Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ БАССЕЙНОВ НА ГОДОВУЮ ДИНАМИКУ МУТНОСТИ МАЛЫХ ВОДОТОКОВ ЮГА САХАЛИНА

Кордюков А.В. 1 Ефанов В.Н. 1 Романова Г.Н. 1 Михайлова К.Э. 1 Бянкина К.Е. 1
1 ФГБОУ ВПО «Сахалинский государственный университет»
1. ГОСТ 27065-86 Качество вод, термины и определения, 2003.
2. Грепачевский И.В. Мутность рек Сахалина // Известия Сахалинского отделения Географического общества СССР. – Вып. 1. – Южно-Сахалинск, 1970. – С. 71–78.
3. Жильцов А.С. Гидрологическая роль горных хвойно-широколиственных лесов Южного Приморья. –м Владивосток: Дальнаука, 2008. – 332 с.
4. Идзон П.Ф. Лес и водные ресурсы. – М.: Лесная промышленность, 1980. – 152 с.
5. Канидьев А.Н., Салмин С.А., Семенова А.Е. Влияние леса в бассейнах рек Сахалина на естественное воспроизводство лососевых рыб // Известия Сахалинского отделения Географического общества СССР. – Вып. 1. – Южно-Сахалинск, 1970. – С. 168–173.
6. Клинцов А.П. Защитная роль лесов Сахалина. – Южно-Сахалинск: Сахалинское отд. Дальневосточного кн. изд-ва, 1973. – 234 с.
7. Кордюков А.В., Ефанов В.Н., Баранчук-Червонный Л.Н. Особенности возрастной структуры вторичных темнохвойных лесов острова Сахалина // Вестник ВГУ, серия: Химия, Биология, Фармация. – 2012. – № 2. – С. 152–159.
8. Молчанов А.А. Гидрологическая роль леса. – М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 468 с.
9. Работнов Т.А. Фитоценология. – М.: Изд-во Московского ун-та, 1983. – 296 с.
10. Рухлов Ф.Н. Влияние лесозаготовок в бассейнах нерестовых рек на воспроизводство лососей // Рыбное хозяйство. – 1971. – № 5. – С. 19–22.
11. Рухлов Ф.Н. О речном периоде жизни нерестовой осенней кеты и горбуши Сахалина // Известия ТИНРО. – 1973. – Т. 91.
12. Спивак Э.Г. Влияние вырубок леса на состояние нерестовых рек о. Сахалин // Рыбное хозяйство. – 1994. – № 4. – С. 31–32.
13. Сукачёв В.Н., Зонн С.В. Методические указания к изучению типов леса. – М.: Изд-во АН СССР, 1961. – 144 с.
14. Шершнев А.П., Жульков А.И. Некоторые данные по твердому стоку и заилению нерестилищ в период экспериментальных работ на реке приторной // Известия ТИНРО. – 1975. – Т. 95. – С. 64–68.
15. Шершнев А.П., Руднев В.А., Белобржеский В.А. Влияние лесозаготовитель-ных работ на естественное воспроизводство горбуши рек Сахалина // Рыбное хозяйство. – 1982. – № 1. – С. 32–33.

Лес – сложный организм, играющий огромную средообразующую роль. Влияние леса на окружающую среду замечено давно, ему посвящено огромное количество исследований, многие из которых разрабатывают вопрос о влиянии растительности речного бассейна на гидрологический режим водотоков. Одна из важных характеристик качества поверхностных вод – мутность, зависящая содержания взвешенных частиц [1]. Она во многом влияет и на состав речного сообщества, и что особенно актуально для Сахалинской области, на успешность естественного воспроизводства тихоокеанских лососей [11; 15 и др.].

Большинство авторов при исследовании влияния хозяйственной деятельности на гидрологические характеристики водотоков (в частности, на мутность воды) используют показатель «лесистости» водосбора – отношение лесопокрытой площади ко площади всего водосбора. По нашему мнению, использование этого показателя не совсем корректно. Литературные данные подтверждают, что специалисты, занимающиеся экологией леса, возражали против использования данных по лесистости территории в качестве полновесного аргумента для характеристики водоохраной его роли [3; 4 и др.].

Как указывают авторы [2; 6 и др.], сток взвешенных веществ формируется под влиянием эрозионных процессов, вызываемых поверхностным стоком воды. А.А. Молчанов [8] указывает на наличие обратной пропорциональности между облесённостью и величиной поверхностного стока. Исследования же А.П. Клинцова [6] показали, что величина поверхностного стока в первую очередь зависит от состояния лесной подстилки и напочвенного покрова. Характер же подстилки зависит от таксационных характеристик конкретного фитоценоза [9]. Т.е. при равенстве абиотических характеристик интенсивность эрозионных процессов определяется характером растительности речного бассейна.

