Natural and anthropogenic dynamics of the floodplain landscapes near Tomsk.pdf Среди географических ландшафтов пойма занимает особое положение. По образному выражению Р.А. Еленевского [1], пойма является «естественной природной копилкой». Действительно, обладая достаточными водными ресурсами, благоприятным микроклиматом, высоким уровнем плодородия почв, пойменные земли имеют богатые актуальные и потенциальные биологические ресурсы. Пойменным ландшафтам присущи черты наибольшей динамичности и молодости по сравнению с любыми водораздельными ландшафтами, что обусловлено, прежде всего, изменчивостью гидрологического режима - ведущего фактора в формировании пойм [2]. В целом в развитии и формировании пойменных ландшафтов и их динамике большую роль играют гидродинамические факторы (эрозионно-аккумулятивная деятельность реки, поёмность и ал-лювиальность), а также зональные и провинциальные особенности территории (климат, тектоника, окружающая внепойменная обстановка). Все другие компоненты оказываются под влиянием этих факторов и играют по сравнению с ними подчинённую роль. Не менее важным в изменении пойменных ПТК является их саморазвитие от момента выхода из-под уровня воды молодой прирусловой отмели до субклимаксо-вого состояния, т. е. стадии, близкой к типичным зональным комплексам. Основные черты гидрологического режима р. Томи определяются тем, что её бассейн расположен в разных географических зонах и имеет смешанный горно-равнинный рельеф. Гидрологический режим рек в горной и равнинной частях бассейна резко различается. Так, в горах в течение периода снеготаяния наблюдается ряд волн, и гидрограф за период половодья имеет характерный пилообразный вид. После выхода на равнину половодье преимущественно одновершинное. Продолжительность его колеблется от 50 до 70 дней. Максимальные расходы и уровни наблюдаются в мае. Основные факторы, определяющие величины наибольших расходов и уровней, - снегозапа-сы в зоне формирования этих максимумов и средняя температура воздуха за первые семь-десять дней после устойчивого её перехода через +2°С. Величина максимальных расходов на Томи зависит и от степени синхронности прохождения максимальных волн половодья у Новосибирска и Томска. Половодье на более мелких реках (притоках Томи) проходит обычно позже, чем в низовьях Томи, поэтому роль стока этих рек в формировании максимальных расходов на Томи сравнительно небольшая. Следует отметить, что общие сроки прохождения половодий не совпадают с продолжительностью затопления поймы. Последнее обычно происходит на пике половодья и является более коротким по сравнению с общей длительностью половодья. Подъём половодья начинается во второй половине апреля (при ледоставе) и продолжается около месяца. Выход воды на пойму наблюдается в конце апреля. Наступление пика половодья в г. Томске приходится на 11 мая, освобождение поймы от полой воды происходит лишь 4 июня. В пойме создаётся разнообразие гидрологических условий. Каждая высотная отметка поймы имеет лишь ей свойственный гидрологический режим: чем больше уклон и высота поймы, тем меньше продолжительность её затопления. Застойный тип гидрологического режима характерен для замкнутых депрессий пойм, где аккумулируются и застаиваются полые воды. Проточный режим формируется в межгривных понижениях, бывших протоках и ручьях при подъёме воды на пойме до определённых высотных отметок или с возникновением системы проток. Различия в режиме поёмности создает разнообразие экологических ситуаций на пойме, индикатором которых в первую очередь служит растительность. В зависимости от длительности покрытия полыми водами, их температуры и содержания в них кислорода, особенностей завершающего периода половодья поёмность оказывает различное влияние на пойменные ландшафты. Затопление ведёт к резко выраженной переменности в увлажнении и воздушном режиме почв. При покрытии полыми водами ПТК характеризуются режимами, свойственными водоёмам. При быстром сходе полых вод и понижении уровня почвенных вод поёмный режим сменяется непосредственно аэраль-ным (рис. 1). В местах с близким залеганием почвенно-грунтовых вод, а также при совпадении заключительного периода половодья с дождливой погодой полые воды застаиваются, создаётся водно-воздушный режим, свойственный болотам. Таким образом, половодный цикл определяет смену режимов функционирования ландшафтов (поёмного, болотного, аэрально-го) в течение вегетационного сезона. Режим аллювиальности характеризует сезонную и погодичную скорость накопления отложений на пойме. Пойменные отложения дифференцируются по мощности и вещественному составу в зависимости от гидродинамического режима процессов седиментации, изменяющегося по длине и ширине долины, а также по формам и элементам рельефа. Характерно постепенное утяжеление