12.2. Экологические последствия осушения*

Осушение земель возникло вместе с сельским хозяйством. Впервые о нем упоминается в письменных источниках четырехтысячелетней давности. Соглас­но историческим хроникам уже в пери­од греческой цивилизации переувлаж­ненные земли осушали с помощью по­стоянной системы открытых каналов.

В районах избыточного увлажнения, прилегающих к Северному морю, со­оружение осушительных систем начало развиваться в X в. В XVI—XVII вв. оно нашло применение и в других регионах Европь;, где осушали болота и проводи­ли водопонижение на территориях, прилегающих к рекам и озерам, а также на приморских низменностях. Воду от­водили в водоприемники по открытым каналам. Одновременно проводили ра­боты по устройству защитных дамб в низовьях рек и на побережье морей. В России крупномасштабные работы по осушению болот были начаты в период строительства Санкт-Петербурга и ос­воения побережья Финского залива.

В 1810 г. в Англии начали произво­дить гончарные дренажные трубки из обожженной глины, что существенно способствовало последующему разви­тию дренажа. Особенно широкое разви-

*Раздел написан на основе монографии В. Р. Булдея и С. Т. Вознюка «Осушительные ме­лиорации и охрана природы», 1987.

тие дренаж получил после создания в 1843 г. машинного пресса для изготов­ления круглых дренажных трубок. Но­вый способ осушения быстро распрост­ранился в Австрии, Бельгии, Германии, России, США, Франции и других стра­нах.

Общая площадь осушенных земель в мире составляет 160,6 млн га, или более 11 % мировой площади пашни и много­летних насаждений. В бывшем СССР только в земледельческой зоне насчи­тывалось около 250 млн га переувлаж­ненных земель, но общая площадь осу­шенных земель составляла всего 12,5 млн га. В Европе осушенные земли составляют 70 % всей мелиорированной площади континента. Осушение болот и заболоченных земель наиболее разви­то в Великобритании, Венгрии, Италии, ФРГ, Финляндии, Франции, Югосла­вии. В Африке осушенные земли сосре­доточены главным образом в Египте, Марокко, Судане.

Перспективы развития осушитель­ных мелиорации в мире оцениваются примерно в 220 млн га.

Общий мелиоративный фонд в райо­нах достаточного увлажнения России составляет 75,3 млн га. В 38 админист­ративных образованиях (области, рес­публики) избыточно увлажненные зем­ли составляют около 30 % общей площа­ди сельскохозяйственных угодий, а в от­дельных областях превышают 40 %. Большие работы по осушению земель ведутся в Подмосковье (пойма р. Яхро­ма). Наиболее нуждаются в осушении земли Нечерноземной зоны, Сибири и Дальнего Востока.

Любая осушительная система в це­лом представляет собой комплекс гид­ротехнических сооружений и устройств, с помощью которых регулируется вод­но-воздушный режим болот и заболо­ченных переувлажненных земель.

Методы осушения зависят от типа питания болот. Так, при атмосферном типе питания обеспечивают ускорен­ный поверхностный сток; при грунто­вом — понижение уровня грунтовых вод; при напорном — снижение напора и уровней напорных вод; при грунтово-напорном — понижение уровня напор­ных и грунтовых вод; при склоновом — перехват потока поверхностных вод;

277

при намывном — ускорение паводково­го стока.

Применяют следующие основные методы и технику осушения (Маслов и ДР., 1981):

при атмосферном типе питания — устройство открытой системы каналов, закрытых дрен, кротование, глубокую вспашку и др. в сочетании со строитель­ством каналов;

при грунтовом и грунтово-напорном типе —строительство открытых кана­лов, закрытых дрен и разгрузочных скважин, вертикальный дренаж; ■

при склоновом типе — строительство нагорных каналов, противоэрозионные мероприятия на склонах;

при намывном типе — строительство дамб, обвалование, регулирование русел рек и речного стока (строительство во­дохранилищ, переброска части стока в другие бассейны и др.).

Каждый способ осушения характе­ризуется определенной экологической направленностью, а следовательно, и последствиями, мнения о которых часто бывают неоднозначными, а порой и ди­аметрально противоположными.

