Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследования 13
1.1. Географическое положение 13
1.2. Рельеф и геологическое строение 13
1.3. Климат 14
1.4. Гидрография 18
1.5. Почвенный покров 19
1.6. Растительность и животный мир 24
Глава 2. Методика и объекты исследования 28
Глава 3. История изучения и создания водоохранных зон 32
Глава 4. Ландшафты водоохранной зоны Учинского водохранилища и его современное состояние 42
4.1. Ландшафты водоохранной зоны Учинского водохранилища 42
4.2. Техногенное воздействие на ландшафты водоохранной зоны 45
4.3. Флора и высшая водная растительность акватории и литорали Учинского водохранилища 49
4.4. Изменение почвенного и растительного покровов водоохранной зоны в условиях техногенного воздействия 49
Глава 5. Геоэкологическая оценка функционирования водоохранной зоны Учинского водохранилища в условиях техногенного воздействия 55
5.1. Характеристика акватории водохранилища 55
5.2. Геоэкологическая оценка влияния водной и прибрежно-водной растительности водохранилища на качество природных вод 57
5.3. Донные отложения Учинского водохранилища и их роль в формировании качества природных вод 62
5.4. Геоэкологическая оценка функционирования ландшафтов водоохранной зоны водохранилища 73
5.4.1. Экологическая оценка техногенных воздействий на атмосферу 73
5.4.2. Геоэкологическая оценка состояния растительности и почв з водосборного бассейна водохранилища и их влияния на качество природных вод 74
5.4.3. Формирование химического состава природных вод в ландшафтах водоохранной зоны Учинского водохранилища 125
Заключение 162
Практические рекомендации 170
Библиографический список 172
Приложения 188
- Почвенный покров
- Ландшафты водоохранной зоны Учинского водохранилища
- Геоэкологическая оценка влияния водной и прибрежно-водной растительности водохранилища на качество природных вод
- Формирование химического состава природных вод в ландшафтах водоохранной зоны Учинского водохранилища
Введение к работе
Водоохранной зоной является территория, примыкающая к акватории водного объекта, на которой установлен специальный режим использования и охраны природных ресурсов и осуществления иной хозяйственной деятельности (Водный Кодекс РФ, 1996 г.). Размер и границы водоохранной зоны водных объектов утверждаются Правительством РФ в соответствии с основным назначением водного объекта. Функционирование ландшафтов водоохранной зоны в большой степени зависит от их структуры, состава и антропогенной нарушенности. Поэтому встала проблема необходимости оптимизации водоохранных и водорегулирующих функций ландшафтов водоохранных зон. Об актуальности этой проблемы свидетельствует принятая Министерством природных ресурсов РФ в 1999 г. концепция Государственной политики использования, восстановления и охраны водных объектов. В соответствии с Конституцией РФ и ст. 77 Водного Кодекса РФ планирование водохозяйственной деятельности, разработка водохозяйственных и водоохранных программ осуществляется на основе бассейнового принципа на всех уровнях управления водопользованием.
Разрабатываемые МПР РФ программы восстановления, охраны и рационального использования водного фонда России имеют основную цель -достижение и поддержание экономически оптимального и экологически безопасного уровня водопользования. Основной задачей водообеспечения населения в соответствии с программой должны стать: поэтапное восстановление состояния поверхностных источников питьевого назначения и его поддержка. Для охраны вод необходимо восстановление геоэкосистем бассейнов водоемов и поэтапное создание системы рационального водопользования. На начальных этапах необходима стабилизация экологического состояния водных ресурсов, предотвращение их загрязнения, поэтому необходима оптимизация функционирования ландшафтов водоохранных зон.
Водохранилища существенно преобразуют ландшафты своего бассейна изменяют хозяйственную деятельность людей, увеличивают рекреационную емкость территорий (Авакян и др., 1987, 1999 и др.). Хотя происхождение водохранилищ техническое, в дальнейшем они ведут себя как природные объекты. При несоблюдении мер водоохраны они могут заиливаться, качество воды в них может ухудшаться. Водохранилища подтопляют природные территории и изменяют там динамику почв и растительности возможности их хозяйственного использования, и вместе с образующими их плотинами вносят существенные изменения в гидрологический, гидрохимический и гидробиологический режимы рек и их бассейнов (Авакян и др., 1979, 1980, 1982, 1987, 1990).
При системном анализе водохранилище и его водосбор рассматривается как единая взаимосвязанная система. Поэтому состояние водоохранной зоны немедленно отражается на качестве воды водохранилища.
В водохранилище существенно изменяется качество речной воды, в ту или другую сторону, в зависимости от мер водоохраны. Акватория водохрнилища используется водным транспортом, рыбным хозяйством, для рекреации. Таким образом, водохранилища - антропогенные, управляемые человеком объекты, но они испытывают также и сильнейшее воздействие природных факторов. Поэтому они являются природно-техническими системами (Авакян и др., 1987).