механического состава отложений от русла главной реки к бортам долины: от крупнозернистых песков прирусловых отмелей до органогенных гелеобразных илов в замкнутых понижениях. Рис. 1. Постепенная смена поёмного режима аэральным (снимок участка поймы Томи с БПЛА 25.05.2015 г.) Изменения в поёмности и аллювиальности по годам наиболее ярко проявляются в прирусловых комплексах, но иногда и на участках центральной и притеррасной поймы. Примером могут служить образование новых и оживление старых проток, приводящие к наложению прируслового режима на центрально-пойменные и притеррасные урочища. Эти преобразования ведут к оживлению аллювиальной деятельности, изменению характера почвенного и растительного покрова и образованию новых развивающихся природных комплексов. Поёмность и аллювиальность являются мощным фактором отбора организмов -ценотического и экотопического. Многие виды выпадают из сообществ из-за неспособности переносить половодья. Характер размещения видов по морфологическим элементам поймы отражает степень их пой-мостойкости. Растения имеют морфологические, фенологические, физиологические и другие механизмы адаптации к поёмности и аллювиальности. Таким образом, функционирование пойменных ландшафтов как устойчивая последовательность процессов, обеспечивающих сохранение состояния геосистем, создаёт динамическое равновесие основных параметров структуры ландшафта, и они испытывают лишь периодические колебания. Необратимая, или направленная, динамика пойменных ландшафтов изучаемой территории имеет характер постепенного количественного накопления элементов новой структуры. Основными управляющими факторами такого движения ландшафтов являются саморазвитие в пределах динамических рядов, тектонические движения, эрозионно-аккумулятивная деятельность реки и направленные изменения климата. Одним из путей динамических преобразований в ландшафтах являются изменения, происходящие в силу внутренних причин, т. е. определяющиеся противоречиями, возникающими в ответ на воздействие внешних факторов и условий. Саморазвитие пойменных геосистем обусловливается изменениями взаимодействия компонентов, прямых и обратных связей между ними. По мере развития литолого-морфо-логической основы изучаемого участка поймы одновременно формируется и развивается почвенно-растительный покров, происходит дифференциация на экологически различные местообитания, которые в пределах пойменных массивов образуют непрерывные пространственные ряды. Саморазвитие ландшафтов можно представить как процесс смены переменных состояний по направлению к коренному или близкому к нему динамическому состоянию. Серийные ландшафты недолговечны, у них нет стабильной структуры и режима, они сравнительно быстро сменяют друг друга, стремясь в своём развитии к экви-финальному (климаксовому) состоянию. Климаксовое состояние отражает максимум устойчивости по отношению к зонально-климатическим условиям и формируется в местообитаниях с хорошей дренированно-стью без избыточного грунтового и атмосферного увлажнения, т.е. на высоких уровнях преимущественно старых частей пойменных массивов, где они приурочены к хорошо сформировавшимся почвам зонального типа. Отклонения от нормы в режиме поём-ности и дренажа в сторону обводнённости приводят к увеличению гидроморфизма и возникновению заболоченных пространств. Наиболее молодые образования прирусловой поймы можно охарактеризовать как неустойчивые серийные геокомплексы, в которых преобразующая динамика играет главную роль. Геосистемы, достигшие субклимаксового состояния, - повышенные участки с лесами, постоянно переувлажнённые низины в центральной и притеррасной пойме - являются наиболее устойчивыми из пойменных ландшафтов и характеризуются преобладанием стабилизирующей динамики. Таким образом, положение пойменного ландшафта в динамическом ряду определяется сочетанием трёх основных показателей: поёмности, аллювиальности и возраста, характеризующих пойменное местообитание. Выявленные при изучении геокомплексов поймы закономерности функционирования и динамики должны учитываться и использоваться при ведении хозяйственной деятельности и освоении пойменных ландшафтов, так как наряду с повышенной динамичностью пойменные ландшафты отличаются и большей уязвимостью в связи с молодостью и нестабильностью структуры. Антропогенное воздействие приводит к возникновению особых производных модификаций природных комплексов и вторичных природных процессов в ландшафте. Поэтому необходимо изучение устойчивости новых элементов и их соответствия естественной структуре ландшафта, стадиальных восстановительных смен после прекращения антропогенного воздействия, способности ландшафта к саморегулированию. Рассмотрение этих проблем представляет не меньший интерес и, наверное, в настоящее время теоретически и практически