Так, в «Полной энциклопедии рус­ского сельского хозяйства», изданной еще в 1902 г., находим мнение, пред­ставляющее интерес в связи с рассмат­риваемой проблемой. «От времени до времени раздаются у нас в общей и спе-' циальной печати голоса, считающие осушение болот в особенности на такой огромной площади, как Полесье, вред­ным. Периодические засухи нашего юга и востока и обмеление р. Днепр ставят даже в зависимость от осушения Поле­сья. Взгляд этот, однако, не может быть признан справедливым, тем более, что осушение Полесья пока велось настоль­ко не интенсивно, что скорее именно теперь реки получат отсюда летом ту воду, которая раньше стояла над повер­хностью болот и частью испарялась бес­полезно для рек». В настоящее время также имеются сторонники мнения о том, что болота являются важным водо­охранным фактором и их осушение приводит к уменьшению речного стока. Формированию такого мнения способ­ствовало то обстоятельство, что первые относительно крупные осушительные работы, проводившиеся в европейской

части России, особенно в бассейне Припяти, в последней четверти XIX в. совпали по времени с периодом дли­ тельной засухи, поэтому засухи и обме­ ление Днепра связывали в то время с ра­ ботами по осушению болот. С конца XIX в. началось практическое изучение влияния мелиорации на речной сток (А. И. Воейков, К. С. Веселовский,

Е. В. Оппоковидр.).

Русские ученые А. Д. Брудастов, А. Д. Дубах, А. Н. Костяков, Е. В. Оппо-ков, а позднее и А. В. Огиевский отме­чали, что грамотно проведенные осу­шительные мелиорации благоприятно влияют на сток рек и окружающую сре-

ду.

По данным академика Е. В. Оппоко-ва, торфяная залежь обладает огромной влагоемкостью, высокой капиллярнос­тью и ничтожно малой водопроницае­мостью (коэффициент фильтрации тор­фяной залежи 0,001...0,005 см/ч). Вслед­ствие этого насыщенный с весны водой торфяник удерживает воду, как губка, и расходует ее лишь на испарение.

После мелиорации болот испарение с них сокращается (примерно на 15 %) при одновременном увеличении годо­вого (примерно на 40 %), особенно ме­женного (в 2,5 раза), стока с мелиориро­ванных речных водосборов. Предубеж­дение против осушительных мелиора­ции, с которым приходится иногда сталкиваться, объясняется односторон­ним подходом к оценке их влияния. В ряде случаев влиянию осушения нео­боснованно приписывают маловодье рек, вызванное в первую очередь дефи­цитом осадков.

Мелиорация болот и заболоченных земель, выполненная на научной основе с соблюдением технических условий, в целом благоприятно сказывается на речном стоке, особенно на таких важ­ных при использовании водных ресур­сов видах стока, как минимальный и меженный, которые существенно уве­личиваются. Отмечаемое же ухудшение водного режима в районах мелиоратив­ных работ связано с недостатками в проектировании, строительстве и эксп­луатации мелиоративных систем. Как правило, максимальный сток весеннего половодья и ливневых паводков изме­няется мало. Об этом свидетельствуют

278

результаты исследовании отечествен­ных и зарубежных ученых, которые были доложены на Международном симпозиуме по гидрологии заболочен­ных территорий (Минск, 1972).

Как известно, до осушения болота горизонты грунтовых и поверхностных вод смыкаются. Над территорией пери­одически выпадают осадки, пополняю­щие грунтовые и поверхностные воды. Часть осадков испаряется. Поскольку согласно многолетним наблюдениям за­кономерности выпадения осадков после осушения фактически остаются неиз­менными, целесообразно рассмотреть, как меняется испарение с водной по­верхности и болот при снижении уров­ня воды в результате создания системы осушительных каналов.

Академик ВАСХНИЛ С.Ф.Аверья­нов (1956) установил, что зависимость интенсивности испарения с поверхнос­ти грунтовых вод (е) от глубины их зале­гания можно выразить в виде следую­щей формулы:

е = 8₀[1-(А/А₀)Г,

где е₀ — интенсивность испарения с поверхности; Л —глубина залегания грунтовых вод; Л₀ —кри­тическая глубина уровня грунтовых вод, испаре­ние при которой равно нулю; (/*₀=170 + 8/; / — среднегодовая температура воздуха, °С); п — по­казатель степени (1 < п < 3).

Если болото не осушено, то вода с по­верхности испаряется равномерно. Пос­ле осушения уровень грунтовых вод сни­жается и испарение может варьировать от 0 до е₀ согласно закономерности, опи­сываемой формулой С. Ф. Аверьянова.