На всех этапах проектирования, создания и эксплуатации водохранилища предусматривается охрана водных, земельных, биологических, минеральных и рекреационных ресурсов. Охрана водных ресурсов имеет два взаимосвязанных аспекта - количественный (охрана вод от истощения) и качественный (охрана вод от загрязнения и засорения). Для охраны вод от истощения и загрязнения на водосборном бассейне водохранилища производят посадку лесов, защитных лесополос, регулируют состав и структуру существующих лесов и проводят другие водоохранные мероприятия.
Лесные посадки притеняют акваторию, что способствует снижению температуры воды и уменьшению испарения. Благодаря этому воды охраняются от истощения и загрязнения и улучшаются условия рыборазведения.
Вокруг питьевых водохранилищ уже несколько десятилетий существуют зоны санитарной охраны вод и прибрежных территорий. Но в связи с ростом техногенных воздействий возникла необходимость создания комплексных водоохранных зон, хозяйственная деятельность человека в которых ограничена. Водоохранные зоны шире зон санитарной охраны и у некоторых водохранилищ (в том числе у Учинского) включают весь водосборный бассейн.
В границах водоохранных зон осуществляется ряд ограничений (Авакян и др., 1987; Водный Кодекс, 1996, Положение о водоохр. зонах, 1996) на использование земельных, лесных, минеральных и других ресурсов для предотвращения загрязнения водохранилищ. Природоохранные мероприятия должны способствовать оптимизации функционирования ландшафтов водоохранных зон, сохранению их барьерных функций для загрязняющих воду веществ.
Происходящее в современный период усиление антропогенных воздействий на окружающую среду вызывает необходимость изучения и выявления параметров антропогенных воздействий и вызываемых ими изменений в окружающей среде. Особенно остро стоит проблема формирования качества природных вод и разработки мероприятий по их рациональному использованию. Необходимость охраны природных вод от загрязнения и истощения ставит задачи совершенствования системы водоохранных мер не только в водоеме и местах водозаборов, но и на территории всего водосборного бассейна. В защите природных вод от загрязнения особенно велика роль водоохранных зон.
Необходимость изучения функционирования ландшафтов водоохранных зон отмечается М.П. Дальковым (РосНИИВХ, 2000) и другими исследователями (Бергман, 1957; Бондаренко и др., 1979; Вендров, 1986;
Груздева, 2002 идр.) отмечающим, что в последние десятилетия в связи с ухудшением состояния водных объектов под влиянием антропизации речных бассейнов возникла необходимость сконцентрировать внимание на изучении состояния водосборов, поскольку именно там начинается формирование поверхностных и подземных вод и закладываются основы их качественного состава.
Многообразное влияние на гидрологический режим и качество природных вод оказывает развитие промышленности, транспорта, энергетики и рост городского населения. Серьезной проблемой является накопление твердых отходов, загрязняющих водосборные пространства и вымывание из них токсичных компонентов, загрязняющих природные воды. Техногенные воздействия на водосборы ведут к упрощению структуры экосистемы, снижению их продуктивности, уменьшению биоразнообразия, нарушению функциональных связей и изменению процессов миграции веществ и элементов. Все это уменьшает естественную способность ландшафтов к самоочищению и приводит к загрязнению водных объектов. ( Арманд, 1983; Бойченко, 1977; Буторин, 1969, 1975; Васильев, Кукушкин, 1988; Григорьева, 1975 и др.)
Накопление тяжелых металлов в донных отложениях Учинского водохранилища наиболее интенсивно началось с 1966 года, что связано с урбанизацией и нарастанием техногенного воздействия. За примерно 20 лет (с 1983 г.) концентрации Мп в донных отложениях увеличились примерно в 2 раза, РЬ - в 2 раза, Си - в 3 раза, Сг - в 4 раза; содержание кадмия мало изменилось. На увеличение загрязнения донных отложений тяжелыми металлами оказывает влияние евтрофикация Волжского источника водоснабжения и увеличение содержания в воде органического вещества. (Груздева, Суслов, 2000, 2001, 2002; Ежегодный отчет..., 2002 и др.). Анализ показал наличие положительной корреляции между повышенным содержанием органического вещества и концентрацией Cr, Ni, Sr, Cd, Мп, более слабая связь у Fe и РЬ и не обнаруживается у Zi, Си, As, Zn.
Актуальность. Наиболее полно водоохранные функции выполняют лесные ландшафты, имеющие в отличие от других, более сложные состав и структуру. В лесах водоохранных зон запрещаются рубки леса, кроме санитарных, и ограничивается другая хозяйственная деятельность. Особенно велико значение водоохранных зон питьевых водохранилищ, в том числе Учинского, снабжающего питьевой водой г. Москву.
