Сравнительная оценка экологической устойчивости водосборов

При организации хозяйственной деятельности на водосборах наряду с существующими биотическими элементами появляются пахотные земли, вырубки, сенокосы и пастбища, а также относительно новые биотические элементы в виде мелиорированных (орошаемых и осушаемых) земель. Пахотные земли и вырубки относят к антропогенным, а сенокосы и пастбища – к полуприродным элементам (И. П. Айдаров, [14]). Такое деление сельскохозяйственных угодий вытекает из самой сущности этих биотических элементов. Сельскохозяйственная деятельность на пахотных землях создала искусственные экосистемы – агроценозы, то есть высокопродуктивные и неустойчивые экологические системы. Низкая экологическая устойчивость агроценозов связана отсутствием внутренней устойчивости выращиваемых культурных растений.

Полуприродные системы, включающие естественные сенокосы и пастбища, существуют в основном по законам природных систем, обладают высоким биологическим разнообразием и представлены естественными видами растительности. Их экологическая значимость в формировании устойчивости водосборов значительно выше.

В структуре водосборов кроме биотических элементов имеются абиотические элементы в виде урбанизированных территорий (населенные пункты, промышленные зоны и т.п.), экологическая значимость которых отрицательна.

На функционирование водосборов существенно влияет трансформация земельных угодий, осуществляемая человеком для решения экономических задач: увеличение запасов продовольствия, добыча полезных ископаемых, строительство. Так, распашка земель ухудшает структуру водного баланса почв, питание подземных вод и рек, изменяет радиационный баланс, приводит к эрозии почв; обработка полей механизмами ее уплотняет. В целом антропогенные изменения, происходящие на водосборах, ухудшают их экологическое состояние и снижают экологическую устойчивость. При комплексном обустройстве водосборов возникает необходимость оценки их экологического состояния.

Вопросы экологической устойчивости территорий рассматриваются в работах И. П. Айдарова, В. А. Баранова, М. А. Глазовской, А. И. Голованова, Л. В Кирейчевой и др. Вклад в развитие исследований экологической устойчивости ландшафтов Башкортостана внесли работы И. К. Хабирова, Ф. Ш. Гарифуллина, А. В. Шакирова и др. Экологическая устойчивость и устойчивое развитие территорий рассматриваются в работах [13, 14, 141, 158, 160, 161, 197, 205, 255, 265, 269].

Для ориентировочной сравнительной оценки водосборов нами использованы коэффициент экологической устойчивости (стабильности), рекомендуемые в работах [13, 14, 161] и уровень эколого-геохимической устойчивости М.А. Глазовской [96].

Коэффициент экологической устойчивости (стабильности) техноприродных или кавазиприродных систем на водосборах (КЭУ) определяется по формуле:

, /5.1/

где: F – площадь водосбора, га; f_i – площадь i -го угодья, га; – коэффициент стабильности –го угодья. Значения этих коэффициентов выбраны по рекомендациям [160]. Для широколиственных лесов принят 1,0; болот, водотоков и водоемов – 0,79; пастбищ – 0,68; смешанных лесов – 0,63; лугов – 0,62; садов, лесных культур, лесополос – 0,43; хвойных лесов – 0,38; пашен в среднем – 0,14; прочих земель (выходы горных пород, овраги, пески, то есть неиспользуемые земли) – 0,0. Урбанизированные территории резко уменьшают экологическую стабильность водосбора, поэтому для них коэффициент стабильности принимается отрицательным и равным -1 (И.П. Айдаров, [14]);

- коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа, рассматриваемого водосбора. Зависит от уклона поверхности земли и площадей оврагов, крутых склонов, оползней, незакрепленных песков; изменяется от 1 (стабильный рельеф) до 0,7 (нестабильный рельеф).

Эколого-геохимическая устойчивость, выражаемая чувствительностью почв к токсическим воздействиям, оценивается по таблице 5.3.

