Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов Нижнего Поволжья
Абразионная переработка берегов - актуальная проблема для
крупных водохранилищ Нижнего Поволжья и других регионов России. Только в
береговой зоне Волгоградского водохранилища вследствие этого процесса
ежегодно теряется около 3 км2 земель. Существующие методы защиты
берегов связаны с созданием бетонных конструкций, имеющих высокое
сопротивление размыву. Они чрезвычайно дороги и в большинстве случаев
не доступны бюджетам сельских муниципальных образований, страдающих от
абразии.
Предлагается дешевый и экологичный метод защиты берегов крупных водохранилищ от абразии.
В основе метода лежит создание на
отмели водохранилища полосы насаждений тростника обыкновенного.
Изложены биологические особенности тростника обыкновенного как основного
компонента берегоукрепительных сооружений. Разработаны сроки и этапы
проведения работ применительно к условиям Волгоградского водохранилища.
Основным результатом применения нашей методики является полное прекращение абразионной переработки берега на
соответствующем участке. Дан обзор положительных качеств тростниковых
насаждений, их биоценотическая, барьерная и водозащитная роль в
прибрежных экосистемах. Применение изложенного метода позволит сохранить для народного хозяйства десятки гектаров ценнейших прибрежных земель ежегодно, в частности, орошаемой пашни, земель
населенных пунктов, объектов инфраструктуры. Кроме непосредственной
выгоды, связанной с сохранением земельных ресурсов, снизится
интенсивность неблагоприятных процессов, связанных с размывом берегов -
заполнения чаши водохранилища наносами (заиления), ухудшения санитарных
качеств воды. Ввиду широчайшей географической распространенности
тростника описанная в настоящей работе технология укрепления берегов
может быть применена практически на всех равнинных водохранилищах
России.
С начала заполнения Волгоградского водохранилища прошло 56 лет. Все эти годы на его берегах активно развиваются абразионные процессы. Хотя переформирование берегов - процесс, затухающий во времени, до сих пор он протекает весьма интенсивно. Размыв берегов большей или меньшей степени угрожает десяткам населенных пунктов на берегах водохранилища. Не останавливаясь подробно на других негативных следствиях абразии, можно сказать, что защита берегов является актуальной хозяйственной и экологической проблемой. Существующие методы защиты берегов связаны с созданием бетонных конструкций, имеющих высокое сопротивление размыву. Они чрезвычайно дороги и в большинстве случаев не доступны бюджетам сельских муниципальных образований, страдающих от абразии. Таким образом, пока укреплено менее 1 % береговой линии Волгоградского водохранилища. Нами предлагается дешевый, экологичный и эффективный способ создания берегозащитных сооружений, основанный на использовании естественной околоводной растительности. Наши многочисленные наблюдения за ходом процессов на берегах показывают, что плотные группы растений, если им удается закрепиться на отмели, сводят к нулю процесс абразии. Метод разработан для геолого-геоморфологических условий левого берега водохранилища, сложенного плотными глинистыми четвертичными отложениями.
Южнее устья Ерусланского залива по левому берегу водохранилища абрадируется глинистая хвалынская морская равнина. Темпы абразионной переработки берегов здесь до настоящего времени высоки. Отступление бровки берега на разных участках составляет 2-5 м в год. До 3 км2 ценных прибрежных земель теряется ежегодно на Волгоградском водохранилище (преимущественно на левобережье) вследствие размыва [11]. Вдоль берега выработана абразионная отмель шириной до 200 м и более. Аккумулятивные продукты в подводной части отмели представлены песком, который заполняет вертикальные трещины выветривания в хвалынских глинах. Поверхность подводной отмели обычно лишена аккумулятивных накоплений. На поверхности надводной отмели (бенча) аккумулятивный песчаный слой очень маломощный, прерывистый. Песок, глиняная галька и растительный мусор едва прикрывают поверхность плотных морских (хвалынских) глин. На таком субстрате не может расти ни одно растение.
