Осушение лесных земель и окружающая среда

Осушение лесных земель вызывает изменение ряда экологических характеристик, снижаются уровни почвенно-грунтовых вод на осушаемых землях, изменяются соотношения расходных статей водного баланса, состав растительности и ее качественные и количественные показатели. Особенно значительны изменения при осушении болот. Если осушение совпадает с засушливыми годами, сопровождающимися неурожаями, то их объясняют осушением земель. Еще в позапрошлом веке А. П. Чехов устами героя повести «Палата № 6» говорил: «...а неурожаи у нас от того, что осушили Пинские болота...». Хотя известно, что благодаря осушению резко подняты урожаи на заболоченных землях Полесья. В засушливых 70-х годах прошлого столетия, когда москвичи страдали от дыма на улицах, значительную часть лесных пожаров объясняли осушением. В сырые годы, когда реки выходят из берегов, затапливая поймы и поля, причиной затопления вновь считают осушение. Пересыхание рек тоже часто связывают с осушением. Однако для подтверждения сказанного надо иметь факты. Величины количественных и качественных изменений, вызванных осушением, следует оценивать на основе научных исследований.

Дискуссия о роли болотных ландшафтов в формировании водного режима территории имеет давнюю историю. Одни исследователи рассматривали боло- га как накопители влаги и регуляторы стока, другие, наоборот, считали болота в основном потребителями воды. Известный гидролог Е. В. Оппоков  писал: «...болота подобно лесам являются наибольшими испарителями влаги в природе, а ... не отдают ее для меженного стока рек». Не отмечается регулирующая роль болот и в исследованиях В. Д. Лопатина. Отсутствие водорегулирующей роли болот и особенно прекращение с них стока летом объясняется громадным расходом влаги с болот на испарение и малой степенью их дренированности. Исследованиями, проведенными в различных научных учреждениях, установлено, что суммарное испарение с поверхности болот оказывается близким к величине испарения с водной поверхности. Повышенный расход влаги на испарение приводит к уменьшению стока. Как установлено исследованиями К. Е. Иванова, сток воды в болотах происходит преимущественно в верхнем деятельном горизонте, ограниченном в основном глубиной 0,3—0,5 м. Поэтому при понижении уровней грунтовых вод ниже деятельного горизонта сток с болот, особенно атмосферного питания, прекращается или происходит крайне медленно. Известно, что значительная часть рек Севера вытекает из болот. Однако, оценивая роль болот в водном питании рек, следует учитывать характер их образования с учетом возраста болот и рек. Большинство рек европейской части РФ имеют более раннее происхождение, чем болота. В. В. Докучаев отмечал, что формирование большей части речных долин происходило за счет соединения протоками озерных систем. Озера после образования речных долин являлись первоначальными истоками рек. С течением времени, по мере евтрофирования озер, происходило их постепенное зарастание и формирование на их месте болот. Поэтому большинство рек равнинной части страны в современную эпоху вытекает из болот, бывших когда-то озерами. Сток из озер в реки согласно уравнению Шези определяется величиной уклона и площадью живого сечения истока. Чем больше ширина русла реки и выше уровень воды в озере, тем больше сток реки. После зарастания озера сток с болот согласно закону Дарси происходит путем фильтрации через грунт, что резко снижает расход и объем стока. Если в открытых водотоках скорость течения может достигать сотен и тысяч метров в сутки, то при фильтрации воды через грунт скорость в равнинных условиях не превышает метра или долей метра в сутки.

Влияние осушения на сток

Исследования С. Э. Вомперского, П. П. Залитиса, а также кафедры почвоведения и гидромелиорации Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета позволяют сделать определенные выводы. Наши исследования проводились в Ленинградской области на верховом и переходном болотах с сосновыми древостоями соответственно V и II классов бонитета. Верховое болото было представлено слаборазложившимся, хорошо водопроницаемым торфом мощностью 0,4—0,5 м, сформировавшимся на плотном хорошо разложившемся слабоводопроницаемом торфе. Болото атмосферного питания расположено на ленточных глинах. Переходное болото сложено однородным по степени разложения торфом. Осушение болот проведено открытыми каналами глубиной 0,9—1,1 м. Внутригодовое распределение стока с осушаемых болот приведено в табл.

Табл. Элементы водного баланса, мм, при разной степени осушения

Анализ внутригодового распределения стока показывает увеличение равномерности годового стока по мере увеличения интенсивности осушения. На интенсивно осушенных участках верховых болот за летние (май-август) месяцы сток составил 26 % годового, а на слабоосушенных только 21 %. Длительность периодов с отсутствием стока по каналам при слабом осушении достигала в отдельные годы 2—3 мес, а при интенсивном не превышала 15—25 дней, при средних многолетних величинах 30 и 59 дней. Следовательно, регулирующее влияние осушения и выравнивание внутригодового стока по мере увеличения интенсивности осушения не вызывает сомнения.