Наиболее подробно вопрос динамики содержания взвешенных веществ в островных реках рассмотрен в работе Н.В. Грепачевского «Мутность рек Сахалина» [2], где автор приводит данные многолетних измерений мутности и расходов взвешенных наносов воды, проведённые в 24 пунктах острова. Эти данные, безусловно, представляют интерес для познания общих характеристик мутности сахалинских рек. Однако места отбора проб были приурочены к населённым пунктам, находящимся на реках, что не позволяет сделать выводы об особенностях формирования твёрдого стока в зависимости от тех или иных факторов среды. Как отмечает и сам автор в заключении своей работы, необходимо расширение и углубление наблюдений за мутностью сахалинских рек.

Мутность некоторых нерестовых сахалинских рек рассмотрена исследователями сотрудников СахТИНРО (СахНИРО) и СахЛОС в аспекте влияния лесозаготовок на гидрологический режим водотоков [6; 10; 11; 12; 14]. Практически во всех указанных работах авторы отмечают увеличение содержания взвешенных частиц в реках во время ведения лесозаготовок в десятки и сотни раз. Как отмечает Ф.Н. Рухлов [10; 11], на участках с повышенной мутностью (свыше 220 мг/л) не нерестятся тихоокеанские лососи, филогенетически приспособленные к нересту в чистой воде (до 20 мг/л). Представляет интерес способность речного грунта отфильтровывать взвешенные частицы [12; 14], предотвращая увеличение мутности от истоков к устью. Однако это отрицательно сказывается на нерестилищах, ухудшая развитие эмбрионов лососёвых рыб.

Исследования также показывают увеличение мутности рек при уменьшении лесоситости водосборов. В рр. Фирсовке и Лазовой с лесистостью 24 и 84 % соответственно различия в мутности составляли от 2 до 56 % [5]. По сведениям А.П. Клинцова [6] во время снеготаяния в реке с лесистостью водосбора 20 % твёрдый сток был в 185 раз больше, чем в реке с лесистостью водосбора 100 % (это объясняется не только повышенной мутностью воды в реке со слабооблесённым бассейном, но и повышенным стоком воды). Однако и в первом и во втором случаях продолжительность наблюдений была ограничена: в первом пробы брались с апреля по июль, во втором – с 17 апреля по 1 мая.

Наши же исследования направлены на анализ проб воды на содержание взвешенных частиц в течение всего 2011 года в двух малых водотоках юга Сахалина в нескольких пунктах, окружённых различными типами растительности. Актуальность исследования обусловлена слабой изученностью влияния в разной степени нарушенной растительности на мутность водотоков.

Итак, цель работы – проследить динамику мутности малых водотоков юга Сахалина на участках с различными типами растительности и нарушениями в их бассейнах.

Материалы и методы исследований. Объекты исследования – два малых водотока, на которых для сбора материала мы заложили по профилю. Первый водоток – р. Ай Долинского района, вдоль которой расположили профиль «A», включающий 3 пункта отбора проб. Первый располагается в 17 км вверх по течению реки на участке, окружённом вторичными темнохвойными лесами (частичная полилесокультура [7] формула древостоя 7Пс2Бэ1Еа + Ку + Ик, сомкнутость 0,9, высота 20-25 м, возраст 40-100 лет), занимающими около 75 % той части водосбора, что расположена выше по течению, чем сам пункт. Второй пункт расположен в 10 км вверх по течению реки на участке водосбора, активно использовавшемся в хозяйственной деятельности. Около 60 % площади этой части водосбора занято вторичными малопродуктивными мелколиственными (преимущественно ивняками с формулой древостоя 8Иу 2Ов ед. ТМ ед. Бэ, сомкнутость 0,8, высота 9-14 м, возраст 30-40 лет) лесами, около 30 % занимают пастбища, а остальные 10 % – участки восстанавливающейся темнохвойной тайги. Ниже по течению, в 150 м от второго расположен пункт третий. Он приурочен к полосе земельного отвода вдоль трассы нефтегазопровода. На этой территории во время строительства трассы трубопроводов растительность была полностью уничтожена, а гидрологический режим территории нарушен. На настоящий момент на полосе землеотвода формируется разнотравный луг. Трубопровод через русло реки проложен траншейным способом.

В соответствии с районированием И.В. Грепачевского [2], р. Ай принадлежит к III зоне с мутностью воды 100-200 мг/л.