С начала заполнения Волгоградского водохранилища прошло 56 лет. Все эти годы на его берегах активно развиваются абразионные процессы. Хотя переформирование берегов - процесс, затухающий во времени, до сих пор он протекает весьма интенсивно. Размыв берегов большей или меньшей степени угрожает десяткам населенных пунктов на берегах водохранилища. Не останавливаясь подробно на других негативных следствиях абразии, можно сказать, что защита берегов является актуальной хозяйственной и экологической проблемой. Существующие методы защиты берегов связаны с созданием бетонных конструкций, имеющих высокое сопротивление размыву. Они чрезвычайно дороги и в большинстве случаев не доступны бюджетам сельских муниципальных образований, страдающих от абразии. Таким образом, пока укреплено менее 1 % береговой линии Волгоградского водохранилища. Нами предлагается дешевый, экологичный и эффективный способ создания берегозащитных сооружений, основанный на использовании естественной околоводной растительности. Наши многочисленные наблюдения за ходом процессов на берегах показывают, что плотные группы растений, если им удается закрепиться на отмели, сводят к нулю процесс абразии. Метод разработан для геолого-геоморфологических условий левого берега водохранилища, сложенного плотными глинистыми четвертичными отложениями.
Южнее устья Ерусланского залива по левому берегу водохранилища абрадируется глинистая хвалынская морская равнина. Темпы абразионной переработки берегов здесь до настоящего времени высоки. Отступление бровки берега на разных участках составляет 2-5 м в год. До 3 км2 ценных прибрежных земель теряется ежегодно на Волгоградском водохранилище (преимущественно на левобережье) вследствие размыва [11]. Вдоль берега выработана абразионная отмель шириной до 200 м и более. Аккумулятивные продукты в подводной части отмели представлены песком, который заполняет вертикальные трещины выветривания в хвалынских глинах. Поверхность подводной отмели обычно лишена аккумулятивных накоплений. На поверхности надводной отмели (бенча) аккумулятивный песчаный слой очень маломощный, прерывистый. Песок, глиняная галька и растительный мусор едва прикрывают поверхность плотных морских (хвалынских) глин. На таком субстрате не может расти ни одно растение.
Методика создания берегозащитных насаждений
Методика создания волногасящих насаждений начала разрабатываться под
руководством Ю.П. Бялловича на Каховском водохранилище еще в 1957 году.
В дальнейшем результаты наблюдений за волногасящими насаждениями и
методика их создания неоднократно публиковались ([1] и др.), однако не
нашли широкого применения несмотря на все свои положительные качества
(простота, дешевизна, экологическая чистота, эффективность). Интересно,
что хотя инженерные гидрологические расчеты действительно показывают
невозможность существования прибрежной растительности при высоте волн
более 60 см [2], растительность эта существует и при больших высотах
волн (1,5-2 м) и успешно защищает берега [1]. П.Ф. Химиным [ 16] проводились опыты по выращиванию волногасящих насаждений
на отмелях Цимлянского водохранилища. Работы проводились на территории
Калачевского и Нижнечирского мехлесхозов в 1964-1970 годах. Во всех
случаях речь шла о насаждениях кустарниковых ив. Нами изучена роль
зарослей тростника Phragmites communis как фактора переработки берегов
Волгоградского водохранилища [13].
Тростник обыкновенный - характернейшее растение берегов водоемов. Распространен на всей территории России и зарубежной Европы, кроме Арктики. Растет как в прибрежной зоне водоемов, до глубины 1,5 м, так и в наземных условиях, при неглубоком залегании грунтовых вод. Стебель с многочисленными узлами, до 5 м высотой. Корневище очень ветвистое. Лист ланцетно-линейный или линейный, 5-25 мм шириной, плоский. Метелка крупная, до 30 см длиной. Колоски 6-17 мм длиной, 3-7 - цветковые, темно-фиолетовые; колосковые чешуи ланцетные, нижняя 2,55 мм длиной, верхняя 3-9 мм длиной. Нижняя цветковая чешуя кожисто-перепончатая, с шиловидным острием, превышающим длину чешуи. Цветет в июле-августе, плодоносит в августе-сентябре, не ежегодно. В одном соцветии образуется до 50-100 тыс. зерновок. Минимальная температура прорастания 8-10 °С, оптимальная температура прорастания 20 °С. Прорастание идет на свету, с поверхности почвы или с глубины не более 0,5-1,0 сантиметров. Семена жизнеспособны один год. Очень активно размножается корневищами. Типичный пирофит, прекрасно восстанавливается после выжигания сухих побегов [17, с. 606].
