, 2001):

Р + М = S + V + E; (1)

W_ВО = V – d_НВ ; (2)

где Р – осадки, мм; М – водоподача (оросительная норма), мм;

S, V - соответственно поверхностный и подземный сток, мм;

Е – суммарное испарение (эвапотранспирация), мм;

W _ВО – влагообмен почв с грунтовыми водами, мм;

d_нв – дефицит влаги до НВ в зоне аэрации, мм.

Эколого–мелиоративное обоснование систем оросительных, противоэрозионных и лесных мелиораций учитывало условия природно-антропогенного равновесия автономных (3) или транзитных (4) ландшафтов как с исходными (исх.), так и преобразованными (пр.) гидрогеологическими показателями (Айдаров И.П., 1990; Проездов П.Н., 1999, 2001):

( S + V – d_нв) _исх ≈ ( S + V – d_нв) _пр, (3)

V - d_нв + Ф + V_ПРТ < V_ОТ , (4)

( УГВ _исх – УГВ_пр ) / t < 0.05 м/год, (5)

где Ф – фильтрация из прудов, каналов, мм;

V_ПРТ , V_ОТ - соответственно подземный приток и отток, мм;

УГВ – уровень грунтовых вод, м; t – продолжительность эксплуатации объектов, лет.

Изучение элементов водного баланса показало, что в естественных ландшафтах поверхностный сток составляет в среднем 36% от осадков, суммарное испарение соответственно– 24%, подземный сток – 40% (табл. 1). Лесные полосы, усиленные валами, снижают относительные потери на поверхностный сток и испарение до 4-9%, увеличивают влагообмен почв с грунтовыми водами в среднем до 59% от осадков. Это приводит к формированию непериодического вторичного промывного, а при близком залегании грунтовых вод - гидроморфного или полугидроморфного режимов почв в антропогенных ландшафтах.

Конструкция лесных полос имеет большое значение в изменении элементов водного баланса: в ландшафтах с лесными полосами ажурной конструкции весенний влагообмен почв с грунтовыми водами в среднем меньше в 4 раза по сравнению с плотными лесополосами ( табл. 1).

Противоэрозионные пруды в верховьях гидрографической сети с постоянными или временными водотоками увеличивает подземную составляющую водного баланса за счет фильтрации, что сказывается на динамике уровня грунтовых вод (табл. 2). Фильтрационные потери прудов в антропогенных ландшафтах составляют от 18 до 25% от осадков, а строительство населенных пунктов приводит к резкому увеличению подземной составляющей водного баланса: по сравнению с естественными ландшафтами в 14-20 раз, а агро-лесоландшафтами – в1,2-1,8раза.

Интегральным показателем воздействия человека на ландшафты является динамика уровня грунтовых вод со значительным подъёмом от 17,0 до 38,5 см/год при создании прудов и объектов промышленного и гражданского строительства в верховьях овражно-балочной сети (табл. 1 и 3). Плотные лесные полосы, усиленные земляными валами, способствуют подъему УГВ в среднем 6,5 см/год, а ажурные – 2,0 см/год. Весной после схода снега под лесными полосами и валами образуются верховодка и (или) купол грунтовых вод высотой до 1,0м и более с различной продолжительностью стояния.

Вместе с дождем и снегом в поверхностные и грунтовые воды попадают растворенные в них химические элементы. В среднем за период снеготаяния со стоком в лесные полосы и пруды поступает минерального азота – 0,77 кг/га, фосфора – 0,21, калия – 0,10, кальция – 0,91, магния – 0,39 кг/га.

Таблица 1.– Элементы водного баланса степных ландшафтов

Приволжской возвышенности (1964-2005 гг.) и вероятность их превышения (1, 10, 50%)

(числитель – весенние половодья, знаменатель - дождевые паводки)

Ландшафт степной	Элементы водного баланса, мм										Дефицит влаги до НВ в зоне аэрации при исходных запасах 0,7 НВ, мм	Влагообмен почв с грунтовыми водами, мм			Подъем УГВ, см/год
	запасы воды в снеге осадки за сутки			поверхностный сток			суммарное испарение	подземный сток
	1%	10%	50%	1%	10%	50%		1%	10%	50%		1%	10%	50%
Ландшафт Вязовский природный (1964 г.) УГВ – 8,4 м	214 127	153 42	86 16	116 55	71 6	31 3	21 5	77 67	61 31	34 8	283	0 0	0 0	0 0	0,1
Агролесоландшафт Вязовский (1964 г.): плотные ЛП + валы. УГВ–6,3 м	940 445	710 296	510 277	50 11	21 1	4 0	16 7	874 427	673 288	490 269	187	687 240	486 101	303 82	6,2
Агролесоландшафт Красная речка (1976 г.): ажурные ЛП + валы. УГВ – 9,6 м	770 445	555 296	370 277	50 11	21 1	4 0	16 7	704 427	518 288	350 269	293	411 134	225 0	57 0	2,0

Таблица 2.– Весенний водный баланс зоны аэрации различной вероятности превышения (1; 10; 50, %)

и уровня грунтовых вод в степных ландшафтах Приволжской возвышенности (1964-2005 гг.)