Изучение водоохранных зон Иваньковского, Рыбинского и других водохранилищ проводили отечественные ученые: А.Б. Авакян и др. (1979, 1982, 1987,), С.Л. Вендров (1976 и др.), К.Н. Дьяконов (1970, 1976, 1992 и др.); Камского водохранилища - Матарзин (1970, 1971, 1981 и др.). Их исследования в основном посвящены влиянию водохранилищ на окружающую природную среду (климат, грунтовые воды, подтопление и пр.). Работ же, анализирующих функционирование водоохранных ландшафтов водоохранных зон, немного. Для Учинского водохранилища таких работ практически не производилось, особенно в 90-е годы XX века. Поэтому мы решили восполнить этот пробел, учитывая особую актуальность сохранения и улучшения качества воды питьевого Учинского водохранилища. Оптимизация функционирования ландшафтов водоохранной зоны будет способствовать улучшению качества воды Учинского водохранилища и снижению затрат на доведение их качества до уровня ГОСТа.
В соответствии с вышесказанным нами поставлена цель исследования: изучить функционирование ландшафтов водоохранной зоны Учинского водохранилища и выявить их влияние на формирование качества воды водохранилища.
В соответствии с целью были поставлены и решены следующие задачи:
выявить виды влияний на водохранилище и его водоохранную зону;
изучить ландшафты водоохранной зоны, ее состав, структуру и современное состояние;
выявить структуру, состав и антропогенную нарушенность почвенного и растительного покровов водоохранной зоны;
изучить водную растительность и донные отложения водохранилища и их влияние на качество природных вод;
выявить влияние техногенного загрязнения на компоненты ландшафтов и выполнение ими водоохранных функций;
выявить влияние техногенного загрязнения на состав донных отложений и их роль в формировании качества природных вод;
выявить связь ландшафтов водоохранной зоны с формированием качества природных вод;
разработать практические рекомендации по оптимизации функционирования ландшафтов водоохранной зоны.
Материалы, положенные в основу работы. При решении выше сформулированных целей и задач автором обобщены собственные экспериментальные данные, полученные в процессе полевых исследований Учинского водохранилища и ландшафтов его водоохранной зоны, а также материалы лабораторных исследований собранных автором образцов почв, растений, воды, рыбы. Проанализированы также многолетние данные Акуловского гидроузла по химическому составу вод Учинского и других водохранилищ. Проанализированы имеющиеся по данной теме литературные и фондовые материалы.
Научная новизна. Впервые для Учинского водохранилища выявлена ландшафтная структура его водоохранной зоны, составлены ее ландшафтная, почвенная карты и карта растительности. Выявлен комплекс техногенных воздействий на водохранилища и их водоохранные зоны. Изучено функционирование видов ландшафтов водоохранной зоны в условиях техногенного пресса и их вклад в формирование качества природных вод. Выявлены основные тенденции в формировании качества природных вод и дана геоэкологическая оценка функционирования водохранилища и его водоохранной зоны. Выявлены основные тенденции в изменении функционирования ландшафтов водоохранных зон в условиях техногенного пресса.
Показано, что многообразие изменений компонентов ландшафтов водоохранных зон зависит от разнообразия, силы и продолжительности техногенного воздействия, а также их последовательности, взаимовлияния и совместного воздействия. Для лесных ландшафтов показано значение типов местообитания и типов исходных фитоценозов в выполнении ими водоохранных функций и показана важная роль почв и материнских почвообразующих пород в водоохранных функциях ландшафтов, что на практике можно учитывать при планировании и создании новых водохранилищ в Нечерноземной зоне. Выявлено, что в условиях техногенного пресса в фитоценозах водоохранных зон происходит изменение соотношения экологических и фитоценотических групп видов. При подтоплении водами водохранилища общей тенденцией является мезофитизация растительного покрова, заболачивание почв и усиление мозаичности ландшафтной структуры в соответствии с разнообразием подстилающих пород и микрорельефом. Изменения ландшафтов и их компонентов в условиях техногенного воздействия проиллюстрированы схемами, таблицами, графиками.
Прослежена смена фаций ландшафтов на топоэкологических профилях, заложенных перпендикулярно к водохранилищу, и проанализированы в них содержание и миграция веществ и элементов по химическому составу и загрязненности.
Практическая значимость. Выяснено, что в результате влияния комплекса антропогенных воздействий в ландшафтах водоохранных зон неуклонно возрастает роль производных сообществ, и для ограничения этих процессов требуются специальные хозяйственные мероприятия. Процессы восстановления условно коренных сообществ сдерживаются рекреацией и техногенными воздействиями. С учетом этого разработаны практические рекомендации по оптимизации функционирования водоохранных зон. Полученные результаты использованы в ежегодных отчетах Акуловского гидроузла и Росгидропроекта; используются в преподавании в ГУЗе.