 

Таблица 5.3 Уровни эколого-геохимической устойчивости

(по М. А. Глазовской)

 

Типы почв	Уровень эколого-геохимической устойчивости
к кислотным воздействиям	к загрязнению тяжелыми металлами
Подзолистая Дерново-подзолистая Серая лесная, чернозем выщелоченный, бурый пустынно-степной Чернозем обыкновенный, чернозем типичный, южный, каштановый Каштановые солонцеватые, бурые пустынно-степные, солонцеватые	очень низкий ниже среднего средний   выше среднего   высокий	низкий средний средний   выше среднего   высокий

 

Для оценки экологической устойчивости водосборов по формуле /5.1/, определены площади различных земельных угодий, формирующих общую площадь водосбора (Таблица 5.4). Сбор информации для выполнения расчетов коэффициентов экологической устойчивости водосборов осуществлен с применением ГИС - технологий путем совмещения карты бассейнов исследуемых рек Башкортостана с соответствующими картами, в их увязке и некоторой схематизации. Картографический материал дополнялся и уточнялся графическим, табличным и иллюстративным материалами.

В качестве ее картографической основы использованы топографические карты Башкортостана масштаба 1:500000 и 1:100000. При создании ГИС собрана следующая тематическая картографическая информация по Республике Башкортостан (РБ): карты бассейнов рек, лесов и защитных лесных полос, земельного фонда, заболоченности и овражной эрозии.

 

Таблица 5.4 Распределение территории водосбора на отдельные виды земельных угодий

 

Водосборы	Площадь i -того угодья, в % от общей площади
лесов	болот, водоемов, водохранилищ	лугов	пастбищ	пашен	урбанизированных территорий	прочие земли
широколиственных	хвойных	лесополос	всего
Сюнь					1,2				5,5	1,3
База					0,2				2,4	0,4
Быстрый Танып					1,1				3,3	1,6
Бирь					1,1				3,3	0,6
Чермасан					0,4				3,8	0,8
Кармасан					1,8				3,4	0,8
Дема					0,9				4,2	0,9
Уса									3,3	0,7
Юрюзань									0,9	0,1
Тюй					1,1				0,7	0,2
Ай									1,8	0,2
Уршак					0,1				4,1	0,8
Уфа (сток*)					1,9				6,6	1,5
Уфа					1,2				3,2	0,6
Инзер									0,9	0,1
Лемеза									0,3	0,7
Сим (сток)					6,8				0,4	0,8
Сим					1,8				0,7	0,5
Зилим									0,9	0,1
Куганак					0,1				4,3	0,6

 

Продолжение таблицы 5.4

 

Ашкадар					0,2				6,3	1,5
Нугуш					1,6				0,4
Узян					0,1				0,9
Кана
Белая, верх. (сток)					2,2				2,4	0,4
Белая, сред.(сток)									1,6	0,4
Белая, низ.(сток)									5,7	2,3
Белая					0,9				3,3	0,8
Усень					1,1				6,4	1,5
Ик (сток)									6,6	1,4
Ик					0,5				6,1	1,4
Кама (сток)										2,0
Буй					2,5				3,1	0,4
Кама									3,2	0,8
Урал					3,2				1,2	9,6
Обь					0,1				2,2	2,7
По РБ					1,4				2,9	2,7

 

Примечания:

1. У рек текущих и за пределами РБ, водосборные площади приведены только по территории РБ.

2. * Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает

непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

Коэффициенты назначены с учетом геолого-морфологической устойчивости рельефов, рассматриваемых водосборов (Таблица 5.5)

 

Таблица 5.5 Коэффициенты геолого-морфологической устойчивости

рельефов водосборов рек Республики Башкортостан,

 

Водосборы	Сюнь	База	Быстрый Танып	Бирь	Чермасан	Кармасан	Дема	Уса	Юрюзань
	0,95	1,0	0,87	0,87	0,98	1,0	1,0	0,87	0,95

 

Водосборы	Тюй	Ай	Уршак	Уфа (сток*)	Уфа	Инзер	Лемеза	Сим (сток)	Сим
	0,91	0,95	1,0	0,92	0,93	0,78	0,87	0,84	0,82