Предлагаемый нами метод укрепления размываемых берегов заключается в создании условий для произрастания тростника и рогоза на абразионной отмели. Как уже говорилось, препятствием для произрастания этих видов на отмели в настоящее время является исключительная плотность грунта и отсутствие рыхлых наносов. Ветровые волны не являются лимитирующим фактором распространения тростника. В качестве примера можно привести побережья Северного Прикаспия, сплошь поросшие тростником. Ширина тростниковых крепей достигает нескольких километров. Внешний край этих зарослей подвергается активному воздействию ветровых волн. Высота волн в северной мелководной части Каспийского моря достигает 2 м при длине волны 10 метров [3, с. 541]. Это сопоставимо с характеристиками волн крупных водохранилищ. На Волгоградском водохранилище повторяемость волн высотой более 2 м на самых широких участках (Ерусланский створ) составляет 0,57 %, на остальной акватории их повторяемость измеряется сотыми долями процента [15].
Создание берегоукрепительного насаждения начинается с выпахивания вдоль уреза воды борозд глубиной 30-40 сантиметров. Ширина зоны пропашки должна составлять не менее 5 метров. Она не будет препятствовать размыву берега, абразия будет по-прежнему интенсивной, и рыхлый материал очень быстро заполнит борозду. Этот материал и послужит субстратом для околоводной растительности. Результаты этих мероприятий - прекращение абразии - будут очевидны уже в первый сезон. Указанные земляные работы можно выполнять любым гусеничным трактором, необходимо лишь подобрать прицепные устройства, подходящие для плотного грунта. Бенч сложен плотным грунтом и позволит работать трактору с механизмом. Пологие спуски на отмель можно с минимальными затратами оборудовать в устьевых частях заливов. График проведения работ должен быть увязан с режимом уровней водохранилища. На Волгоградском водохранилище земляные работы удобнее всего проводить в первой декаде мая, при низком уровне воды в водохранилище. В течение летних месяцев «защитное сооружение» успеет сформироваться. Специальных мероприятий по посадке тростника проводить не нужно, так как в воде водохранилища содержится огромное количество семян. Водой переносятся также обрывки корневищ, которые легко укореняются. Дополнительной защитой берегов служат естественные заросли рдеста пронзеннолистного Potamogeton, которые почти сплошной полосой тянутся по мелководьям водохранилища, в интервале глубин 0,5-2 метров. Эти густые заросли, безусловно, служат препятствием для волн и уменьшают подвижность воды у берегов.
При посадке необходимо учитывать биологические особенности тростника обыкновенного. В начальной фазе развития его побеги плохо переносят подъем уровня воды более чем на 0,5 м выше верхней точки роста [1]. Поэтому работы по созданию берегоукрепительных насаждений следует проводить в строго определенные сроки, сообразно с уровенным режимом водохранилища. В первых числах мая проводится пропашка борозд вдоль береговой линии. При последующем кратковременном подъеме уровня воды борозда заполняется рыхлым субстратом и в нем начинается развитие корневищ и побегов. В первой половине июня, когда уровень воды вновь снижен, молодые ростки тростника активно растут, и к моменту подъема уровня воды (последняя декада июня) верхушки побегов уже выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ).
В последующие годы отмерший клиф в ходе естественных склоновых процессов выполаживается. У его основания, между отмершим кли-фом и полосой пропашки, формируется осыпь с уклонами 30-40°. Осыпь постепенно зарастает в нижней части тростником, а в верхней - зональной травянистой растительностью. Такие берега сейчас можно наблюдать на многочисленных заливах водохранилища, где абразионная переработка давно прекратилась. Этапы формирования защитного насаждения показаны на рисунке.
