Изменения почвенного покрова островов Куйбышевского водохранилища во времени под влиянием водного режима

Том 152, кн. 4

Естественные науки

2010

УДК 631.48

ИЗМЕНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ОСТРОВОВ КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА ВО ВРЕМЕНИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ВОДНОГО РЕЖИМА

Б.Р. Григорьян, В.И. Кулагина Аннотация

Впервые изучена динамика почвенного покрова островов Куйбышевского водохранилища в зоне подтопления. При исследовании принимались во внимание два аспекта: генезис почв в зависимости от происхождения острова и влияние изменений гидрологического режима. Установлено, что в пойменных почвах в зоне подтопления усиливаются со временем признаки гидроморфизма. Почвы второй надпойменной террасы в зоне подтопления постепенно теряют признаки зональных почв.

Ключевые слова: острова водохранилищ, почвенный покров, подтопление почв.

Введение

В результате создания равнинных водохранилищ подтоплению подвергаются сотни тысяч гектаров прилегающих земель. Подтопление накладывается как на бывшие зональные, так и на пойменные почвы, что приводит к изменению свойств подтопленных земель. Соответственно, изменяется и сельскохозяйственная ценность этих почв, условия их хозяйственного освоения и в целом экологической ситуации. Существенное влияние на направление эволюции почв островов оказывают климатические условия данной зоны, степень подтопления.

В почвах, как в наиболее консервативных природных системах изменения, протекают постепенно. Некоторые процессы происходят относительно быстро, другие занимают десятки и сотни лет. Поскольку массовое строительство водохранилищ в мире пришлось на вторую половину ХХ и начало ХХ1 в., то преобразование почвенного покрова в зоне влияния водохранилищ продолжается до сих пор.

Правильный прогноз динамики почвенного покрова со временем в зоне подтопления водохранилищ является актуальной проблемой во многих странах.

1. Постановка задачи

Изучению подтопления по побережьям водохранилищ посвящено немало исследований, подробные обзоры которых за разные годы приведены в работах Г.В. Добровольского [2] и В.М. Стародубцева [3], в то время как для островных почв равнинных водохранилищ информация практически отсутствует. Между тем функционирование островных почв и их режимы имеют свои особенности даже по сравнению с почвами побережий. Являясь неотъемлемой частью

сложнейшей экосистемы водохранилища, острова с их почвенным покровом также требуют пристального изучения. Кроме того, поскольку острова являются относительно изолированными системами, то они могут послужить хорошей моделью для изучения многих процессов благодаря исключению мешающих факторов, что также важно для прогноза изменения прибрежных почв.

Задача настоящего исследования - на примере Куйбышевского водохранилища определить тренды почвообразовательного процесса островных почв со временем.

2. Результаты исследования

Плотина Куйбышевской ГЭС была построена в 1955 г. Заполнение чаши водохранилища до проектной отметки завершилось в 1957 г.

В акватории Куйбышевского водохранилища образовалось около 800 островов общей площадью 9 тыс. га при нормальном подпорном уровне (НПУ) 53 а.м. Это 1.4% от площади зеркала без учета мелководий, освобождающихся при снижении уровня ниже НПУ.

В незатопленной долине р. Волги, в исследуемой зоне, почвы располагались по элементам рельефа следующим образом. Основная территория центральной поймы была занята луговыми почвами. На пониженных ее участках и в притеррасной пойме встречались аллювиальные болотные и лугово-болотные почвы. На гривах центральной и, особенно, прирусловой поймы были распространены дерновые почвы. Самые высокие элементы поймы, заливавшиеся лишь несколько раз в столетие, были заняты одним их подтипом - аллювиальными дерновыми оподзоленными почвами, которые являются переходными к зональным почвам [1].

Почвы и ландшафты второй надпойменной террасы в целом развивались по зональному типу. Под господствовавшими здесь различными типами лиственных лесов формировались в основном дерново-подзолистые и серые лесные почвы [1]. Особенностью этих зональных почв является слоистость почвообра-зующей породы - древнеаллювиальных или аллювиально-делювиальных отложений.