Ландшафт степной транзитный	Подземный сток (U), мм      Фильтрация прудов (Ф), мм			Дефицит влаги до НВ в зоне аэрации при исходных запасах 0,7 НВ (dнв), мм	Динамика (±) водного баланса зоны аэрации (U + Ф + Uпрт – dнв), мм			Подземный отток (Uот), мм	Подъем УГВ в среднем, см/год
	1%	10%	50%		1%	10%	50%
Ландшафт природный Вязовский. УГВ – 8,4 м. Вязовка (1964).	77 0	61 0	34 0	283	–197	–213	–240	230	0
Агролесоландшафт Красная речка: ажурные лесополосы + валы. УГВ – 9,6 м. М.-Лапшиновка (1976).	704 0	518 0	350 0	293	411	225	57	280	2,0
Ландшафт Вязовский: селитебные объекты и пруд. УГВ – 5,5 м. Вязовка (1983).	1074 167	873 132	690 93	148	1093	857	635	210	38,5

Примечание. Условия водно-балансового равновесия ландшафтов: 1) U + Ф + U_прт-d_нв < U_от (U_прт – подземный приток, U_прт = 0);

2) подъем УГВ при минерализации до 3 г/л ≤ 5 см/год.

Исходное содержание солей в почве: НСО₃^- и Cl ^- – до 0,020%, SO₄ ^2- – до 0,008%, Ca ²⁺, Mg ²⁺, Na⁺ – до 0,004%. Вносимые удобрения и извлекаемые из почвы жидкими токами химические вещества в результате промывного режима, а при близком залегании грунтовых вод (ГВ) гидроморфизма, являются основной причиной изменения химического состава последних.

Общая минерализация грунтовых вод на глубине 5,5–8,4 м при гидрокарбонатно-сульфатном засолении составляет 0,9-1,6 г/л (табл.3). Под

лесными полосами, усиленными валами, минерализация ГВ составила 1,13 – 1,21 г/л, в открытой местности – 0,9 г/л. Селитебные объекты и противоэрозионные пруды в верховьях гидрографической сети способствуют накоплению солей в зоне аэрации и ГВ в 1,5-1,8 раза больше по сравнению с природными ландшафтами ( табл.3 ).

Таблица 3. –Влияние лесных полос, водохозяйственных и селитебных объектов на гидрохимические показатели степных ландшафтов Приволжской возвышенности (1964-2005гг).

Ландшафт степной транзитный	Уровень грунтовых вод (УГВ), м			Подъём УГВ в среднем, см/год	Минерализация ГВ, г/л
	исходный	2000-2005гг.
		весна	осень
Ландшафт природный Вязовский.	8,4	8,2	8,4	0,1	0,9
Агролесоландшафт Вязовский : плотные лесные полосы + валы	8,4	7,1	6,3	6,2	1,3
Агролесоландшафт Красная речка: ажурные лесополосы + валы.	9,6	8,5	9,0	2,0	1,1
Ландшафт Вязовский: селитебные объекты и пруд.	12,5	4,0	5,5	38,5	1,6

Антропогенные воздействия на природные ландшафты ограничиваются следующими эколого-мелиоративными требованиями: недопустимо создание прудов в гидрографической сети, на склонах которой находятся объекты промышленного и гражданского строительства, особенно животноводческие фермы ; усиление лесных полос валами-канавами проводится по нижней опушке с высотой вала при крутизне : до 1° – 0,3 м; 1-3° – 0,3-0,6 м; 3-5° – 0,6-0,8 м; 5- 6° – 0,8-1,0 м; водозадерживающие валы строятся на склонах крутизной до 5-6° и высотой не более 2,0 м, в ином случае создаются сдвоенные валы; подъем уровня грунтовых вод не должен превышать 5 см/год при минерализации до 3 г/л и глубине их залегания 4 - 9 м в зависимости от гранулометрического и солевого состава почвогрунтов зоны аэрации.