наиболее значимо. Антропогенная модификация пойменных геосистем в окрестностях Томска в основном связана c сельским хозяйством, т. е. с распашкой земель, мелиоративными работами и выпасом скота. С целью изучения антропогенной модификации пойменных систем под воздействием сельского хозяйства была проведена классификация космического снимка Terra (сканер Aster) методом кластерного анализа (алгоритм ISODATA). В результате было выделено 10 классов землепользования, из которых три класса (6, 8 и 9) явно являют собой сельскохозяйственные участки: пашни, пастбища, огороды и приусадебные хозяйства (рис. 2). Рис. 2. Растровая карта землепользования в результате классификации космического снимка Terra На основе созданной ранее ландшафтной карты поймы Томи в окрестностях города Томска [3], мор-фометрического анализа с использованием цифровой модели рельефа долины Томи [4] и результатов классификации космических снимков была составлена карта сельскохозяйственного использования ландшафтов поймы Томи (рис. 3). На карте видно, что земли, не используемые в сельском хозяйстве, занимают всего около 15% территории. Некоторые из них можно отнести к резервным землям, при проведении определенных мелиоративных работ их можно будет в дальнейшем использовать в сельском хозяйстве. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:_ I овощеводство и огороды; I I пашни; I используемые в сельском хозяйстве; I I селитебные участки сельского типа; Е I I пастбища; [ и; I садовые участки; I_I земли, не селитебные участки городского типа Рис. 3. Карта сельскохозяйственного использования ландшафтов поймы Томи На данный момент распаханность пойменных лугов составляет почти 50%. Характерными чертами «выпа-ханности» почв считаются потеря агрономически ценной водопрочной структуры и уменьшение содержания гумуса. Исследованиями установлено [5], что зернистая и комковатая структура гумусово-аккумулятивных горизонтов при превращении их в пахотный слой полностью разрушается. Процесс агрофизической деградации почв усилился в послевоенные годы во время освоения новых земель, сопровождавшегося раскорчевками лесных геосистем и увеличением размеров полей. Вследствие этого уменьшилось снегонакопление на полях и увеличилась глубина промерзания почв. На крупных пахотных массивах зимой стали формироваться мощные очаги холода, способствовавшие общему выхолаживанию территории. Массовая распашка земель ведет также к интенсификации транспортировки наносов со склонов в речную сеть. Наиболее интенсивно это происходит при обработке участков склонов, что облегчает доставку наносов непосредственно в речные русла, способствуя их заилению. Для расширения площади сельхозугодий и улучшения лесорастительных заболоченных земель в 1960-1980 гг. в Томской области выполнялась программа осушительной мелиорации. Сейчас площадь мелиоративных торфяников, используемых в сельском хозяйстве, составляет не более 0,4% от площади болот [6]. Месторождения наиболее ценного в сельскохозяйственном отношении торфа расположены южнее Томска - болотные массивы у с. Тахтамышево и дер. Черная Речка. Доступность этих месторождений, как отмечали Ю.А. Львов и Е.Я. Мульдияров [7], относительная легкость осушения, сиюминутная выгодность работы для мелиоративных организаций способствовали тому, что осушительные работы на многих массивах проводились без достаточного экономического, природоохранного и даже мелиоративного обоснования. Часто осушался весь массив, хотя потребности хозяйства удовлетворялись небольшой частью торфяника, в которой и проводится добыча торфа. Для ускорения осушения закладывались излишне глубокие дренажные канавы, что приводило к переосушке торфяного пласта. Осушительная мелиорация, по мнению К.Н. Дьяконова и В.С. Аношко [8], приводит к образованию антропогенного ландшафта с присущими ему процессами мелиоративной эрозии, дефляции, минерализации и сработки торфяной залежи, уплотнения почвы и полной перестройки орнитофауны. При осушительной мелиорации наблюдается смещение показателей увлажнения в сторону уменьшения, а богатства видов птиц - в сторону увеличения. Причем степень осушения находится в прямой зависимости от глубины торфяной залежи и положения осушаемого участка в пределах массива. Притеррасные участки почти не изменяются за счет постоянного поступления вод с террасы. Участки, приуроченные к глубоким впадинам минерального ложа в центральной части болота, изменяются значительно, наблюдается деградация болотной растительности, что выражается в выпадении и уменьшении жизненности болотных растений, увеличении участия сорных видов (крапива, осот), развитии не свойственных ранее болоту сообществ -вейничников на месте бывших гипноосоковых топей. Над повышениями минерального ложа осушительные канавы могут перехватить не