При заполнении чаши водохранилища вода поднялась на разную высоту в зависимости от расстояния до плотины. Подпор уровня воды у плотины 29 м, он распространяется по Волге до г. Новочебоксарска, по реке Каме - до г. Набережные Челны. Около г. Казани уровень воды поднялся приблизительно на 11 м. Выше по течению уровень поднятия воды постепенно уменьшается.

В результате подъема воды притеррасная пойма и большая часть центральной поймы ушли под воду, следовательно, лугово-болотные, болотные почвы и большая часть луговых почв поймы практически повсеместно оказались под водой, поскольку они занимали самые низкие участки. Ниже г. Казани по течению ушла под воду вся пойма, и подтоплению подверглись участки надпойменных террас, в основном второй надпойменной террасы.

Генезис современных почв островов связан с преобразованием пойменных почв дернового ряда бывшей поймы, а также почв второй надпойменной террасы, развивавшихся долгое время по зональному типу.

Острова от первой надпойменной террасы на Куйбышевском водохранилище имеют незначительное распространение: обнаруживается несколько единичных мелких островов выше Казани. Это связано с тем, что первая надпойменная терраса являлась низкой террасой и была развита на Волге фрагментарно. Поэтому именно пойменные острова и острова от второй надпойменной террасы преобладают на исследуемом участке водохранилища.

Поскольку эти участки речной долины и их почвы имеют разную историю развития, преобразование почв на пойменных островах и островах от второй надпойменной террасы отличается.

Некоторые современные пойменные острова существовали еще до создания водохранилища, после они только уменьшились по площади. Другие были образованы затоплением большей части поймы. На рис. 1 представлены стадии преобразования почвенного покрова пойменного острова, какие встречаются в волжском отроге водохранилища выше г. Казани. Как видно из рисунка, аллювиальные болотные, лугово-болотные и почти все аллювиальные луговые почвы прежней поймы оказались под водой в результате заполнения водохранилища. Сразу после создания водохранилища структура почвенного покрова островов отличалась большей однородностью, чем в настоящее время.

Наиболее известны классификации почв речных долин, составленные В.Р. Вильямсом [4], В.И. Шрагом [5] и Г.В. Добровольским [6]. В «Классификации и диагностике почв СССР», изданной в 1977 г. [7], также имеется раздел, посвященный аллювиальным почвам. При классификации и диагностике островных почв за основу нами была взята схема Г.В. Добровольского [6], который выделяет аллювиальные почвы дернового, лугового и болотного рядов, а также почвы, встречающиеся на редко заливаемых участках пойм, - переходные к зональным. Однако почвы, подтопленные в результате создания водохранилищ, в том числе и островные почвы, не совсем соответствуют почвам ненарушенных долин. Часть встречающихся на островах почв действительно похожа на почвы нормальных пойм, в некоторых из них есть особенности, которые настоящим пойменным почвам не присущи. Связано это в основном с изменениями водного режима, который в данных экосистемах является ведущим фактором. Классификация и диагностика этих почв затруднены, так как многие из них находятся на промежуточных стадиях эволюции и обладают переходным обликом и свойствами, не вполне вписываются в существующие классификационные схемы. Это послужило причиной разработки своего варианта классификации островных почв, в основу которого положена классификация почв Добровольского [8]. Новая классификация почв России 2004 г. была составлена позже [9], поэтому мы будем пользоваться своим вариантом классификации, но одновременно, по возможности, будем приводить и новые названия.

Современный почвенный покров пойменных островов образовался в основном из почв, которые в прежней пойме относились только к одному типу -аллювиальным дерновым (аллювиальные серогумусовые по Классификации почв России 2004 г.).

а)

Рис. 1. Почвенный покров поймы и пойменных островов: а) почвенный покров поймы до создания водохранилища; б) почвенный покров пойменного острова сразу после создания водохранилища. Условные обозначения:

Ад и Адоп - аллювиальные дерновые обычные и аллювиальные дерновые оподзоленные почвы

Ал и Алб - аллювиальные луговые и аллювиальные лугово-болотные почвы

''У **..'Л'.1

ТВ

Аб - аллювиальные болотные почвы

В результате образования Куйбышевского водохранилища и поднятия уровня воды часть этих почв, расположенных невысоко над нормальным подпорным уровнем (НПУ) водохранилища, начала активно трансформироваться. Признаки переувлажнения обычно отчетливо выражены в нижней части профиля при залегании почв на 0.6-1 м выше НПУ, и по всему профилю - при залегании на 0.4-0.6 м выше НПУ.