 

Водосборы	Зилим	Куга-нак	Ашка-дар	Нугуш	Узян	Белая	Белая (сток)
верхняя	средняя	нижняя
	0,84	1,0	1,0	0,84	0,78	0,93	0,78	1,0	0,95

 

Водосборы	Усень	Кама (сток)	Кама	Буй	Малый Кизил	Большой Кизил	Таналык	Касмарка	Зилаир
	0,87	0,87	0,93	0,87	0,95	1,0	1,00	0,87	0,87

 

Водосборы	Ик	Ик (сток)	Крепостной Зилаир	Сакмара (сток)	Сакмара	Большая Уртазымка	Янгелька
	0,90	0,91	0,78	0,95	0,90	1,0	1,0

 

Водосборы	Большой Сурень	Малый Ик	Урал (сток)	Урал	Обь	По РБ
	0,87	0,78	0,87	0,96	0,86	0,92

 

Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

 

Пересчет, полученных процентных соотношений земельных угодий водосборов (таблица 5.4) применительно к агроландшафтным зонам Башкортостана и сравнение их с имеющимися данными [258], показал достаточно хорошую сходимость.

Устойчивость водосборов оценена по четырем степеням устойчивости (Таблица 5.6)

Таблица 5.6 Оценка устойчивости водосборов

(техноприродных систем)

 

Коэффициенты экологической устойчивости (стабильности) водосборов (КЭУ), Кс	Степень устойчивости водосборов
≤ 0,33 0,34 – 0,50 0,51 – 0,66 0,67 – 1,00	Очень низкая Низкая Средняя Высокая

 

Анализ вычисленных коэффициентов экологической устойчивости (стабильности) водосборов (техноприродных систем) показал, что общая устойчивость водосборов рек Башкортостана низкая, 0,33 < 0,47 < 0,50. Экологическая устойчивость по отдельным бассейнам рек: низкая - по Каме 0,33 < 0,46 < 0,50; средняя - по Оби 0,51 < 0,58 < 0,66 и по Уралу 0,51 < 0,53 < 0,66 (Таблица 5.7).

 

Таблица 5.7 Экологическая устойчивость водосборов рек Урала, Оби, Камы и средняя по водосборам Республики Башкортостан (РБ)

 

Водосборы	Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2	Коэффициент экологической устойчивости	Степень экологической устойчивости
Урал Обь Кама В целом по РБ	27,30 1,45 114,20 142,95	0,53 0,58 0,46 0,47	Средняя Средняя Низкая Низкая

 

По водосборам бассейна реки Камы, низкую степень экологической устойчивости имеют реки: Белая, Буй и части водосбора реки Камы, сток воды с которой поступает непосредственно в Каму; очень низкую – река Ик (Таблица 5.8).

 

Таблица 5.8 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Камы

Водосборы	Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2	Коэффициент экологической устойчивости	Степень экологической устойчивости
Белая Буй Кама (сток) Ик	105,32 2,44 1,28 5,16	0,47 0,40 0,39 0,31	Низкая Низкая Низкая Очень низкая

 

Очень низкая устойчивость связана со значительной распаханностью 51,4%, большей по сравнению со средним значением по РБ долей урбанизированных территорий 6,1% и низкой облесенностью 21%.

В бассейне реки Белой наиболее благоприятное экологическое состояние, соответствующее высокой и средней степени устойчивости от 0,53 до 0,73, наблюдается у пяти водосборов или 43,8% водосборной площади. У четверых водосборов, занимающих 14,6% водосборной площади очень низкая экологическая устойчивость с КЭУ от 0,30 до 0,31 (Таблица 5.9).