Второй водоток – постоянный горный ручей, стекающий по южному склону горы, которую туристы называют Бородавкой (Сусунайский хребет) и впадающий в р. Перевальную (приток р. Рогатки). Вдоль ручья расположен профиль «S», включающий 2 пункта отбора проб. Первый расположен на участке, окружённом темнохвойным массивом (вторичный лес, естественным образом восстановившийся после лесных пожаров [7]; формула древостоя 6Пс4Еа ед. Бэ, сомкнутость 1,0, высота 20-25 м, возраст 30-170 лет; 95 % водосборной площади ручья занято темнохвойными лесами). Второй – на 15 м ниже места пересечения ручья и старой японской дороги на п. Лесное. На месте пересечения проложен кульверт, покрытый насыпью. Однако кульверт часто оказывается забитым, при этом вода стекает по поверхности дороги, провоцируя сильную эрозию и значительно увеличивая твёрдый сток.

Формулы древостоев составлены исходя из участия каждой породы в общем числе стволов древостоя [13]. В них применены следующие сокращения: Пс – Abies sachalinensis Fr. Schmidt, Бк – Betula ermanii Cham., Еа – Picea ajanensis (Lindl. et Gord) Fisch. ex Carr., Ку – Acer ukurunduense Trautv. et C.A. Mey., Ик – Salix сaprea L., Иу – S. udensis Trautv. et C.A. Mey., Ов – Alnus hirsuta (Spach) Fisch. ex Rupr., ТМ – Populus maximowiczii A. Henry.

Картосхемы обоих профилей, полученные при помощи программы «Google Earth», представлены на рис. 1.

pic_23.tif

Рис. 1. Картосхемы заложенных профилей: «А» слева, «S» – справа

На указанных пунктах мы производили отбор проб воды для проведения анализов на содержание взвешенных частиц гравиметрическим методом. Принцип метода заключается в выделении их из пробы воды известного объёма фильтрованием через бумажный фильтр «синяя лента». Выделенный осадок взвешивали на фильтре после его высушивания до постоянной массы с точностью до 0,1 мг.

Следует отметить, что участки водосборов, в которых заложены пункты отбора проб, имеют сходные абиотические характеристики в пределах каждого из профилей. Это позволяет утверждать, что различия мутности воды обусловлены биотическими различиями, а именно разными типами и формациями растительности.

Отбор проб воды производили с периодичностью один раз в две недели, т.е. по чётным неделям отбирали пробы на пунктах профиля «А», по нечётным – профиля «S».

Пробы на пунктах 1, 2 и 3 профиля «А» брали преимущественно в 13:00, 14:30 и 14:00 соответственно, а пунктах 1 и 2 профиля «S» – в 12:00 и 13:00. Относительно суточной динамики время взятия проб приходится на период средней мутности, поэтому временные различия не оказывают существенного влияния на результат.

Одновременно с отбором проб воды мы фиксировали множество микроклиматических показателей, знание которых необходимо для понимания механизма влияния растительных сообществ на гидрологический режим водотоков.

Результаты исследований и их обсуждение. Исследования были начаты 5 января 2011 г, сбор проб закончен 25 января 2012 г. Всего мы располагаем 54 группами данных. Информация о мутности воды исследуемых водотоков представлена в таблице.

Графическое отображение табличных данных по профилю «А» представлено на рис. 2.

За период исследований средняя мутность воды в пункте 1 профиля «А» составила 20,5 мг/л, в пунктах 2 и 3 она почти на 10 мг/л выше и составляет 30,1 и 30 мг/л соответственно. До 23 марта (включительно) мутность воды не превышала 6,9 мг/л. После этого начались весенние оттепели, толщина снега стала заметно уменьшаться, что спровоцировало резкое увеличение поверхностного стока по переувлажнённой замёрзшей почве и повышение содержания взвешенных частиц (первый пик). Однако в конце апреля-начале мая на юге Сахалина наступило резкое похолодание с обильными снегопадами, во время которого мы наблюдали снижение мутности вод. Следующие 2 недели характеризуются значительным потеплением воздуха, интенсивным таянием снежного покрова, что спровоцировало весенние паводки. Поэтому 18 мая зафиксированы максимальные значения мутности вод всех трёх пунктов (второй пик). После этого мы наблюдали постепенное снижение мутности в период летней межени, которая при этом была в разы выше мутности меженного периода зимой. В начале августа и сентября мы вновь наблюдали небольшие пики мутности (третий и четвёртый), связанные с выпадением ливневых осадков (для Сахалина характерно максимальное количество осадков в августе-сентябре в связи с циклонической деятельностью). Начиная со второй половины ноября мутность вновь уменьшилась до значений зимнего меженного периода.

Мутность воды в исследуемых пунктах

pic_24_.wmf

Примечание. В пробах профиля «А» отсутствуют данные по одной из недель (между 14.12.11 и 11.01.12), поскольку в этот период выпало большое количество снега, в связи с чем добраться до пунктов профиля было невозможно.

pic_24.wmf

Рис. 2. Диаграмма мутности воды в р. Ай (профиль «А») по каждому из пунктов с 26 января 2011 г. по 25 января 2012 г.