11 Защищаемые положения. Предметом защиты являются:
современная структура, состав и техногенная нарушенность ландшафтов водоохранной зоны Учинского и Пестовского водохранилищ;
динамические параметры изменений почвенного и растительного покровов водоохранной зоны в условиях техногенного воздействия;
динамические параметры изменения состава вод и донных отложений водохранилища;
геоэкологическая оценка и выявление процессов деградации ландшафтов водоохранной зоны и их компонентов в условиях техногенного воздействия.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на VII и VIII Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов 2000-2001»; II Международной научно-практической конференции «Экология и гуманизм» (Санкт-Петербург, 2000 г.); Итоговой Международной конференций «Научные достижения - развитию агропромышленного комплекса», посвященной 70-летию ИТСХА (Иваново, 2000 г.); II Международной конференции «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию для устойчивого развития» (Москва, 2000 г.); Международном симпозиуме по проблемам изучения и охраны биоразнообразия и природных ландшафтов Европы (Пенза, 2001 г.); Научной конференции «Водные экосистемы и организмы-2» (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2000 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Изучение геосистем антропогенно нарушенных территорий» (Челябинск, 2000 г.); IV Всероссийском семинаре - конференции «Энергетика, экология, надежность, безопасность» (Томск, 2000 г.); Итоговой научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Государственного университета по землеустройству «Землеустроительная наука - российским реформам» (Москва, 2001 г.); Научно-практической конференции «Проблемы устойчивого развития административных территорий на основе сохранения и развития системы лесопарковых хозяйств» (Московская область, Горки Ленинские, 2002 г.).
Публикации результатов исследований: по материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 151 наименований, в т.ч. 7 иностранных авторов. Общий объем работы - 218 страниц, включая 15 рисунков, 59 таблиц и 8 приложений.
Почвенный покров
Для ландшафтных провинций Московской области характерен свой рельеф и распространение почвообразующих пород. Изучаемый район расположен в пределах Смоленско-Московской провинции в Учинском ландшафтном районе. Почвы дерново-подзолистые, развитые на почвообразующих породах, представленых моренными валунными и покровными суглинками, а также песчаными и супесчаными водноледниковыми отложениями. Местами встречаются двучленные отложения: покровные суглинки на морене или флювиогляциоальных (водноледниковых) песках. По речным надпойменным террасам почвы развиваются на древних аллювиальных отложениях, а на пойме — на современных аллювиальных отложениях (Королева, Симакова, 1974).
Состав современных аллювиальных отложений зависит от состава наилка, поступающего во время половодья с водосбора. (Шарабура, 1973; Шикломанов, 1979). При преобладании на водосборе суглинистых почв в пойме формируются среднесуглинистые почвы, а при преобладании песчаных и супесчаных почв на прирусловой пойме часто формируются песчаные пляжи (вдоль уреза воды), а на прирусловом повышении — супесчаные дерновые почвы (рис. 2). В этом случае на центральной пойме формируются легкосуглинистые зернистые пойменные почвы.
Сочетание всех природных условий предопределило преимущественное развитие на территории Московской области дерново-подзолистого и подзолообразовательного процесса. Действительно, довольно значительные количества атмосферных осадков (500—600 мм), выпадающих более или менее равномерно по сезонам года и притом сравнительно небольшими порциями, при относительно невысокой средней годовой температуре воздуха (3,3—3,8), действуя постоянно и длительно на и без того выщелоченные (по условиям своего генезиса) поверхностные ледниковые наносы, способствовали еще большему их промыванию и выщелачиванию.
Кислотный характер продуктов разложения остатков древесной растительности, в недалеком прошлом значительно более распространенной на территории области, обусловил кислую реакцию почвенных растворов, что еще более усилило растворяющее и разлагающее действие воды, как на минеральные, так и на органические вещества почвы и обусловило ее оподзоливание. С другой стороны, в результате разложения и гумификации остатков травянистой лесной и луговой растительности и листового опада в почвах развивается процесс накопления гумусовых веществ, так называемый дерновый процесс, который внешне проявляется в обособлении поверхностного перегнойного или гумусового горизонта почвы.
Преобладание подзолистого и дернового привело к доминирующему значению в составе почвенного покрова Московской области дерново-подзолистых почв. Они образуют как бы общий фон почвенного покрова, по которому отдельными небольшими полосами и пятнами разбросаны почвы, относящиеся к другим типам и в отличие от зональных почв не имеющие сплошного распространения, как бы часто они ни встречались.