Увеличение стока по мере роста интенсивности осушения (уменьшения расстояний между каналами) сопровождается снижением суммарного испарения. Средняя многолетняя годовая величина испарения при экстенсивном осушении равнялась 458 мм, при интенсивном 370 мм. Значительно выше испарение в лесу на переходном болоте. В летние месяцы среднесуточное испарение достигает 2,5-3,1 мм, в 10—20 раз превышая сток. Осушение болот оказывает влияние на водное питание рек. Сопоставление модулей стока за 14-летний период наблюдений в Ленинградской области на осушенном верховом болоте и в р. Равань (табл. ) показало, что при осушении редкой сетью каналов модули стока с болот оказались ниже, чем в реке во все периоды наблюдений и за год в целом. При интенсивном осушении модуль стока с болот оказался выше, чем в реке.

Табл. Модули стока в реке и на осушенном болоте, л/(с • га)

Примечание. В числителе — модули стока, л/(с • га), в знаменателе — сток с болота (% к стоку в реке).

Исследования стока рек и его изменений под влиянием осушения, проведенные кафедрой почвоведения и гидромелиорации Лесотехнического университета, выявили увеличение годового стока рек в Ленинградской области на 8 -11, в Псковской на 19 %. Сток в летний период (июнь-сентябрь) увеличился и Ленинградской области на 33—64, в Псковской до 77 %. Исследования показывают, что осушение болот в условиях Северо-Запада страны увеличивает сгок, особенно летом, выравнивает его внутригодовое распределение, улучшая водное питание рек.

Влияние осушения болот и заболоченных лесов на круговорот углерода

Болота являются одним из важнейших резервуаров углерода. Торфяные залежи занимают около 3 % территории суши, но содержат углерода больше, чем леса, и около 30 % почвенного углерода планеты. Таким образом, болота играют существенную роль в сохранении баланса парниковых газов, связывая углекислый газ атмосферы. Осушение, как правило, является обязательной предпосылкой использования торфа и болот в сельском и лесном хозяйстве. Понижение уровней воды в результате осушения создает условия для активизации микробиологических процессов в более глубоких слоях торфа и увеличения эмиссии в атмосферу углекислого газа.

Очевидно, что определение всех составляющих уравнения для фитоценоза затруднительно. Так, данные о продуктивности лесов следует считать ориентировочными, если их достоверность не подтверждена при определении различными методами. Дыхание характеризуется динамичностью по времени суток, сезонам и т. д. Общей тенденцией изменения основных составляющих уравнения углеродного баланса применительно к лесному фитоценозу можно считать депонирование в фитомассе излишков органического вещества в фазе продуктивности. В фазе зрелости нетто-продукция (прирост древесины) вначале положительна, а в дальнейшем колеблется около нуля. Уменьшение прироста, как правило, связано со старением фитоценоза и изменением соотношения между зелеными и не зелеными тканями деревьев таким образом, что оно становится менее благоприятным для производства органического вещества. Оценка современного баланса углерода болот может быть выполнена на основе определения накапливаемой за последние 20—30 лет массы торфа в поверхностном слое торфяника. Данный метод разработан и испытан на Западнодвинском ле- соболотном стационаре Института лесоведения РАН в Тверской области. Установлена годичная скорость накопления абсолютно сухой массы торфа за последние 30 лет в олиготрофном грядово-мочажинном комплексе, слабообле- сенном болоте и сосняках кустарничково-сфагновых, естественных и осушаемых. Показано, что осушительная гидромелиорация верховых болот за рассматриваемый период не отразилась на суммарной нетто-первичной продукции биогеоценоза. Однако ее структура изменилась. Скорость торфонакопления и продукция мохового покрова уменьшились, но увеличилась продукция древостоя. В то же время авторы отмечают, что неизвестна потеря углерода из более

глубокой торфяной толщи в газообразной и растворенной формах. И это только один из множества моментов, обусловливающих в настоящее время признание неопределенности углеродного цикла экосистем и проблемы оценки всех составляющих баланса углерода, в т. ч. на объектах осушительной гидромелиорации. Это свидетельствует о том, что изучение углеродного обмена различными методами — важное направление исследований применительно к естественным болотным экосистемам, а также лесоболотным комплексам на объектах гидромелиорации.