Тростник обыкновенный - характернейшее растение берегов водоемов. Распространен на всей территории России и зарубежной Европы, кроме Арктики. Растет как в прибрежной зоне водоемов, до глубины 1,5 м, так и в наземных условиях, при неглубоком залегании грунтовых вод. Стебель с многочисленными узлами, до 5 м высотой. Корневище очень ветвистое. Лист ланцетно-линейный или линейный, 5-25 мм шириной, плоский. Метелка крупная, до 30 см длиной. Колоски 6-17 мм длиной, 3-7 - цветковые, темно-фиолетовые; колосковые чешуи ланцетные, нижняя 2,55 мм длиной, верхняя 3-9 мм длиной. Нижняя цветковая чешуя кожисто-перепончатая, с шиловидным острием, превышающим длину чешуи. Цветет в июле-августе, плодоносит в августе-сентябре, не ежегодно. В одном соцветии образуется до 50-100 тыс. зерновок. Минимальная температура прорастания 8-10 °С, оптимальная температура прорастания 20 °С. Прорастание идет на свету, с поверхности почвы или с глубины не более 0,5-1,0 сантиметров. Семена жизнеспособны один год. Очень активно размножается корневищами. Типичный пирофит, прекрасно восстанавливается после выжигания сухих побегов [17, с. 606].
Предлагаемый нами метод укрепления размываемых берегов заключается в создании условий для произрастания тростника и рогоза на абразионной отмели. Как уже говорилось, препятствием для произрастания этих видов на отмели в настоящее время является исключительная плотность грунта и отсутствие рыхлых наносов. Ветровые волны не являются лимитирующим фактором распространения тростника. В качестве примера можно привести побережья Северного Прикаспия, сплошь поросшие тростником. Ширина тростниковых крепей достигает нескольких километров. Внешний край этих зарослей подвергается активному воздействию ветровых волн. Высота волн в северной мелководной части Каспийского моря достигает 2 м при длине волны 10 метров [3, с. 541]. Это сопоставимо с характеристиками волн крупных водохранилищ. На Волгоградском водохранилище повторяемость волн высотой более 2 м на самых широких участках (Ерусланский створ) составляет 0,57 %, на остальной акватории их повторяемость измеряется сотыми долями процента [15].
Создание берегоукрепительного насаждения начинается с выпахивания вдоль уреза воды борозд глубиной 30-40 сантиметров. Ширина зоны пропашки должна составлять не менее 5 метров. Она не будет препятствовать размыву берега, абразия будет по-прежнему интенсивной, и рыхлый материал очень быстро заполнит борозду. Этот материал и послужит субстратом для околоводной растительности. Результаты этих мероприятий - прекращение абразии - будут очевидны уже в первый сезон. Указанные земляные работы можно выполнять любым гусеничным трактором, необходимо лишь подобрать прицепные устройства, подходящие для плотного грунта. Бенч сложен плотным грунтом и позволит работать трактору с механизмом. Пологие спуски на отмель можно с минимальными затратами оборудовать в устьевых частях заливов. График проведения работ должен быть увязан с режимом уровней водохранилища. На Волгоградском водохранилище земляные работы удобнее всего проводить в первой декаде мая, при низком уровне воды в водохранилище. В течение летних месяцев «защитное сооружение» успеет сформироваться. Специальных мероприятий по посадке тростника проводить не нужно, так как в воде водохранилища содержится огромное количество семян. Водой переносятся также обрывки корневищ, которые легко укореняются. Дополнительной защитой берегов служат естественные заросли рдеста пронзеннолистного Potamogeton, которые почти сплошной полосой тянутся по мелководьям водохранилища, в интервале глубин 0,5-2 метров. Эти густые заросли, безусловно, служат препятствием для волн и уменьшают подвижность воды у берегов.
При посадке необходимо учитывать биологические особенности тростника обыкновенного. В начальной фазе развития его побеги плохо переносят подъем уровня воды более чем на 0,5 м выше верхней точки роста [1]. Поэтому работы по созданию берегоукрепительных насаждений следует проводить в строго определенные сроки, сообразно с уровенным режимом водохранилища. В первых числах мая проводится пропашка борозд вдоль береговой линии. При последующем кратковременном подъеме уровня воды борозда заполняется рыхлым субстратом и в нем начинается развитие корневищ и побегов. В первой половине июня, когда уровень воды вновь снижен, молодые ростки тростника активно растут, и к моменту подъема уровня воды (последняя декада июня) верхушки побегов уже выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ).
