МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
«РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АПК»
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2007


УДК 631.4+631.6
Использование пойменных земель для очистки речного и поверхностного стоков природных водотоков

В.И. Сметанин – д.т.н., проф.;  Т.А. Гурова
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия

Пойменные долины рек – это очистные сооружения, созданные самой природой для самоочистки природных незарегулированных водотоков. Механизм их работы можно разделить на два этапа.
Во-первых, паводковый период, в который происходит подъем уровня воды в реке с разливом ее по пойме. В это время создаются благоприятные условия в пределах поймы для развития микрофлоры, которая сорбирует на себе большую часть загрязняющих веществ, находящихся в воде водного объекта (водотока). После прохождения паводка образовавшаяся микрофлора, сорбировавшая на себе часть загрязняющих веществ, остается на стерне и почве в пределах поймы, что приводит к очистке воды, а оставшиеся микроводоросли и микроэлементы после биохимического разложения являются дополнительным источником питания для растений поймы.

Второй этап охватывает меженный период существования водного объекта. После прохождения паводка река приобретает свое естественное русло, а на осушенной пойме наблюдается процесс активной вегетации многолетних трав. Река, являясь естественной дреной, принимает поверхностный сток, образующийся на водосборе. Как правило, в зависимости от хозяйственной деятельности на водосборе, поверхностный сток бывает загрязненным, так как большая часть сточных вод сбрасывается в водные объекты без предварительной очистки, нанося определенный ущерб водотоку. Образовавшийся травостой на пойме играет огромную санитарную роль: воздействует на улучшение водного режима, уменьшает испарение, сохраняет почвенную влагу и регулирует поверхностный сток с переводом его в подземный горизонт.

Объектом исследования послужил пойменный массив правого берега р. Десны среднего течения (Выгоничский район Брянской обл., учхоз БГСХА). Река Десна – первый по длине (1190 км) и второй по величине бассейна (89200 км2) левобережный приток Днепра. В среднем течении долина р. Десны имеет ширину 1-3 км, а местами 3-4 км. При общем значительном объеме годового стока воды р. Десна отличается очень слабой внутригодовой его зарегулированностью. Начало ледостава на р. Десне наблюдается с конца ноября, вскрытие происходит в конце марта. Средний многолетний подъем уровня воды в период половодья (г. Брянск) составляет 412 см. Формирование аллювиальных почв поймы р. Десны происходит в условиях продолжительной поемности Продолжительность половодья в среднем составляет 67 дней (г. Брянск). Его пик приходится через 10-15 дней после начала подъёма воды. Наибольший расход среднесуточный 1000 м3/с, срочный 1010 м3/с. Суммарный слой стока за половодье 96 мм. Сток за половодье составляет 54 % от годового (ГВК). В бассейне средней Десны существует тесная гидравлическая связь поверхностных и подземных вод. Сток рек на 25-30 % сформирован подземными водами. Река Десна характеризуется спокойным течением воды со средней скоростью 0,3-0,5 м/с. Ширина русла колеблется от 25 до 150-200 м, средняя глубина реки в межень около 2 м (на плесах – до 5-7 м, на перекатах – до 1 м).
Долина р. Десны асимметрична – правый берег угловатый и крутой, левый пологоволнистый, низменный. Ширина правобережной поймы на исследуемом участке составляет 1-1,5 км. Здесь через пониженно-равнинную пойму был проложен почвенно-геоморфологический профиль (рис. 1). Вскрыты четыре почвенных профиля (разрезы Б_1-03 – Б_4-03). Отдельные участки исследованной поймы используются под сенокос.

Рис 1. Схема расположения разрезов

 

Основной фон почвенного покрова представлен аллювиальными луговыми кислыми почвами. На прирусловом валу формируются аллювиальные дерновые кислые почвы на слоистом аллювии, в притеррасной части – аллювиальные болотные иловато-глеевые почвы. По родовой принадлежности почвы относятся к обычным и ожелезненным. По видовой принадлежности большинство почв – маломощные.
Разрез Б_1-03. Аллювиальная дерновая кислая легкосуглинистая обычная почва на слоистом аллювии

Аd

Дернина. Рыхлая, легко отделяется от нижележащего горизонта. Густо пронизана мелкими корнями. Легкий суглинок. Переход заметный по плотности. Граница волнистая.