только болотные, но и грунтовые воды. В результате торфяная залежь переосушается, что сильно повышает пожароопасность массива. Зачастую при оседании торфяной залежи обнажаются корневые системы и происходит вывал болотного древостоя. При этом самопроизвольного возобновления древесных пород не происходит из-за сильного разрастания травяного покрова [9]. Следует отметить, что после 1980-х гг. эксплуатация значительной части мелиоративных земель была прекращена, и на участках, состояние которых не контролировалось, началось вторичное заболачивание земель. На основе геоинформационного картографирования и дешифрирования разновременных аэрофото- и космических снимков была прослежена динамика распространения пахотных земель с 1954 г. по настоящее время. Территории, отведённые под пашни, в окрестностях Томска увеличились в несколько раз (рис. 4). Если раньше распахивались отдельные участки центральной поймы, то на данный момент пашни расположены практически повсеместно и занимают примерно 70% от всей площади поймы Томи в окрестностях Томска [10]. Одно из тяжелых последствий сельскохозяйственной деятельности, затрагивающее луговые геосистемы вблизи крупных сел и деревень, - перевыпас скота и последующее обеднение фитоценозов. Выпас действует на геосистемы лугов двояко: прямо - избирательно скусываются растения, косвенно - через уплотнение почвы и изменение ее водно-воздущного и солевого режима. В результате высокотравные и малоустойчивые к выпасу растения сменяются пастбищным низко-травьем - подорожником средним, клевером ползучим, одуванчиком лекарственным, лапчаткой гусиной и др. Подобные изменения луговых геосистем (пастбищная дигрессия) нами наблюдалась в окрестностях сел Ко-ларово, Тахтамышев и Черная Речка. При пастбищной дигрессии уменьшается видовое богатство фитоценоза, упрощается структура, снижается общее проективное покрытие. Для сельскохозяйственных нужд в исследуемом районе было построено несколько прудов, один из них на месте оз. Калмацкое (0,43 км2) (рис. 5). Особенно большого размаха строительство достигло в районе деревни Черная Речка. Здесь построена сеть мелиоративных каналов. С каждым годом все больше территорий переходит в разряд селитебных зон. Увеличился объем площадей, где наблюдается неконтролируемый рост территорий, занимаемых пригородными садовыми и дачными участками. Анализ топографических карт 1982 и 1998 гг., а также натурные наблюдения позволили сделать вывод о возрастании площади дачных поселков на изучаемой территории. Более чем в два раза возросла площадь дачных поселков в районе Нижнего Склада, появились новые дачные поселки в пригородной зоне Томска у Тимирязево. Особенно много таких участков на левобережье Томи в окрестностях города Томска (рис. 6). Рис. 4. Ландшафты, отведенные под пашни (сравнение аэрофотоснимка 1954 г. и космического снимка 2011 г., пашни отмечены жирными линиями) Рис. 5. Ландшафты поймы реки Томи, отведенные под гидростроительство (сравнение аэрофотоснимка 1954 г. и космического снимка 2011 г.) 1972 год 2011 год садовые участки Рис. 6. Ландшафты поймы реки Томи в окрестностях города Томска, занимаемые садовыми участками в 1972 и 2011 гг. Таким образом, изменения ландшафтов поймы Томи связаны как с естественным функционированием и направленной динамикой, так и с существенной антропогенной модификацией. Функционирование пойменных ландшафтов создаёт динамическое равновесие основных параметров структуры ландшафтов, и они испытывают лишь периодические колебания. Направленная динамика пойменных ландшафтов изучаемой территории имеет характер постепенного количественного накопления элементов новой структуры. Например, в результате эро-зионно-аккумулятивной деятельности рек пойменные геосистемы эволюционируют от ПТК песчаных побоч-ней прирусловой поймы с пионерной растительностью в сторону хорошо дренируемых ПТК грив центральной поймы с лесами и разнотравно-злаковыми лугами на аллювиальных дерновых почвах. Антропогенной модификации в той или иной степени подвержены почти все геосистемы в окрестностях Томска. Вектор динамики геосистем здесь направлен в сторону значительного иссушения пойменных ПТК вследствие снижения уровня грунтовых вод, произошедшего из-за наложившихся друг на друга антропогенных факторов: посадки уровня реки Томи из-за добычи песчано-гравийной смеси, деятельности Томского водозабора, мелиоративных работ, вырубки лесов под пашни. Нарушение режимов по-ёмности привело к своеобразному «скачку» почти всех урочищ поймы на одну ступень вверх в параге-нетическом ряду пойменных геосистем. При условии продолжения действия вышеперечисленных факторов произойдёт окончательная трансформация высокой поймы Томи в окрестностях Томска в молодую «антропогенную» надпойменную террасу.

Скачать электронную версию публикации