Первые почвы претерпевают процесс перехода в аллювиальные дерновые вторично оглеенные (аллювиальные серогумусовые оглеенные по Классификации почв России) и в гораздо меньшей степени в луговые почвы (аллювиальные темногумусовые гидрометаморфические), вторые - в аллювиальные луго-во-болотные (аллювиальные серогумусовые глеевые). Расположение почв по рельефу показано на рис. 2.

а)

Рис. 2. Почвенный покров пойменного острова через 35-50 лет после создания водохранилища: а) общая схема расположения; б) увеличенный фрагмент - почвенный покров пойменного острова крупно. Условные обозначения:

Ад и Адоп - аллювиальные дерновые обычные и аллювиальные дерновые оподзоленные почвы

Ал и Алб - аллювиальные луговые и аллювиальные лугово-болотные почвы Ад"- аллювиальные дерновые вторично оглеенные

К моменту обследования почвы данных подтипов достаточно четко отличались по морфологическим признакам и между собой, и от аллювиальных дерновых (аллювиальных серогумусовых типичных) почв, продуктом трансформации которых они являются.

На островах от второй надпойменной террасы зональные почвы на низких участках (ниже 1-1.5 м над НПУ) не потеряли полностью свой морфологический облик, но имеют заметные признаки оглеения или временного переувлажнения по всему профилю или его части.

По нашему мнению почвы средней степени подтопления следует называть именно аллювиальными дерновыми вторично оглеенными, а не аллювиальными луговыми. Именно эти почвы являются показателем отличия водного режима ненарушенной поймы от зоны подтопления водохранилища. В прежней незаре-

гулированной реке (Волге или Каме) не существовало суточных и недельных колебаний уровня воды. В настоящее время на Куйбышевском водохранилище они составляют более 1 м. Вслед за изменениями уровня воды в водохранилище изменяется и уровень грунтовых вод на прилегающей территории. Особенно тесная связь грунтовых вод с уровнем воды в водохранилище наблюдается на полосе прибрежной зоны и на островах водохранилища. В результате формируются почвы с своеобразными обликом и свойствами. Обычно они имеют легкий гранулометрический состав - большая часть профиля сложена песчаными или супесчаными отложениями.

Они содержат мало гумуса и гумусовый горизонт у них маленькой мощности (5-17 см), что не характерно для типичных луговых почв. В них обычно нет ярко выраженных признаков оглеения, как в луговых, хотя сизоватые пятна и прослойки попадаются. Часто в них встречаются признаки временного переувлажнения в виде ржавых пятен. Ржавые и сизые пятна появились уже после вторичного подтопления, то есть в течение последних 35-50 лет. Содержание гумуса имеет тенденцию к увеличению, но разница с аллювиальными дерновыми пока не достоверна.

Почвы, расположенные на высоте 0.4-0.6 м над НПУ, превращаются в аллювиальные лугово-болотные, имеющие признаки оглеения или временного переувлажнения по всему профилю. При расположении этих почв в центральной части островов в них встречаются даже железистые цементации, при расположении на берегу острова содержание железа и железистых новообразований в почвах очень невелико.

Наиболее сложный путь развития прошли почвы второй надпойменной террасы. Ниже г. Казани вода поднялась настолько, что затопила всю пойму. Острова образованы в основном незатопленными фрагментами второй надпойменной террасы (рис. 3).

Вторая надпойменная терраса в нижней части волжского отрога дает основную часть островов.