В последующие годы отмерший клиф в ходе естественных склоновых процессов выполаживается. У его основания, между отмершим кли-фом и полосой пропашки, формируется осыпь с уклонами 30-40°. Осыпь постепенно зарастает в нижней части тростником, а в верхней - зональной травянистой растительностью. Такие берега сейчас можно наблюдать на многочисленных заливах водохранилища, где абразионная переработка давно прекратилась. Этапы формирования защитного насаждения показаны на рисунке.
Если проводить работы в указанные сроки, то затраты на обустройство защитных насаждений складываются из следующих статей:
1) горюче-смазочные материалы и амортизация техники;
2) оплата труда тракториста;
3) незначительные земляные работы по оборудованию спусков на отмель для трактора (в случае необходимости).
Рисунок. Этапы формирования берегоукрепительного насаждения:
1 - закладка полосы пропашки на отмели в период сработки водохранилища (май); 2 - развитие тростника в пределах борозды (первый летний сезон после закладки борозды); 3 - выполаживание отмершего клифа и зарастание его тростником и зональной растительностью; НПУ - нормальный подпорный уровень водохранилища; УС - уровень сработки
1 - закладка полосы пропашки на отмели в период сработки водохранилища (май); 2 - развитие тростника в пределах борозды (первый летний сезон после закладки борозды); 3 - выполаживание отмершего клифа и зарастание его тростником и зональной растительностью; НПУ - нормальный подпорный уровень водохранилища; УС - уровень сработки
Практически эти работы может провести любой хозяйствующий субъект, вплоть до садоводческого товарищества и отдельного фермера.
Стоимость
одного погонного километра защитных сооружений приближается к стоимости
дизельного топлива, необходимого трактору для обработки этого участка.
Основным результатом применения нашей методики является полное прекращение абразионной переработки берега на соответствующем участке. Помимо способности защищать берега от абразионного разрушения, следует отметить и другие положительные особенности тростниковых сообществ на берегах водоемов. Умеренное зарастание акватории (до 20 % площади) благоприятно влияет на развитие прибрежной фауны [12, с. 118]. На Волгоградском водохранилище мелководья с развитой высшей водной растительностью занимают пока 10,5 % акватории водохранилища, и процесс зарастания развивается в последние годы медленно [8, с. 11]. Ведущая роль в зарастании мелководий принадлежит именно сообществам тростника обыкновенного и рдеста пронзеннолистного.
Биомасса тростника, особенно молодые побеги, используются в пищу животными различных систематических групп. Установлено, что с зарослями тростника имеют пищевые связи 85 видов беспозвоночных и позвоночных животных [10]. Среди диких животных активными потребителями биомассы тростника являются многие водоплавающие птицы, ондатра, водяная полевка. Заросли тростника - это и важнейший биотоп береговой зоны, место нереста, обитания и нагула молоди частиковых рыб, место гнездования водоплавающих птиц.
Положительная роль тростника связана также с участием в процессах самоочищения водоема, где его заросли выполняют следующие функции [14]:
1. Механическая очистка - задерживание взвешенных и слаборастворимых органических веществ.
2. Минерализация и окисление загрязнителей.
3. Детоксикация органических загрязнителей. Доказано, что в присутствии тростни-
ка более интенсивно протекает разрушение нефтяных загрязнений.
4. Накопление в тканях некоторых опасных загрязнителей, в частности, тяжелых металлов и пестицидов [4; 5]. В условиях Нижнего Поволжья тростник является видом-концентратором меди и никеля [7].
Кроме того, тростник обладает фитонцидной активностью. Водные экстракты стеблей и корневищ тростника в эксперименте приводят к угнетению некоторых сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды [9].