Данные, полученные в России (Тверская и Томская области, Карелия) и за рубежом (Финляндия, Норвегия, Шотландия), позволили дать предварительные количественные оценки баланса углерода на естественных и осушенных болотах и заболоченных лесных землях. Авторы считают, что на объектах гидромелиорации лесных земель с высоким лесоводственным эффектом осушения аккумулирование углекислого газа древостоем может быть больше по сравнению с его эмиссией в атмосферу, по крайней мере, в течение нескольких десятилетий после осушения, т. е. в наиболее продуктивной фазе древостоя. На участках с низким лесоводственным эффектом гидромелиорации торфяник может стать источником эмиссии углекислого газа. При решении вопроса о целесообразности осушения болот и заболоченных лесов следует учитывать, что, хотя собственно болота и могут быть объектами осушительной гидромелиорации для целей лесного хозяйства, основным объектом гидромелиорации лесных земель должны быть средневозрастные и молодые древостой хвойных пород на потенциально плодородных, но избыточно увлажненных лесных землях. При этом аккумулирование углекислого газа такими древостоями может быть больше по сравнению с его эмиссией в атмосферу. Верховые болота исключаются из площадей, целесообразных для лесоосушения, ввиду низкой лесоводственной эффективности их гидромелиорации. Это снижает вероятность того, что такие торфяники будут источником выделения углекислого газа в атмосферу при их мелиорировании в лесохозяйственных целях. Низинные торфяники, отличающиеся высоким потенциальным плодородием, рекомендуются для осушения в сельскохозяйственных целях. В этом случае предполагается многократная обработка верхних горизонтов торфяника и внесение удобрений. Это ускоряет разложение и гумификацию торфа и превращает осушенный торфяник в сильный источник углекислого газа. Необходимо подчеркнуть, что это осушение именно в сельскохозяйственных целях. Тем не менее, признавая важность охраны болот и мероприятий по уменьшению эмиссии углекислого газа в атмосферу, необходимо учитывать значение освоения таких торфяников для экономики стран и регионов. При осушении переходных торфяников должно быть гарантировано естественное возобновление на них хозяйственно ценных пород или обоснована целесообразность создания после осушения лесных культур. При правильной организации этих работ может быть обеспечено формирование в краткие сроки производительных древостоев, активно депонирующих углерод. С учетом вышеизложенного, можно согласиться с мнением о преждевременности окончательного заключения по данной проблеме. Допуская ускорение минерализации торфов при осушении лесных земель, ведущее к выделению углерода в атмосферу, не следует считать обязательной его потерю в целом для экосистемы, если для осушительной гидромелиорации выбраны объекты, при осушении которых аккумуляция углерода древостоем больше его эмиссии в атмосферу из торфяника. Как правило, это насаждения, мелиорация которых лесоводственно обоснована и не противоречит требованиям охраны природы.

Региональные проблемы охраны природы в связи с гидромелиорацией лесных земель

При правильном выборе объектов лесоосушения, проектировании и строи тельстве осушительных систем наблюдается повышение продуктивности насаж дений, сохранение или прогрессивное развитие других компонентов лесных био геоценозов. В связи со спецификой физико-географических условий на стади] разработки схем гидромелиорации или проектировании осушения конкретньн участков необходимо учитывать своеобразие почвенно-гидрологических и гео логических условий района проектирования, требования охраны природы, рекомендации по формированию системы особо охраняемых природных территория в рассматриваемом регионе. Так, применительно к условиям Республики Коми при разработке схемы лесоосушительных мероприятий было рекомендовано исключить из зоны целесообразного лесоосушения северные районы ввиду низкой продуктивности лесов и возможности развития термоэрозионных и термокарстовых процессов. Аналогичные предложения были даны для районов, приле-1 гающих к западному склону Урала. Наряду с горным характером рельефа местности данное решение определялось необходимостью улучшения экологической обстановки в бассейне крупнейшей реки республики — Печоры, целесообразностью обеспечения нормального функционирования Печоро-Илычского заповедника и национального парка «Югыдва». В центральных районах Республики Коми и прежде всего на возвышенных плато Тиманского кряжа было рекомендовано избыточно увлажненные лесные земли и объекты гидромелиорации использовать для углубленного изучения возможных изменений окружающей среды при лесоосушении. Это связано с отсутствием специальных гидромелиоративных исследований в районах проявления гидротермальных аномалий и развития карстовых процессов. Таким образом, региональные программы повышения продуктивности лесов на избыточно увлажненных лесных землях должны базироваться на изучении специфики физико-географических условий региона, способных оказать существенное влияние на лесоводственные результаты и экологические последствия лесоосушения.