 

Таблица 5.9 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Белой

 

Водосборы	Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2	Коэффициент экологической устойчивости	Степень экологической устойчивости
Зилим	3,28	0,73	Высокая
Белая, среднее течение (сток*)	10,23	0,71	Высокая
Нугуш	3,82	0,68	Высокая
Сим	8,05	0,58	Средняя
Уфа	20,75	0,53	Средняя
Бирь	2,20	0,42	Низкая
База	1,59	0,40	Низкая
Дема	9,02	0,39	Низкая
Кармасан	1,78	0,38	Низкая
Быстрый Танып	6,53	0,38	Низкая
Чермасан	3,97	0,38	Низкая
Кана	1,18	0,38	Низкая
Белая, верхнее течение (сток)	9,98	0,37	Низкая
Сюнь	3,63	0,34	Низкая
Уршак	4,23	0,34	Низкая
Куганак	1,48	0,32	Очень низкая
Ашкадар	3,78	0,31	Очень низкая
Белая, нижнее течение (сток)	8,52	0,31	Очень низкая

 

Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

 

По бассейну Белой более благоприятная экологическая обстановка наблюдается у водосборов правых притоков в среднем течении (реки Сим, Зилим, Нугуш и Уфа). На остальных частях бассейна экологическая устойчивость низкая или очень низкая.

У бассейна реки Уфа только водосбор реки Тюй (КЭУ = 0,32) имеет очень низкую степень экологической устойчивости, а остальные водосборы находятся в относительно благополучном экологическом состоянии (К_с от 0,43 до 0,62) (Таблица 5.10). Благополучное состояние водосбора реки Уфа связано со значительной залесенностью, которое составляет около 60%, и малой распаханностью территорий – 25%. Причем, среди лесов преобладают широколиственные леса (более 40%).

 

Таблица 5.10 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Уфа

 

Водосборы	Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2	Коэффициент экологической устойчивости	Степень экологической устойчивости
Юрюзань	3,27	0,62	Средняя
Ай	8,59	0,60	Средняя
Уфа (сток*)	6,54	0,46	Низкая
Уса	0,96	0,43	Низкая
Тюй	1,38	0,32	Очень низкая

 

Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

 

Самое благополучное экологическое состояние среди водосборов рек Башкортостана наблюдается по водосборам бассейна реки Сим, где К_с = 0,53÷0,66 (Таблица 5.11). Их залесенность составляет более 82% (леса преимущественно широколиственные), а распаханность - 7,5%.

Наиболее существенная трансформация земельных угодий (застройка территорий, распашка) среди водосборов рек Башкортостана осуществлена на водосборах бассейна реки Ик. В связи с этим у них самое неблагополучное экологическое состояние среди водосборов рек Башкортостана, где К_с = 0,25÷0,38 (Таблица 5.12). Распаханность водосборов доходит до 60%, застроенность - более 6%.

 

Таблица 5.11 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Сим

 

Водосборы	Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2	Коэффициент экологической устойчивости	Степень экологической устойчивости
Инзер Лемеза Сим (сток*)	4,8 1,34 1,91	0,53 0,63 0,66	Средняя Средняя Средняя

 

Примечание по таблицам 5.11 и 5.12: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

 

Таблица 5.12 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Ик

Водосборы	Площадь водосбора по территории РБ, тыс. км2	Коэффициент экологической устойчивости	Степень экологической устойчивости
Усень Ик (сток*)	2,46 2,7	0,38 0,25	Низкая Очень низкая

 

По бассейну реки Волги высокой степенью экологической устойчивости обладают две третьих, средней – две третьих и четыре четвертых, низкой – один первый, два вторых, десять третьих и один четвертых, очень низкой – один вторых, три третьих и один четвертых притока реки Волга (Таблица 5.13).

 

Таблица 5.13 Группирование водосборов бассейна Волги

по экологической устойчивости

 

Притоки Волги	Степень экологической устойчивости
высокая	средняя	низкая	очень низкая
первые	-	-	Кама	-
вторые	-	-	Белая, Буй	Ик
третьи	Зилим, Нугуш	Сим, Уфа	Бирь, База, Дема, Кармасан, Чермасан, Быстый Танып, Усень, Кана, Сюнь, Уршак	Куганак, Ашкадар, Узян.
четвертые	-	Юрюзань, Ай, Лемеза, Инзер	Уса	Тюй

Экологическая устойчивость водосборов, объединенных в ландшафтные группы, снижается от лесной к степной группе. Так, усредненная оценка водосборов лесной и лесолуговой групп соответствует средней; лесостепной, лугостепной и степной - низкой степени экологической устойчивости (Таблица 5.14).