Дерново-подзолистые глеевые почвы, развивающиеся в местах распространения блоков неотектонических опусканий, близки по внешним признакам к почвам дерново-подзолистого типа. Нижняя часть профиля этих почв отличается присутствием сизых глеевых прожилок, увеличивающихся с глубиной вплоть до образования сплошного глеевого горизонта в зоне постоянного насыщения болот почвенно-грунтовыми водами. Они богаче гумусом, чем дерново-подзолистые разности, но гумус их более грубый. Это позволяет полагать, что верхняя, наиболее молодая часть почвенного профиля возникла в изменяющихся неотектонических условиях, когда опускание территории сменилось начавшимся поднятием. Следствием этого явился легкий гранулометрический состав верхней части почвенного профиля, его малая влагоемкость, промывной режим с кислым окислительным классом водной миграции.
Напротив, глеевый горизонт, выступающий в данных условиях как реликтовый, в соответствии с указанными выше особыми условиями низин востока Московской области, отличается избыточным увлажнением, слабозастойным и застойным водным режимом и кислым восстановительным классом водной миграции. Дерново-подзолисто-глеевые почвы характеризуются возрастанием (рН солевого от 3—7 до 6—7) и сменой окислительной обстановки на восстановительную. Для них характерна очень высокая ненасыщенность поглощенными основаниями.
Флора (совокупность видов растений) Московской области насчитывает около 2200 видов высших растений, многие из которых встречаются в Пушкинском и Мытищинском районе. Среди видов растений различают аборигенные (коренные виды), которые издавна (после схода ледников) заселили эту территорию и адвентивные (пришлые или заносные) виды, случайно или намеренно занесенные в регион с других регионов и природных зон.
В Московской области встречено около 200 адвентивных видов. Сначала они появляются около вокзалов, вдоль железных и автомобильных дорог, на свалках и т. п. Некоторые из них в дальнейшем могут натурализоваться, т. е. проникнуть в местные растительные сообщества. Примером является борщевик Сосновского (крупное зонтичное растение), расселившийся вдоль многих автомобильных дорог и по опушкам леса, а также клен американский, распространившийся повсеместно. (Казанская и др. 1969, 1977; Казанская, 1971, 1977).
Ландшафты водоохранной зоны Учинского водохранилища
По мере развития человеческого общества характер и степень техногенных воздействий на растительность изменяется. Первоначально преобладали поверхностные воздействия, не причинявшие экосистемам существенного ущерба, после которого экосистемы довольно легко восстанавливались. В дальнейшем воздействия стали глубокими, сильно изменяющими состав и структуру экосистем и обуславливающими трудное и продолжительное восстановление естественных экосистем. И, наконец, преобразующие воздействия, после которых восстановление естественных экосистем практически невозможно (Коронкевич, 1988). При этом, последствия однотипных воздействий гораздо легче ликвидируются на небольших площадях, чем на обширных территориях, что частично связано с отсутствием предпосылок для восстановления растительности.
Общей тенденцией изменения природных экосистем в процессе антропогенной трансформации является уменьшение продуктивности и упрощение структуры биоты. Отмечается также сближение (конвергенция) на заключительных стадиях дигрессии трансформируемых экосистем по составу ведущих биотических компонентов. Конвергенция полуприродных, подвергшихся глубоким антропогенным воздействиям экосистем ведет к унификации экосистем и ландшафтов в целом (Казанская, и др., 1971, 1972). Но на средних стадиях антропогенной трансформации экосистем часто наблюдается возрастание разнообразия (преимущественно за счет синантропных видов), и нарушенные экосистемы обладают довольно высокой устойчивостью к антропогенным нагрузкам.
В настоящее время в водоохранных зонах происходят нарушения режима их охраны и использования. В них растущими темпами осуществляется самозахват земель под строительство дач, коттеджей, гаражей. Несмотря на принимаемые Правительством Москвы меры по защите водоисточников, темпы землеотводов и захватов возрастают. В зоне санитарной охраны только на территории Московской области расположено 55 сельскохозяйственных предприятий - более 200 ферм крупного рогатого скота. Несмотря на то, что часть объектов в настоящее время закрылась, навоз, скопившийся в течение нескольких лет на фермах, представляет значительную угрозу для водных объектов. В случае аварийного попадания отходов сельскохозяйственных объектов в водохранилища и водотоки нельзя будет использовать воды последних, как практиковалось ранее, для разбавления загрязненных вод. По сведениям МГП «Мосводоканал» основными загрязнителями источников питьевого водоснабжения Москвы продолжают оставаться объекты сельского хозяйства.
Повсеместно отмечается несоблюдение правил внесения удобрений и ядохимикатов, режима водоохранных зон. Прибрежные полосы рек и водохранилищ не исключены из пахотных земель, продолжается их распашка до самого уреза воды. Очистные сооружения на животноводческих комплексах практически не работают. Без согласования с природоохранными органами ведется строительство ферм, складов ГСМ и других объектов в водоохранных зонах.