Вследствие уменьшения испарения с понижением уровня грунтовых вод про­изойдет их пополнение и кривая деп­рессии несколько поднимется. После этого снова произойдет незначительное увеличение испарения, которым в при­ближенных расчетах можно пренебречь. По приближенным расчетам пополне­ние водных ресурсов за счет уменьше­ния испарения в результате понижения уровня грунтовых вод при создании ка­налов осушительной системы составля­ет примерно 200...500 м³Да. Кроме того, пополнение запасов грунтовых вод про­исходит также за счет объема воды, зак­люченной в порах грунта между началь-

ным статическим и конечным динами­ческим уровнями грунтовых вод. Следо­вательно, сток после осушения болот увеличивается, и его можно определить по следующим формулам:

AQ=0,5e₀ + ^,

где Q — сток после осушения; Q₀ — сток до осу­шения; AQ — объем воды, пополняющий водные ресурсы в результате осушения болот; е₀ — испа­рение с поверхности грунтовых вод; q_s — объем воды, заключенной в порах грунта между стати­ческим и динамическим уровнями грунтовых вод.

Пополнение водных ресурсов в ре­зультате осушения болот можно дока­зать и с помощью методов математичес­кого моделирования, позволяющих оп­ределять водность рек и уровень грунто­вых вод до и после осушения и заранее предсказать, в каких водоемах понизит­ся водная поверхность и насколько, у каких мелких ручьев прекратится или уменьшится поверхностный сток из-за увеличения мощности подземного.

Физический смысл происходящих при осушении болот процессов раскры­вает рисунок 12.2. Согласно рисунку, если болото не осушено, то вода с его поверхности испаряется равномерно (показано стрелками, рис. 12.2, а). Пос­ле осушения поверхность грунтовых вод снижается и испарение изменяется в со­ответствии с закономерностью, описы­ваемой формулой С. Ф. Аверьянова. При этом объем испаряющейся воды сокращается примерно вдвое (на рис. 12.2, а — прямоугольник, на рис. 12.2, б— треугольник).

Рис. 12.2. Испарение с поверхности болота:

а — до осушения; б— после осушения; 1, 2— положение кривой депрессии с учетом и без учета положения повер­хности грунтовых вод за счет уменьшения испарения (Буддей,1987)

279

В районах осушения воздействие на почвы особенно интенсивно, а любые воздействия на почву (естественные или антропогенные),. нарушающие сложившееся в прошлом равновесие, влекут соответствующие изменения в почвообразовании, свойствах почв и их динамике.

Большой вклад в разработку теорети­ческих основ осушения почв внес акаде­мик В. Р. Вильяме. Представляют инте­рес данные им определения. Так, он пи­сал, что почва, которая состоит нацело из органического вещества и в которой процесс развития существенного ее при­знака—концентрации в ней элементов зольной пищи растений — перешел в стадию регресса, носит название торфа, а природные угодья, в которых этот про­цесс совершается — болота. Под терми­ном «избыточно увлажненные террито­рии» понимаются всякие земли, не име­ющие торфяного слоя с поверхности, на которых наблюдается избыток вод раз­ного происхождения (грунтовых, дожде­вых или снеговых). Под термином «забо­лоченные земли» следует понимать при­родные угодья, в большей или меньшей степени оторфованные.

Значительную роль в болотообразо-вании играют климат, почва и рельеф. В. Р. Вильяме установил, что болота об­разуются не только от избытка влаги, но и от обеднения суходольных почв в ре­зультате развития почвообразователь­ных подзолистых процессов. Поэтому болота могут образоваться как на водо­емах, так и на суходолах. На пологих бе­регах водоемов процесс зарастания про­исходит и на водной поверхности, и на дне. Под водой развиваются большие массы взвешенных в воде микроскопи­ческих растений и организмов. Отми­рая, они оседают на дно и разлагаются здесь, образуют залежи ила —сапро­пель. Водоем мелеет. Возникает болото.

Таким образом, в каждом конкрет­ном случае проведения того или иного вида мелиорации необходимо составить четкую картину происходящих процес­сов, особенно способных вызывать не­желательные изменения, в том числе и экологические. Проводимые мероприя­тия часто не дают желаемого эффекта, поскольку возможным последствиям не было уделено должного внимания.

Чтобы придать мелиорированной по­чве свойства, обеспечивающие макси­мальную продуктивность возделываемых растений, мелиоративные приемы необ­ходимо применять дифференцированно, исходя из особенностей почвенных раз­ностей, специфики природных факторов и т. д. Учет свойств почв, объектов мелио­рации и особенностей их функциониро­вания в процессе сельскохозяйственного использования — обязательное условие управления агроценозами.