Выводы
Применение изложенного метода позволит сохранить для народного хозяйства десятки гектаров ценнейших прибрежных земель ежегодно, в частности, орошаемой пашни, земель населенных пунктов, объектов инфраструктуры. Кроме непосредственной выгоды, связанной с сохранением земельных ресурсов, снизится интенсивность неблагоприятных процессов, связанных с размывом берегов - заполнения чаши водохранилища наносами (заиления), ухудшения санитарных качеств воды.
Полоса тростниковых зарослей вдоль берега будет выполнять также дополнительную функцию - служить очистным сооружением, утилизирующим поступающие в водоем с берега биогенные загрязнители (животноводческие стоки, минеральные удобрения) и, отчасти, нефтепродукты и тяжелые металлы. Тростниковые насаждения уже многие десятилетия используются в сооружениях биологической очистки сточных вод и свойства их в этом отношении хорошо изучены [6]. Ввиду широчайшей географической распространенности тростника описанная в настоящей работе технология укрепления берегов может быть применена практически на всех равнинных водохранилищах России.
Основным результатом применения нашей методики является полное прекращение абразионной переработки берега на соответствующем участке. Помимо способности защищать берега от абразионного разрушения, следует отметить и другие положительные особенности тростниковых сообществ на берегах водоемов. Умеренное зарастание акватории (до 20 % площади) благоприятно влияет на развитие прибрежной фауны [12, с. 118]. На Волгоградском водохранилище мелководья с развитой высшей водной растительностью занимают пока 10,5 % акватории водохранилища, и процесс зарастания развивается в последние годы медленно [8, с. 11]. Ведущая роль в зарастании мелководий принадлежит именно сообществам тростника обыкновенного и рдеста пронзеннолистного.
Биомасса тростника, особенно молодые побеги, используются в пищу животными различных систематических групп. Установлено, что с зарослями тростника имеют пищевые связи 85 видов беспозвоночных и позвоночных животных [10]. Среди диких животных активными потребителями биомассы тростника являются многие водоплавающие птицы, ондатра, водяная полевка. Заросли тростника - это и важнейший биотоп береговой зоны, место нереста, обитания и нагула молоди частиковых рыб, место гнездования водоплавающих птиц.
Положительная роль тростника связана также с участием в процессах самоочищения водоема, где его заросли выполняют следующие функции [14]:
1. Механическая очистка - задерживание взвешенных и слаборастворимых органических веществ.
2. Минерализация и окисление загрязнителей.
3. Детоксикация органических загрязнителей. Доказано, что в присутствии тростни-
ка более интенсивно протекает разрушение нефтяных загрязнений.
4. Накопление в тканях некоторых опасных загрязнителей, в частности, тяжелых металлов и пестицидов [4; 5]. В условиях Нижнего Поволжья тростник является видом-концентратором меди и никеля [7].
Кроме того, тростник обладает фитонцидной активностью. Водные экстракты стеблей и корневищ тростника в эксперименте приводят к угнетению некоторых сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды [9].
Выводы
Применение изложенного метода позволит сохранить для народного хозяйства десятки гектаров ценнейших прибрежных земель ежегодно, в частности, орошаемой пашни, земель населенных пунктов, объектов инфраструктуры. Кроме непосредственной выгоды, связанной с сохранением земельных ресурсов, снизится интенсивность неблагоприятных процессов, связанных с размывом берегов - заполнения чаши водохранилища наносами (заиления), ухудшения санитарных качеств воды.
Полоса тростниковых зарослей вдоль берега будет выполнять также дополнительную функцию - служить очистным сооружением, утилизирующим поступающие в водоем с берега биогенные загрязнители (животноводческие стоки, минеральные удобрения) и, отчасти, нефтепродукты и тяжелые металлы. Тростниковые насаждения уже многие десятилетия используются в сооружениях биологической очистки сточных вод и свойства их в этом отношении хорошо изучены [6]. Ввиду широчайшей географической распространенности тростника описанная в настоящей работе технология укрепления берегов может быть применена практически на всех равнинных водохранилищах России.
Солодовников Денис Анатольевич
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет
Курсакова Надежда Александровна
Аспирант кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет
Комментариев нет:
Отправить комментарий