В настоящее время происходит смена приоритетных загрязнителей с объектов сельского хозяйства и промышленности на коттеджные поселки садоводческие товарищества, расположенные по берегам водоемов и не оборудованные современными системами канализации, сбора, очистки и отведения ливнестоков.
Под дачное и индивидуальное строительство в Мытищинском районе отведено 1000 га, практически все с нарушением, в Пушкинском районе отведено 405 га, с нарушением - 121 га (Марьина Гора, Тишково). Кроме того, в ходе освоения земельных участков под дачные и садово-огородные товарищества возникают многочисленные неорганизованные свалки. Если не приостановить самовольный захват и бесконтрольную раздачу земель водоохранных зон, то ни одна, даже самая новейшая технология не позволит очистить питьевую воду от загрязнения. В Пушкинском районе находится известный курорт «Тишково» (с санаториями «Правда», «Зеленая роща» и др.), расположенный на берегу Пестовского водохранилища, где лечат сердечно-сосудистые и неврологические заболевания. Известен своими санаториями (например, «Подлипки»), пансионатами, домами отдыха Мытищинский район.
В 1998 г. в районе действовало 1728 предприятий и организаций. Из них 120 крупных и средних. Из общего количества действующих 29% составляют предприятия торговли и общественного питания, 16% - промышленные, 9% -сельскохозяйственные. Промышленность района представлена двадцатью крупными предприятиями текстильной, перерабатывающей, металлообрабатывающей промышленности, стройиндустрии. Среди наиболее крупных промышленных предприятий района можно назвать электромеханический завод, мебельную, прядильно-ткацкую фабрику в г. Пушкино, художественно-производственное предприятие «Софрино» РПЦ, мебельный комбинат и термоэлектрогенераторный завод в пос. Правдинский, крупный радиоцентр в пос. Лесной. Индекс объема промышленного производства составил к уровню 1991 г.: в 1996 г. - около 37%, в 1997 г. - 38%, в 1998 г. - 33%, в 1999 г. - 54,6%. На территории района действует шесть предприятий агропромышленного комплекса, из которых четыре хозяйства государственной формы собственности и два акционерных общества. Сельхозпредприятия производят продукцию животноводства и растениеводства.
Геоэкологическая оценка влияния водной и прибрежно-водной растительности водохранилища на качество природных вод
Формирование сообществ водной и прибрежно-водной растительности Учинского водохранилища началось с момента его заполнения. В первые годы, благодаря богатству вод биогенами (так как были затоплены почвы), на защищенных мелководьях размножались в большом количестве нитчатые водоросли (спирогира и др.) и свободно плавающие и погруженные водные растения - элодея канадская, роголистник, ряска. Через 2-3 года распространились заросли широколистного прибрежно-водного разнотравья (частуха, стрелолист, омежник и др.). Одновременно появились заросли погруженной водной растительности (рдесты, элодея, роголистник). Позднее появились в заливах обширные заросли хвоща топяного, тростника южного, рогоза, камыша озерного. Были проведены посадки риса водяного, который в настоящее время занимает значительные площади мелководий.
К макрофитам относят собственно водные и прибрежно-водные растения, а к микрофитам - одноклеточные и нитчатые водоросли.
Распределение и доминирование определенных видов макрофитов на мелководьях водохранилища связано в некоторой степени с характером грунтов, их гранулометрическим и химическим составом, а также со степенью минерализации, трофическими свойствами воды и степенью и характером ее загрязнения. Плавающие макрофиты преобладают в богатых органическими веществами водах. Некоторые макрофиты предпочитают селиться на илистых, богатых органическими веществами донных отложениях (кувшинка белая, кубышка желтая, рдест плавающий, курчавый и сплюснутый, роголистник погруженный, рогозы, сусак). Наиболее требователен к составу донных отложений тростник, он - олиготроф (Чернавская идр., 2002).
Прозрачность воды наибольшее влияние оказывает на развитие погруженных макрофитов, оптимальные глубины лежат для них обычно в пределах 1...2,5 м. Макрофиты на качество воды могут влиять положительно, способствую очищению воды. Но слишком сильное разрастание макрофитов приводит к постепенному ухудшению качества воды за счет разложения их остатков.
При мониторинге качества природных вод в качестве биоиндикаторов используют макрофиты и микрофиты. Индицируют качество воды, виды растений и их сообщества. Анализ состава и степени развития водных растительных сообществ позволяет в целом оценивать качество воды водохранилища и, в некоторых случаях, определять характер загрязнения (Груздева и др., 1983 и др.).
Литоральные природные комплексы оказывают большое влияние на формирование качества природных вод. При поступлении в них биогенов, здесь возрастает напряженность продукционных процессов за счет развития высшей водной растительности и водорослей. Поступление биогенов приводит к евтрофированию природных вод. Негативная роль антропогенного ефтрофирования вод усугубляется многочисленными проявлениями токсических свойств развивающегося фитопланктона. В результате «цветения» воды возможна гибель животных и заболевания людей.