 

Таблица 5.14 Экологическая устойчивость по ландшафтным группам водосборов Западного Башкортостана

 

Ландшафтные группы	Водосборы	Экологическая устойчивость
отдельных водосборов	групп водосборов
Лесная	Лемеза	0,63	0,58
Юрюзань	0,62
Ай	0,60
Тюй	0,33
Лесолуговая	Сим	0,58	0,54
Уфа	0,53
Уса	0,43
Лесостепная	Зилим	0,73	0,47
Белая, среднее течение (сток*)	0,71
Нугуш	0,68
Инзер	0,53
Бирь	0,42
База	0,40
Буй	0,40
Кама (сток)	0,39
Дема	0,39
Быстрый Танып	0,38
Чермасан	0,38
Сюнь	0,34
Ик	0,31
Белая, нижнее течение (сток)	0,31
Лугостепная	Усень	0,38	0,35
Уршак	0,34
Куганак	0,32
Степная	Кармасан	0,38	0,35
Белая, верхнее течение (сток)	0,37
Ашкадар	0,31

 

Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

 

Эколого-геохимическая устойчивость водосборов к кислотным воздействиям и загрязнению тяжелыми металлами возрастает в направлении с севера на юг (таблица 5.15). Наибольшей устойчивостью обладают водосборы, расположенные в юго-восточной, а наименьшей – северо-западной части Западного Башкортостана.

 

Таблица 5.15 Эколого-геохимическая устойчивость по ландшафтным группам водосборов Западного Башкортостана

 

Ландшафтные группы	Водосборы	Эколого-геохимическая устойчивость
к кислотным воздействиям	к загрязнению тяжелыми металлами
Лесная	Лемеза	средняя	средняя
Юрюзань	средняя	средняя
Ай	средняя	средняя
Тюй	ниже средней	средняя
Лесолуговая	Сим	средняя	средняя
Уфа	средняя	средняя
Уса	ниже средней	средняя
Лесостепная	Зилим	средняя	средняя
Белая, среднее (сток*)	средняя	средняя
Нугуш	средняя	средняя
Инзер	средняя	средняя
Бирь	ниже средней	средняя
База	средняя	средняя
Буй	ниже средней	средняя
Кама (сток)	ниже средней	средняя
Дема	выше средней	выше средней
Быстрый Танып	ниже средней	средняя
Чермасан	выше средней	выше средней
Сюнь	средняя	средняя
Ик	средняя	средняя
Белая, нижнее (сток)	ниже средней	средняя
Лугостепная	Усень	средняя	средняя
Уршак	выше средней	выше средней
Куганак	выше средней	выше средней
Степная	Кармасан	выше средней	выше средней
Белая, верхнее (сток)	выше средней	выше средней
Ашкадар	выше средней	выше средней

Примечание: *Выражение «(сток)» означает, что с этой территории (части водосбора) поверхностный сток стекает непосредственно в данную реку. Остальные части водосбора реки формируют ее притоки.

Таким образом:

1. В бассейне реки Волги (Камы) по территории Башкортостана:

- водосборы с высокой степенью экологической устойчивости занимают 7,1 тыс. км² или 6,2 % площади бассейна;

- водосборы со средней степенью экологической устойчивости занимают 27,8 тыс. км² или 24,4 % площади бассейна;

- водосборы с низкой степенью экологической устойчивости занимают 68,7 тыс. км² или 60,1 % площади бассейна;

- водосборы с очень низкой степенью экологической устойчивости занимают 10,6 тыс. км² или 9,3 % площади бассейна.

2. По ландшафтным зонам экологическая и эколого-геохимическая устойчивость водосборов снижается от лесной к степной зоне. Необходима оптимизация структуры земельных угодий водосборов с низкой и очень низкой степенью экологической устойчивости, которые составляют 78% площади бассейна реки Волги (Камы).