Установлено, что в процессе сельс­кохозяйственного использования зе­мель на фоне дренажа происходит не­которое увеличение плотности нижних горизонтов почвы, что можно объяс­нить перераспределением ее коллоид­ной части нисходящими потоками воды. В целом наряду с положитель­ным эффектом —возрастанием воз­можности перевода поверхностного стока в почвенный — возникает угроза потери с дренажными водами самой ценной с точки зрения плодородия коллоидной фракции почвы (потеря элементов питания растений), выноса ее за пределы профиля с последующим осаждением в дренах и заилением их.

Наблюдения за составом дренажных вод таких почв показывают, что вместе с этими водами почва теряет питатель­ные вещества (азот, фосфор, калий). Иногда потери, в том числе и водора­створимых органических соединений, столь заметны, что грунтовые воды в колодцах и реках приобретают цвет чая. (Например, при обильном внесе­нии в почву навоза без дополнитель­ных мер по закреплению продуктов его минерализации в почве.)

Зная свойства почв, строение их профиля и динамику почвенных про­цессов на фоне дренажа, можно пред­ложить эффективные приемы улучше­ния почв и повышения их плодородия. Современная наука и практика распо­лагают богатым арсеналом таких при­емов. Это, в частности, систематичес­кое обогащение почвы органикой и закрепление ее в профиле кальцийсо-держащими соединениями (известь, фосфориты, гипс и др.), внесение на­учно обоснованных доз минеральных удобрений (с преобладанием в их со­ставе азотных и фосфорных).

280

Из агромелиоративных приемов на дерново-подзолистых оглеенных почвах эффективно рыхление иллювиального горизонта с одновременным обогаще­нием его кальцийсодержащими веще­ствами или искусственными структуро-образователями.

При использовании торфа и торфя­ных почв учитываются следующие ха­рактеристики: элементарный состав органической и минеральной части твердой фазы; степени разложения и гу­мификации органической части; содер­жание зольных элементов (зольность).

Осушение и сельскохозяйственное освоение осушенных торфяных почв сопровождаются их осадкой (объемны­ми изменениями). Это объясняется пер­воначальным обезвоживанием, а затем все более возрастающей ролью биохи­мических процессов, которые приводят к снижению содержания органического вещества в твердой фазе торфа.

Осушение и сельскохозяйственное использование осушенных торфяных почв приводят к увеличению степени их разложения и гумификации. Повы­шение степени гумификации твердой фазы торфяной почвы при ее сельско­хозяйственном использовании сопро­вождается увеличением содержания уг­лерода, азота и битумов. Темпы мине­рализации органического вещества твердой фазы торфяных почв замедля­ются обратно пропорционально степе­ни его гумификации.

Другая важная особенность торфяных почв — низкое содержание в них элемен­тов минерального питания растений.

Чтобы придать поглощающему комплексу торфяной почвы способ­ность накапливать «про запас» соеди­нения калия, фосфора и других эле­ментов питания растений, необходимо «внешнее» обогащение минеральной частью. Известные специалисты по изучению торфяных почв И. С. Лупи-нович и Т. Ф. Голуб (1962) считают, что если основным приемом окульту­ривания минеральной почвы являются заправка ее органическим веществом и повышение содержания гумуса, то на торфяных почвах, почти сплошь состоящих из органического вещества, положительным фактором является увеличение минеральной части. Чем

выше зольность торфяной почвы, тем большую ценность она представляет для сельскохозяйственных целей.

Результаты полевых опытов по вне­сению песка, глины и лёсса в осушен­ные торфяные почвы, проведенных как в нашей стране, так и за рубежом (в Гер­мании, Финляндии), на практике под­твердили эффективность такого приема окультуривания.

Использование данного приема в производственных условиях Новгород­ской области показало, что добавка ми­нерального грунта в торфяные почвы достаточно результативна: увеличива­ется плотность; уменьшается полная влагоемкость; создаются условия для наилучшей проходимости сельскохо­зяйственных машин; снижается под­верженность торфяных почв пожарам и эрозии; улучшается водный режим по­чвы — продолжительность периода с увлажнением, близким к оптимально­му, увеличивается на 130... 150 дней; улучшается температурный режим по­чвы — оптимальная температура в кор-необитаемом слое почвы достигается на 15...30 дней раньше; увеличивается сумма положительных температур за вегетационный период примерно на 450 °С; значительно снижается ампли­туда колебаний температур; уменьша­ется вероятность поздневёсенних и раннеосенних заморозков; улучшаются агрохимические свойства почвы — снижается кислотность, увеличивается содержание питательных веществ; на­блюдается благоприятное влияние на изменение водно-физических свойств почвы, а также ее водного, пищевого и температурного режимов. В конечном счете было обеспечено существенное (до 100 % и более) увеличение урожай­ности сельскохозяйственных культур и повышение качества продукции (со­держание протеина в многолетних тра­вах возросло с 6 до 16 %, белка в ячме­не — на 2,0, сахара в капусте — на 2,0, крахмала в картофеле — на 2,5 %).