Макрофиты перехватывают поступающие с водосбора биогены и связывают их на длительное время. При повышенном поступлении биогенов некоторые виды не выдерживают и выпадают из экосистемы, и образуются монодоминантные сообщества. К устойчивым видам принадлежат: тростник южный, камыш озерный. Элодея является групповым концентратором многих тяжелых металлов. Наиболее высокое содержание азота и фосфора обнаруживается у погруженных макрофитов. Активное поглощение макрофитами органических и минеральных веществ из воды и донных отложений используется для борьбы с евтрофированием водохранилищ (Груздева, 1983). В этом плане перспективны камыш озерный, манник большой, рис водяной. Их используют для создания биоплато на литорали водохранилища.
Роль макрофитов в самоочищении воды зависит от их видового состава, проективного покрытия, густоты особей, биомассы, фенофазы, жизненного состояния.
О качестве природных вод можно также судить по скорости продукционно-деструкционных процессов. Как показали, ранее проведенные исследования наблюдается корреляция концентрации лабильного органического вещества и численности фитопланктона и бактериопланктона. О содержании лабильного органического вещества можно судить по биохимическому потреблению кислорода (БПК5) (табл. 5).
Пики развития планктона наблюдаются в мае и июне, иногда в августе. В майский пик развития в фитопланктоне наблюдается преобладание диатомовых водорослей, доминируют виды - Stephanodiscus Hantrschii (от 1000 клеток/литр до нескольких десятков тысяч кл./л) и Melosira granulata (100-3000 кл./л). В июле-августе (иногда в начале сентября) развиваются синезеленые водоросли, из которых доминирует Microcystis aerugenosa (несколько тысяч кл/л). В меньшей степени присутствуют Aphanizomenon flosaquae, Anabaena spp.
Развитие сине-зеленых водорослей является показателем антропогенного евтрофирования. Индикаторами этого процесса как выявлено исследованиями в США (Davis, 1964) является массовое развитие следующих водорослей: Melosira granulata, Aphanizomenon flosaquae и Microcystis aemgenosa.
Изменения в развитии фитопланктона в связи с евтрофированием наиболее четко проявляются в летний период. Одновременно идет интенсивное развитие зоопланктона, представленного в апреле-мае преимущественно копеподитными стадиями веслоногих отряда Copepoda (до 10 тыс. экз./мЗ). Летом преобладание переходит к Eudiaptomus gracilis (отряд Copepoda) и Mesocyclops leucharti (100-3000 экз./мЗ), Daphnia longispina, Daphnia cristata и др. В июне максимум обусловлен развитием Bosmina longirostris (подотряд Cladocera, до неск. тыс. экз./мЗ). С июня по сентябрь иногда в значительном количестве развиваются личинки моллюска дрейсены.
На евтрофирование природных вод и развитие планктона оказывает также влияние содержание в воде фосфора, необходимого планктонным организмам для синтеза белков, нуклеиновых кислот и ферментов. Поэтому прослеживается корреляция между содержанием фосфора в воде и видовым составом планктона. Эти связи установлены для различных озер и водохранилищ мира (табл. 6).
Формирование химического состава природных вод в ландшафтах водоохранной зоны Учинского водохранилища
Функционирование водоохранных зон водохранилища определяется системой сбалансированного развития комплекса природопользования и компонентов природной среды. В настоящее время к природопользованию предъявляются требования не только обеспечить человека природными ресурсами, но также поддержать в хорошем состоянии для жизни человека окружающую среду и сохранить биоразнообразие. Необходимо оптимизировать природопользование в водосборном бассейне водохранилища с учетом принципа экологической паритетности развития норм природопользования, сохранения потенциала самовозобновления природных систем и поддержания их стокоформирующих функций. Для реализации этого принципа необходима геоэкологическая оценка функциональных свойств зональных и других биогеоценозов на водосборном бассейне водохранилища, анализ внутрибассейновой сети экотонов (переходных сообществ), природных и природно-антропогенных границ, в условиях которых формируются специфические, повышенно динамичные биогеоценозы, или экотонные экосистемы, выполняющие водоохранные функции. Для улучшения качества природных и оптимизации функционирования водохранилищ необходимы изучение и оценка природных и антропогенных комплексов, на фоне которых развивается хозяйственная деятельность.
При создании водохранилищ поймы рек заливаются. Влияние гидроузлов различно в верхнем и нижнем бьефе. В верхнем бьефе при колебании уровня водохранилища, отдельные участки то осушаются, то затопляются, в результате этого увеличивается аллювиальность (отложение наилка). На таких участках лес погибает, и формируются болотно-травяные фитоценозы простого флористического состава, так как немногие виды способны выдерживать такой водный режим.