А

Гумусовый, буровато-серый с мелкими светло-ржавыми пятнами (2-             6 мм), уплотненный, мелкокомковато-порошистый, влажный, легкосуглинистый, много мелких корней, червоточины. Переход постепенный

АВg

Переходный, буровато-серый с более крупными железистыми пятнами (до 10 мм), слабо оглеен, влажный, легкий суглинок, уплотнен, среднекомковатый, структура непрочная, имеются корни. Переход постепенный.

Вg

Переходный, на буровато-сером фоне сизоватые и железистые пятна, слабо оглеен, менее плотный, чем предыдущий горизонт, легкий суглинок, структура непрочно-комковато-порошистая. Переход резкий.

Сg

Слоистый аллювий. Слои отличаются по цвету и гранулометрическому составу.

В аллювиальной дерновой кислой почве, формирующейся на прирусловом валу, обнаруживается слабое сезонное оглеение с глубины 27 см, уровень почвенно-грунтовых вод не вскрыт до глубины 170 см. Структура гумусовых горизонтов в этих почвах – мелкокомковато-порошистая. Актуальная кислотность аллювиальных дерновых почв составляет 5,3-5,5, рН солевой вытяжки – 4,5 в верхних горизонтах (таблица). Гидролитическая кислотность верхнего горизонта – 6,9 ммоль(+)/100 г. Сумма обменных оснований составляет 22-24 ммоль(+)/100 г, в составе обменных катионов преобладает кальций. Вниз по профилю почв отмечается тенденция к уменьшению кислотности и повышению степени насыщенности почв основаниями (76-90 %). Однако, несмотря на повышение степени насыщенности, количество обменных оснований убывает (22,2-16,3 ммоль(+)/100 г) к нижней части профиля более чем на 25 % в связи с облегчением гранулометрического состава и, как следствие, уменьшением емкости катионного обмена. Вид аллювиальных дерновых кислых почв прирусловья определяется по мощности гумусового горизонта как маломощная (20-40 см), так как мощность гумусового горизонта составляет 27 см, по содержанию гумуса как среднегумусная (3-5 %), количество гумуса в горизонте А составляет 3,6 %. Аллювиальные дерновые кислые почвы обеспечены подвижным фосфором – 28,5 мг/100 г по Кирсанову (VI группа обеспеченности – очень высокое содержание). Калий доступен для растений в количестве 10-12 мг/100 г (III группа по обеспеченности) и его содержание постепенно снижается вниз по профилю.
Разрез Б_2-03. Аллювиальная луговая кислая среднесуглинистая обычная почва на песчаном аллювии

АД

Дернина. Буровато-серая землистая масса зернистой структуры. Средний суглинок. Обилие корней. Переход заметный.

А

Гумусовый, буровато-серый, влажный, среднесуглинистый, комковато-зернисто-порошистый, пронизан тонкими корнями, марганцево-железистые конкреции (до 2 мм). Переход заметный.

А’g

Гумусовый, буровато-темно-серый, влажный, легкосуглинистый, комковато-непрочнозернистый с обильными марганцево-железис-тыми конкрециями. Переход заметный.

Вg

Переходный, серовато-светло-бурый с ржавыми и белесыми пятнами, комковато-порошистая, обилие марганцево-железистых конкреций, встречаются корни растений. Переход заметный по окраске и гранулометрическому составу.