Изучение динамики свойств торфя­ных почв на фоне регулируемого водно-воздушного режима позволило В. Р. Буд-лею и С. Т. Вознюку сделать следующие выводы:

осушение* земель и их последующее сельскохозяйственное использование

281

сопровождаются существенным изме­нением свойств осушенных почв;

осушение и интенсивное сельскохо­зяйственное использование осушенных торфяных почв при сохранении их в первозданном виде — задачи, практи­чески не осуществимые;

имеющиеся к настоящему времени научные данные о характере и направ­ленности почвенных процессов и прак­тический опыт сельскохозяйственного использования позволяют трансформи­ровать осушенные торфяные почвы в новый тип окультуренных антропоген­ных почв с высоким и стабильным эф­фективным плодородием;

в связи с различиями задач сельско­хозяйственного использования и сохра­нения болотных массивов в рекреаци­онных, научных и других несельскохо­зяйственных целях необходимо строгое государственное планирование исполь­зования этих массивов по назначению.

Безусловно, следует учитывать неже­лательные процессы, которые могут раз­виваться в почвах под влиянием осуше­ния. К ним можно отнести следующие:

а) в минеральных почвах легкого гра­ нулометрического состава — интенсив­ ную минерализацию органической части (растительных остатков и гумуса); под- кисление почвенного раствора; появле­ ние и вынос продуктов разложения и подвижных веществ, в том числе пита­ тельных, с дренажными водами (с после­ дующей возможностью закупорки дрен);

б) в минеральных почвах среднего и тяжелого гранулометрического соста­ ва — аналогичные процессы, но с боль­ шей выраженностью подкисления и меньшими потерями подвижных эле­ ментов с дренажными водами;

в) в органогенных почвах — обезво­ живание органического вещества, его гидрофобизация (несмачиваемость) в результате переосушения; интенсифи­ кацию минерализации торфа и образо­ вание при этом в избыточных количе­ ствах (для растений) аммиака, нитратов и переход их из почвы в воздух в виде молекулярного азота и в грунтовые

воды в виде NHJ,NOj.

Отмеченные нежелательные явле­ния — результат изменившихся под влиянием осушения гидрологических и

микроклиматических условий, след­ствие функционирования сложной сис­темы возникающих взаимозависимос­тей и взаимообусловленностей.

Надо иметь в виду, что прогнозиро­вание возможных нежелательных из­менений в почвах под влиянием их осушения только на основе учета свойств, проявляющихся визуально, часто приводит к ошибочному выводу о благополучии будущего мелиоратив­ного состояния почв, что, в свою оче­редь, нередко приводит к серьезным ошибкам и необходимости исправле­ния их в дальнейшем. По этой причи­не существует острая необходимость разработки специальных прогнозов, которые должны быть частью проек­тов регулирования водно-воздушного и связанных с ним режимов почв.

Сложилось несколько методов раз­работки почвенно-мелиоративных про­гнозов:

метод сравнительных почвенно-ме-лиоративных аналогий; он позволяет сопоставлять свойства и признаки це­линных и мелиорированных почв при различной продолжительности сельско­хозяйственного использования на фоне регулирования их водно-воздушного режима гидротехническим приемами;

балансовый метод, основанный на расчетах баланса продуктов почвообра­зовательных процессов, их компонен­тов, поступления и выноса веществ из почвенного профиля (чаще всего из корнеобитаемого объема) на единицу площади;

аналитические (математические) ме­тоды, основанные на математическом описании почвенных процессов и их ве­роятной динамики;

метод моделирования процессов почвообразования и перемещения обра­зовавшихся в результате их продуктов вместе с водой.

Известный российский политик и государственный деятель Рамазан Абду-латипов, касаясь функционирования социальных структур, удачно заметил, что если мы не управляем процессами, то они управляют нами. Думается, что этот тезис вполне применим и к эколо­гическим проблемам оросительной и осушительной мелиорации.