Воды пункта 1, окружённого темнохвойными лесами в абсолютном большинстве случаев характеризуется меньшей мутностью. Мощная подстилка, характерная для темнохвойных лесов, структура и влагоёмкость лесных почв, задержание осадков кронами деревьев и др. процессы обусловливают значительное снижение поверхностного стока и эрозионных процессы. Мутность большая, чем в остальных пунктах, здесь зафиксирована лишь дважды: 9 февраля и 1 июня. 1 июня это произошло потому что в темнохвойном лесу только к этой дате сошёл снежный покров (на 2 недели позже, чем в остальных пунктах наблюдений), что обусловило некоторое увеличение твёрдого стока с почвы. Причины повышения мутности 9 февраля не ясны. В целом в меженный период в холодное время года мутность в пункте 1 в 1,5 раза ниже, чем в пунктах 2 и 3.

Мутность воды в пункте 2 лишь в 40 % измерений выше, чем в пункте 3. При этом её средние показатели здесь на 0,1 мг/л выше, чем в пункте 3. Это говорит о том, что подобные мелколиственные прирусловые лесные сообщества, несмотря на берегоукрепляющую роль, не оказывают заметного противоэрозионного эффекта.

Графическое отображение данных, представленных в таблице по профилю «S», представлено на рис. 3.

Мутность воды на пунктах профиля «S» показывает гораздо более однозначную картину. Средняя мутность воды, взятой в пункте 1 составляет 1,4 мг/л, а в пункте 2 – 6,7 мг/л. Максимальные значения мутности в водах пункта 2 наблюдали в мае, когда в связи с потеплением начали стаивать снежные массы. В середине мая увеличившийся сток спровоцировал забивание кульверта принесёнными с водой ветвями и прошлогодними листьями, поэтому произошло размытие дороги, повлекшее повышение мутности до 35,1 мг/л. В темнохвойном лесу снег сошёл в III декаде мая, что повлекло лишь незначительное повышение мутности в пункте 1. Также отмечено незначительное повышение мутности после дождя, прошедшего ночью 22 июня.

pic_25.wmf

Рис. 3. Диаграмма мутности воды в ручье, стекающем с горы «Бородавки» (профиль «S») по обоим пунктам с 5 января 2011 г. по 18 января 2012 г.

В целом, мутность в пункте 1 не превышала 5 мг/л и была довольно стабильной. Такой стабильности мутности мы не наблюдали в пункте 2 – она увеличивалась после осадков. Лишь дважды в пункте 1 мутность была выше, чем в пункте 2, и в обоих случаях превышение составило 0,1 мг/л при невысоком содержании взвешенных частиц.

Выводы

1. Различные фитоценозы, лесные в частности, произрастающие в бассейнах малых водотоков юга Сахалина, неодинаково влияют на гидрологический режим последних. Следовательно употребление термина «лесистость», уравнивающего разноценные сообщества для создания оптимального гидрологического режима, некорректно.

2. Наименьшая мутность вод наблюдается на участках рек, окружённых темнохвойной растительностью, коренной для большей части Сахалина. Тихоокеанские лососи филогенетически приспособились именно к гидрологическим условиям, создаваемым елово-пихтовыми лесами, произрастающими в бассейнах рек. Мутность в участках рек, окружённых темнохвойными лесами меньше в 1,5-4 раза, чем в нарушенных участках или участках, окружённых молодыми мелколиственными лесами Последние, возникшие на местах вырубок и сельхозугодий не играют портивоэрозионной роли. Участки рек, окружённые такими сообществами характеризуются повышенной мутностью.

3. Нарушения растительного покрова в бассейнах рек также отрицательно влияют на мутность вод. В первую очередь это касается нарушений, непосредственно прилегающих к берегам рек (например, рассмотренные нами нарушения: дороги, полосы землеотводов).

4. До начала снеготаяния и после осенних циклонов мутность водотоков характеризуется достаточно небольшими величинами. Однако и в этот период проявляется отрицательное влияние нарушений на мутность вод. Особенно сильно оно проявляется во время паводков разного происхождения.


Библиографическая ссылка

Кордюков А.В., Ефанов В.Н., Романова Г.Н., Михайлова К.Э., Бянкина К.Е. ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ БАССЕЙНОВ НА ГОДОВУЮ ДИНАМИКУ МУТНОСТИ МАЛЫХ ВОДОТОКОВ ЮГА САХАЛИНА // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 3. – С. 125-130;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=31462 (дата обращения: 20.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074