Водохранилища относятся к антропогенным водным ландшафтам, для них характерно тесное взаимодействие с окружающей природной средой. Наблюдается сопряженное развитие аквальных ландшафтов водохранилища и наземных ландшафтов прилегающей водоохранной зоны. В настоящее время в водоохранной зоне Учинского водохранилища наблюдается стабилизация процессов формирования фитоценозов, основные природные процессы приходят в равновесие с новой природной обстановкой. Учет и оценка этих данных позволит определять экологическую устойчивость ландшафтно-хозяйственных систем Учинского водохранилища к разным антропогенным воздействиям, разрабатывать прогнозные варианты естественных и антропогенных изменений, исследовать биологические основы реконструкции и охраны растительного и животного мира.
Биогеоценозы водоохранных зон являются экотонами между водоемом и водосборным бассейном. Особенно динамичным является водно-наземный экотон. Процессы взаимодействия водной и наземной среды формируют зону, размеры которой определяются параметрами водохранилища и ландшафтами побережья. Для прибрежного экотона характерна периодичность биологических процессов и мозаичность биогеоценотического покрова в случае выраженного микро- и мезорельефа. При плоском рельефе, как отмечено выше, могут формироваться монодоминантные сообщества.
Подтопленными считаются территории, где уровень грунтовых вод располагается на глубине менее 1 м. Непосредственно к урезу воды примыкает зона сильного подтопления.
На формирование качества, природных вод оказывает влияние состав почвенного раствора, формирующегося в почвах под разными типами леса.
Почвенный раствор представляет собой наиболее изменчивую, активную и подвижную часть почвы, По исследованиям в ельниках кисличниках выявлено, что почвенные растворы полновозрастного ельника имеют кислую реакцию, резко меняющуюся по почвенному профилю. Наибольшая кислотность (рН 4-4 5) наблюдается в лесной подстилке, так как грубый опад из хвои, веток и шишек способствует образованию фульвокислот. В горизонте вмывания — В-рН 5-5,5, что связано с насыщением кислых органических веществ основаниями. В молодых ельниках в стадии жердняка (20—40 лет) почвы менее кислые, что связано с меньшей биомассой корней в почве и меньшим количеством корневых выделений. Наибольшее количество водорастворимых компонентов в лесной подстилке обнаруживается в июле. На вынос элементов с почвенным стоком большое влияние оказывает почвенный покров.
Негативное влияние на качество воды оказывает интенсивное использование земель в водоохранных зонах под жилищное строительство и ведение личных подсобных хозяйств без установления особого режима хозяйственной и иной деятельности.
Для обоснования комплекса водоохранных мероприятий необходима геоэкологическая оценка современного состояния водохранилища и функционирования ландшафтов его водоохранной зоны. Химический состав воды водохранилища формируется под влиянием как природных, так и антропогенных (в том числе техногенных) факторов (Груздева, 1985, 2002 и др.).
Под химическим составом природных вод принято понимать весь сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния (Алекин, 1970).
В.И. Вернадский (1926, 1970) показал, что основным источником ионов в поверхностных и грунтовых водах водосборного бассейна является почва. Кроме ионов с поверхностным стоком в водоемы поступает растворенный углекислый газ, образующийся в почве при разложении органических остатков, а также растворимые органические вещества, которые, соединяясь с металлами, могут образовывать растворимые металлоорганические соединения.
Поступающие в воду вещества можно разделить на 3 группы: 1) необходимые для жизнедеятельности организмов (биогены); 2) безразличные (балластные); 3) вредные (токсичные).
Фоновое содержание химических веществ в природных водах определяется положением водных объектов в конкретной природной (ландшафтной) зоне (Вернадский, 1960). В лесной зоне, характеризующейся промывным режимом почв, наблюдается интенсивный вынос растворимых соединений, образующихся при минерализации органических остатков и поступающих с атмосферными осадками. Наличие в поверхностном стоке растворимых органических веществ способствует повышению цветности воды водоемов. Наиболее значимые в гигиеническом отношении вещества приведены в прил. 2.
Геоэкологическая оценка функционирования ландшафтов водоохранной зоны, выявление негативных техногенных воздействий и геохимических аномалий позволяют прогнозировать возможность возникновения геоэкологических ситуаций, оказывающих влияние на ресурсоформирующие функции природных ландшафтов и здоровье населения (Коронкевич, 1988; Малик, Барабанова, 1993; Груздева, 2002 и др.).
В основе геохимического изучения ландшафтов лежит анализ рядов миграции химических элементов ландшафтов или в сопряженном по фациям ряду ландшафтов, а также изучения взаимосвязей между организмами и почвообразующими породами.