Время формирования второй надпойменной террасы в долинах рек Волж-ско-Камского бассейна определяется интервалом в 10-30 тыс. лет [1]. Сначала она была пойменной террасой, заливалась половодьем, на ней образовались пойменные почвы. Затем, 12-30 тыс. лет назад, она вышла из режима регулярной поемности, перестала заливаться половодьем. В результате геоморфологических процессов образовалась так называемая высокая терраса, возвышающаяся над меженным уровнем на 16-22 м [1]. С этого времени почвообразовательные процессы на поверхности второй надпойменной террасы пошли по зональному типу. К моменту создания водохранилища на слоистых аллювиальных или аллювиально-делювиальных отложениях сформировались зональные почвы - серые лесные и дерново-подзолистые (рис. 3).

Часто в дерново-подзолистых почвах верхняя часть профиля сложена более легкими древнеаллювиальными отложениями, иногда с эоловой переработкой, а нижняя часть профиля (горизонт В и ниже) - делювиальными отложениями. В серых лесных почвах наблюдается обратное залегание слоев почвообразую-щих пород.

а)

III надпойменная

уровень воды в паводок до затопления

уровень воды в межень до затопления

б)

III надпойменная

Рис 3. Происхождение и почвенный покров островов от II надпойменной террасы: а) почвенный покров II надпойменной террасы до создания водохранилища; б) почвенный покров островов от II надпойменной террасы через 35 лет после создания водохранилища. Условные обозначения: Л - серые лесные; Л" - серые лесные вторично оглеен-ные; Пд - дерново-подзолистые; Пд" - дерново-подзолистые вторично оглеенные

В результате подъема воды зональные почвы, находящиеся на высоте не более 1.5 м над нормальным подпорным уровнем водохранилища, опять оказались в пойменном режиме и начали испытывать подтопление и периодическое затопление. Почвы, занимающие высокие участки вновь образованных островов, продолжают развиваться по зональному типу, но в подтопляемых почвах направление почвообразовательных процессов изменилось (рис. 4).

Постепенно исчезает, маскируется белесая присыпка, растет гумусовый горизонт. Серые лесные почвы в зоне сильного и среднего подтопления приобретают облик аллювиальных луговых или лугово-болотных почв очень быстро. Через 30-35 лет их практически невозможно отличить при полевом обследовании, особенно, если не знать происхождение данного острова и историю его почвенного покрова.

Примером служит почва, расположенная на острове напротив населенного пункта Болгары.

Разрез 12 был заложен в низине с осокой, вейником и камышом.

Ад 0-3 см.

А^ 3-23 см серый, зернистый, тяжелосуглинистый, много корней, пятна оглеения, плотный, влажный, переход в нижележащий горизонт заметный.

Рис. 4. Карта-схема закладки разреза серой лесной вторично оглеенной почвы

Вg 23-71 см темно-бурый, мелкоореховатый, тяжелосуглинистый, потеки гумуса, пятна оглеения, корни, сырая, плотная.

О 71-85 см сизый, мокрый, оплывающий, среднесуглинистый.

До заполнения чаши водохранилища почва относилась к серым лесным. Данный остров является остатком второй надпойменной террасы. На более высоких участках этого же острова распространены серые лесные почвы, распахивавшиеся за несколько лет до обследования. Серые лесные почвы встречаются также и на других островах той же гряды. Таким образом, нет сомнений, что до создания водохранилища это была обычная серая лесная почва. Более того, об этом свидетельствуют и некоторые морфологические признаки почвы рассматриваемого разреза. Это, например, мелкоореховатая структура горизонта В, характерная для серых лесных почв, а также отсутствие какой-либо отор-фованности или просто мощной войлочной дернины, которые непременно появились бы, если бы почва и до создания водохранилища относилась к переувлажненным: гидроморфным или полугидроморфным.

У дерново-подзолистых почв характерный облик профиля сохраняется дольше. Через 35 лет при сильном подтоплении подзолистый горизонт еще хорошо распознается, несмотря на появившуюся сизоватость и проникающие в него гумусовые затеки из верхнего горизонта. Со временем они полностью замаскируют светлую окраску подзолистого горизонта.

Примером может служить следующий разрез с острова напротив населенного пункта Тетеево в нижней части Волжского отрога. Разрез заложен в 30 м на запад от небольшого болотца (рис. 5).

Растительность: луг с густой и пышной растительностью: герань луговая, мятлик, дербенник иволистный, щавель конский.