Сg

Аллювий, пятнистый, мраморовидный, песок с обильными ржавыми пятнами, потеками, конкрециями (2-7 мм).
Грунтовые воды с глубины 147 см

Физико-химические свойства аллювиальных почв поймы долины р. Десны

Генетический горизонт

Границы горизонта

Гумус, %

pH H2O

pH KCl

Hг,
ммоль(+)
100 г

Обменные основания, ммоль(+)
100 г

V,%

P2O5

K2O

 

по Кирсанову,
мг/100 г

< 0,01 мм

(0,25-0,05)

 

Ca2+

Mg2+

a

(0,05-0,01)

 

Аллювиальная дерновая кислая легкосуглинистая обычная маломощная среднегумусная почва на слоистом аллювии,
разрез Б_1-03, прирусловье

 

Ad

0-8

5,78

5,4

4,5

6,9

19,9

2,3

22,2

76,3

28,53/VI*

9,93/III*

27

1,1

 

A1g

8-27

3,62

5,4

4,6

5,5

20,3

3,8

24,1

81,4

18,13/V

11,79/III

26

0,8

 

ABg

27-38

2,16

5,6

4,3

5,3

22,4

1,6

24,0

81,9

28,53/VI

4,97/II

26

0,8

 

Bg

38-47

0,60

5,9

4,6

3,3

16,1

1,8

17,9

84,4

23,46/V

4,92/II

21

1,8

 

Cg

47-170

0,34

6,9

5,2

1,9

12,1

4,2

16,3

89,6

48,51/VI

2,48/I

17

1,0

 

Аллювиальная луговая кислая среднесуглинистая обычная маломощная среднегумусная почва на песчаном аллювии,
разрез Б_2-03, центральная пойма

 

Ad

0-9

9,40

5,1

4,0

13,6

13,9

8,2

22,1

61,9

17,49/V

19,16/V

39

0,8

 

A

9-25

4,22

5,7

4,2

11,2

20,1

3,7

23,8

68,0

5,62/III

7,03/II

31

0,2

 

Ag

25-37

2,76

5,3

4,3

8,4

13,1

9,5

22,6

72,9

16,07/V

5,06/II

24

1,8

 

Bg

37-55

1,21

6,3

4,4

4,8

19,6

6,4

26,0

84,4

16,22/V

3,19/I

24

10,1

 

Cgf

55-147

не опр.

6,4

5,0

0,9

14,7

14,0

28,7

97,0

5,90/III

1,81/I

10

43,5

 

Аллювиальная луговая кислая тяжелосуглинистая ожелезненная маломощная многогумусная почва на аллювии,
разрез Б_3-03, центральная пойма

 

Ad

0-16

7,84

5,3

4,4

10,5

32,2

4,1

36,3

77,6

12,65/IV

14,75/IV

42

0,1

 

ABg

16-29

2,16

6,5

5,5

2,3

14,1

4,0

18,1

88,7

9,24/III

3,80/I

39

5,1

 

BG

29-95

не опр.

6,1

5,5

1,3

15,8

8,2

24,0

94,9

10,92/IV

4,97/II

24

3,4

 

Аллювиальная болотная иловато-глеевая глинистая обычная почва, разрез Б_4-03, притеррасье

 

Ad

0-20

10,26

6,1

5,3

3,1

24,4

3,7

28,1

90,1

31,86/VI

11,09/III

78

0,1

 

Ag

20-38

8,79

5,8

4,8

6,0

27,8

2,3

30,1

83,4

21,43/V

8,93/III

55

0,2

 

Аллювиальные луговые почвы центральной поймы оглеены более интенсивно. Уровень почвенно-грунтовых вод вскрывается с глубины 147 см в почвах, находящихся ближе к прирусловому валу, и с глубины 115 см с установившимся уровнем 95 см в луговых почвах центральной поймы. Сизоватый оттенок горизонтов, пятна ожелезнения, наличие марганцево-железистых конкреций являются прямым следствием протекания лугового процесса. рН водной вытяжки составляет 5,1-5,7, рН солевой – 4,0-4,4 в верхней части профиля. Степень насыщенности увеличивается от 62 до 95 %. По мощности гумусового горизонта почвы маломощные. По содержанию гумуса – среднегумусные – 4,2 % и многогумусные – 7,8 %, количество гумуса увеличивается по мере уменьшения скорости движения паводковых вод от прирусловой части поймы к притеррасной.