Исследования Л. П. Смоляка, Б. С. Маслова, Э. А. Шерлинга В. К. Седовой и др., направленные на изучение изменения уровней грунтовых вод на участках территорий, прилегающих к осушаемым землям, выявил^ весьма малое снижение уровней грунтовых вод. Понижение распространяется! на несколько сотен метров, но, составляя 30—50 см возле каналов, оно не превышает нескольких сантиметров на удалении 200—250 м и далее. Большего понижения быть не может. Осушение земель для лесопользования предусматривает понижение грунтовых вод на величину, определяемую нормой осушения, которая в большинстве своем не превышает 0,4—0,5 м. Необходимо помнить, что норма осушения должна поддерживаться в основном в безморозный, преимущественно в летний период. В табл. 43 показано изменение уровней грунтовых вод на осушенных болотах различного типа при различной степени осушения. Наблюдениями установлено, что существенное (до 0,8 м) понижение уровней наблюдается только летом на переходных болотах. Весной после снеготаяния уровни грунтовых вод ежегодно повышаются. Поэтому истощение запасов грунтовых вод на землях, прилегающих к осушаемым территориям, происходить не может.

Табл. Средние многолетние уровни почвенно-грунтовых вод, см

 Продолжение табл.

При осушении земель особое внимание следует обращать на обоснование способов регулирования водоприемников. Например, при спрямлении русел рек и ликвидации меандр при решительном спрямлении водоприемников происходит быстрый сброс паводков и половодий, поэтому может происходить снижение уровней грунтовых вод в поймах, поскольку делювиальные отложения пойм или старичные отложения, сложенные аллювием, обладают слабой водоудерживающей способностью и малым капиллярным подъемом грунтовых вод. Углубление русел, снижая базис эрозии, также может вызвать снижение грунтовых вод в поймах. В меньшей степени влияние спрямления и углубления русел проявляются на положении грунтовых вод пойм на слабоводопроницаемых или торфяных грунтах. По возможности следует заменять решительное спрямление русел частичным.

Осушение, вызывая понижение грунтовых вод, увеличивает вероятность возникновения пожаров в лесу, хотя, как показали фактические данные, степень загорания в осушенных лесах не превышает вероятность ее в естественно дренированных лесах. Для оперативного тушения лесных пожаров на осушаемых землях необходимо строительство пожарных водоемов, дорог. Мерой, направленной на снижение пожарной опасности в условиях северных территорий, может быть соблюдение рекомендаций по поддержанию уровней почвенно-грунтовых вод на объектах гидромелиорации в пределах расчетных местных норм осушения. По исследованиям, в Республике Коми расчетные средне- вегетационные нормы осушения в год 25 % обеспеченности осадков существенно меньше, чем в более теплообеспеченных районах России.

Неблагоприятное воздействие на состояние рек может оказывать вынос в реки по каналам в первые годы после строительства твердого стока, поэтому при осушении участков с неустойчивыми грунтами и при осушении болот с хорошо разложившимся торфом необходимо строительство вдоль рек специальных каналов с илоуловителями для перехвата твердого стока.

Осушение, улучшая лесорастительные условия, одновременно улучшает условия роста грибов и дикорастущих ягодников (кроме клюквы). Поэтому при выборе объектов не следует назначать к осушению территории, предназначаемые для сбора клюквы. Развитие гидромелиорации в регионах неизбежно вызывает также вопрос о состоянии и характере работ по охране болот. На примере Республики Коми можно сравнить объем выполненных гидромелиоративных работ и площадь охраняемых болот. В республике осушено около 100 тыс. га заболоченных лесов и болот. В то же время общая площадь охраняемых болот составляет 500 тыс. га. Рекомендованные для охраны или сбора клюквы болота и лесоболотные комплексы исключаются из объектов лесоосу- шения на стадии проектирования.

После проведения гидромелиоративных работ происходят изменения видового состава представителей фауны. Каналы привлекают водоплавающую дичь, бобров и представителей ихтиофауны. В качестве мероприятий, направленных на предотвращение нежелательного воздействия на фауну, можно рекомендовать: запрет применения ядохимикатов и удобрений, сохранение участков с поселениями ценных водных и наземных животных, токовищ глухарей и тетеревов, обеспечение минимального беспокойства, особенно в период размножения. Подстилающие супесчаные и песчаные грунты, а также двучленные отложения эрозионноопасны. Рекомендуемые методы борьбы с эрозией (закрепление откосов жердями, хворостом и т. д.) не всегда эффективны. Поэтому большое значение имеют профилактические мероприятия, направленные на уменьшение вероятности развития размыва на эрозионноопасных участках. На стадии проектирования при определении положения проводящих каналов на плане местности необходимо учитывать, что опасность развития эрозии может быть уменьшена путем прокладки каналов по участкам с большей мощностью органогенных горизонтов, изменением угла между направлением каналов и горизонталями, уменьшением площади водосборов путем увеличения количества проводящих каналов.