Рис. 5. Схема расположения разреза дерново-подзолистой вторично оглеенной почвы

Разрез 218.

А1 0-14 см Сизовато-серый с ржавыми пятнами, среднесуглинистый, комковатый, влажный, твердоватый, переход постепенный.

А2g 14-55 см Сизый с ржавыми пятнами с гумусовыми затеками, легкосуглинистый, бесструктурный, влажный, мягкий, переход постепенный.

Вg 55-70 см Коричневато-оранжевый, тяжелосуглинистый, мелкоорехова-тый, влажный, липкий с сизоватыми пленками по граням структурных отдель-ностей.

С 70 см почвенно-грунтовые воды.

Характерный профиль дерново-подзолистой почвы все еще распознается при морфологическом описании, хотя уже приобрел новые признаки, свойственные гидроморфным почвам: сизые пленки, ржавые пятна.

4. Выводы

Первые годы после создания водохранилища почвенный покров образовавшихся островов имел следующий состав: территория пойменных островов была занята аллювиальными дерновыми почвами, а островов от второй надпойменной террасы - зональными серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами.

Аллювиальные дерновые почвы, расположенные в зоне подтопления водохранилища, за прошедшее время превратились в аллювиальные лугово-болотные и аллювиальные дерновые вторично оглеенные почвы.

В серых лесных почвах, оказавшихся в зоне подтопления, морфологические признаки зональных почв почти исчезли. Через 35 лет при полевом обследовании их можно принять за аллювиальные луговые.

Дерново-подзолистые подтопленные почвы к настоящему моменту сохранили узнаваемый профиль, но в них сформировались четкие морфологические признаки постоянного и временного переувлажнения.

В результате подтопления почвенный покров островов стал более сложным и включает большее количество типов и подтипов почв.

Summary

B.R. Grigoryan, V.I. Kulagina. Variations of Island Soil Cover of the Kuybyshev Water Reservoir with Time under Water Regime.

For the first time the dynamics of the island soil cover of the Kuybyshev reservoir in a flooding zone was studied. Two aspects were taken into consideration: the genesis of soils depending on an island origin and the influence of changes in a hydrological mode. It was established that the signs of hydromorphism in flooding soils become stronger with time. The soils of the second terrace above flood-plain in a flooding zone gradually lose the characteristics of zonal soils.

Key words: islands of water reservoirs, soil cover, soil flooding.

Литература

1. Экологические системы островов Куйбышевского водохранилища. Казанский район переменного подпора. - Казань: Фэн, 2002. - 360 с.

2. Добровольский Г.В. К истории о генезисе и классификации аллювиальных почв // История и методология естественных наук. - М.: Изд -во Моск. ун-та, 1980. — Вып. 2-4. - С. 79-104.

3. Стародубцев В.М. Влияние водохранилищ на почвы. - Алма-Ата: Наука, 1986. -295 с.

4. Вильямс В.Р. Собрание сочинений: в 2 т. - М.: Гос. изд-во с.-х. лит., 1949. - Т. 2. -538 с.

5. Шраг В.И. Пойменные почвы, их мелиорация и сельскохозяйственное использование. - М.: Россельхозиздат, 1969. - 268 с.

6. Добровольский Г.В. Почвы речных пойм центра Русской равнины. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1968. - 294 с.

7. Классификация и диагностика почв СССР. - М.: Колос, 1977. - 223 с.

8. Григорьян Б.Р., Фасхутдинова Т.А., Кулагина В.И., Копосов Г.Ф. Особенности формирования почв островных экосистем Куйбышевского водохранилища // Почвоведение. - 1998. - № 12. - С. 27-33.

9. Классификация почв России. - 2004. - URL: http://soils.narod.ru/index.html, свободный.

Поступила в редакцию 29.06.10

Григорьян Борис Рубенович - кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения Казанского (Приволжского) федерального университета. E-mail: Boris.Grigoryan@ksu.ru

Кулагина Валентина Ивановна - кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения Казанского (Приволжского) федерального университета. E-mail: Valentina.Kulagina@ksu.ru