Аллювиальные луговые кислые среднесуглинистые почвы высоко обеспечены фосфором (17,5 мг/100 г) и калием (19,2 мг/100 г) – V группа обеспеченности. Аллювиальные луговые кислые тяжелосуглинистые ожелезненные почвы имеют повышенное содержание питательных элементов – 12,7 мг/100 г P2O5 и 14,8 мг/100 г К2О. Во всех почвах пониженно-равнинной поймы распределение подвижного калия по профилю имеет аккумулятивный характер с максимумом в верхнем горизонте и постепенным снижением количества вниз по профилю. Однако, несмотря на высокую обеспеченность луговых почв питательными элементами, Антыков А.Я. /1956/ отмечает, что «луговые почвы очень часто при большом запасе питательных веществ содержат мало соединений в доступной для растений форме».

Гранулометрический состав верхних горизонтов почв пониженно-равнинной поймы закономерно меняется от легкосуглинистого на прирусловом валу до среднеглинистого в притеррасном понижении (рис 2). Во всех почвах отмечается постепенное облегчение гранулометрического состава вниз по профилю. В аллювиальных дерновых кислых почвах наблюдается чередование фракций мелкого песка и крупной пыли. В аллювиальных луговых кислых ожелезненных почвах по мере приближения к притеррасью увеличивается содержание ила. В аллювиальных болотных почвах происходит чередование фракций пыли, а общее содержание песка значительно снижается. Во всех почвах пониженно-равнинной поймы содержание крупного и среднего песка незначительно.

Рис. 2. Гранулометрический состав верхних горизонтов аллювиальных почв
поймы долины р. Десны

Продуктивность аллювиальных дерновых кислых почв прируслового вала невысокая (до 3 т/га с.в.) при довольно высокой продуктивности зеленой массы (рис. 3). Довольно высока продуктивность почв притеррасной части поймы (до 20 т/га с.в.), что обусловлено высокой продуктивностью осокового травостоя на аллювиальных болотных почвах. Травостой аллювиальных дерновых и луговых почв представлен разнотравно-злаковыми ассоциациями. По мере увеличения степени проявления лугового процесса повышается доля осок, которые занимают 100 % травостоя на аллювиальных болотных почвах.

При продолжительной поемности использование аллювиальных почв для выращивания сельскохозяйственных культур нежелательно. Учитывая, что проблема охраны водных ресурсов – одна из наиболее серьезных экологических проблем Брянской области, очистные сооружения не обеспечивают нормативную очистку сточных вод, и практически все сточные воды поступают в водоемы области загрязненными, поскольку за последние годы не введено в эксплуатацию ни одного крупного комплекса очистных сооружений, предлагаем использовать данную пойму как природный регулятор для самоочистки воды.

Рис. 3. Продуктивность естественных кормовых угодий пониженно-равнинной
 поймы р. Десны, т/га

Река Десна – самая многоводная река Брянской области – загрязняется сточными водами предприятий автомобильной промышленности, тяжелого машиностроения, ЖКХ. Наибольший объем загрязненных сточных вод приходится на ГУП «Брянскоблводоканал» –  56,43 млн м3 (56,5 % сброса сточных вод данной категории в области) [2].
Самоочистка воды – непременное звено в цикле круговорота воды в природе. Загрязнения любых типов при самоочищении водных объектов в конечном счете оказываются сконцентрированными в виде продуктов жизнедеятельности и отмерших тел микроорганизмов, растений и питающихся ими животных, которые скапливаются в иловой массе на дне. Водные объекты, в которых природная среда уже не справляется с поступающими загрязняющими веществами, деградирует, и это происходит главным образом из-за изменений в составе биоты и нарушений пищевых цепочек, прежде всего, микробного населения водного объекта. Процессы самоочищения в таких водных объектах минимальны или полностью прекращаются.

 

Библиографический список

  1. Государственный водный кадастр. Основные гидрологические характеристики (за 1971-1975 гг. и весь период наблюдений). Т.6. Украина и Молдавия. Вып. 2. Среднее и нижнее Преднепровье. /Под ред. Б.Ф. Бенды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 499 с.
  2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году». – М.: Государственный – центр экологических программ, 2001. 336 с.