Состояние растительного и почвенного покрова
СОДЕРЖАНИЕ: Деградация лесов и растительности. Изменение видового состава растений. Функции леса, эксплуатационные и деградированные леса. Изучение состояния растительного и почвенного покрова, исследования почв. Ухудшение плодородия, дефляция и эрозия почв.Содержание
1 Деградация лесов, растительности
2 Изучение состояния растительного покрова
3 Изучение состояния почвенного покрова
4 Ухудшение плодородия
5 Дефляция и эрозия почв
1 Деградация лесов, растительности
Анализ ископаемых спор и пыльцы растений, сохранившихся в древних пластах осадочных пород, позволяет нам представить растительность, что росла на территории Южного Урала много тысяч лет назад.
Тогда в южных районах области шумели березово-сосновые леса, в которых было достаточно много елей и широколиственных пород деревьев: ольхи, дуба, вяза. Климат был более мягким и влажным. На севере и западе, в горах царила непроходимая тайга, основу которой составляли темнохвойные породы — ель и пихта.
Прошедшие тысячелетия мало изменили видовой состав растительности на Южном Урале. Березово-сосновые леса сохранились до наших дней, однако они стали менее густыми и обширными. В направлении с севера на юг все чаще наблюдаются небольшие островки леса, которые наши предки назвали колками. Ель, пихта, широколиственные породы сохранились лишь в европейской части, преимущественно на западе области.
Одиннадцать тысяч лет назад в южных районах, в травяном покрове преобладали полыни и разнотравье. В те периоды, когда климат становился более мягким, здесь появлялись более влаголюбивые виды трав и злаков. В засушливые годы степи превращались в полупустыни, где обильно росли полыни и травы семейства маревых.
Таким образом, можно с уверенностью говорить о том, что большинство растений, существующих на территории области сегодня, произрастало здесь и многие тысячелетия назад. Видовой состав растений изменился очень мало. В основном, качественные изменения в растительном мире, увеличение видов, приспособленных к засушливым условиям, связаны с аридизацией климата, увеличением антропогенной нагрузки, особенно в последние 250—300 лет. В этот период значительно возросла вырубка лесов, вызванная промышленным и сельскохозяйственным освоением края.
В 1686 году общая площадь лесов в Оренбургской и Уфимской губерниях равнялась 18 288 тыс. га, или 58% их площади. Через сто лет, в 1796 году, она равнялась уже 43%, а в начале XX века — только 30%.
До 1770 года на Южном Урале было построено около двух десятков заводов, где плавились руды железа и меди. В качестве топлива использовался исключительно древесный уголь. Заготовка леса на пережог производилась ежегодно с февраля по апрель месяц. Каждый завод имел свою лесосеку. Так, заводчику Мосолову в 1754 году отвели лесосеку на рубку угольных дров... 20 верст в длину (более 43 км), а поперек... смотря по густоте и величине, чтоб стало на 60 лет....
Статистические данные показывают, что для обеспечения только предприятий металлургии в XVIII веке на Южном Урале требовалось вырубить примерно 5000 га леса в год. С учетом того, что лес шел также на строительство, отопление жилищ, эту цифру можно удвоить. Большие объемы заготовок леса приводили к истощению лесов вокруг заводов и селений. Возникла потребность выработать правила лесопользования.
В 1774 году глава Исетской провинции, столицей которой был Челябинск, воевода Веревкин издал инструкцию по охране лесов, в которой, в частности, указывалось: ...Иметь крепкое и неослабное смотрение, чтоб леса бездельно никем трачены не были.... Не велено было рубить на дрова строевой лес, разводить костры в лесах, для отопления жилищ разрешалось только собирать валежник.
Эти правила совершенствовались и ужесточались со временем. На землях Оренбургского казачьего войска за соблюдением правил лесопользования строго следили атаманы станиц. Они определяли норму выдачи казакам леса на различные строения. Первые типовые правила, регулирующие технологию и объем рубок, а также лесонасаждения, были приняты на Урале в 1814 году.
В XIX веке промышленность и сельское хозяйство продолжают развиваться. Растет количество крупных горнорудных предприятий. Южный Урал становится самой золотой провинцией России. Сотни золотых приисков разрабатывались в Миасской долине и в Коч-карском золотоносном районе (район г. Пласта). Леса, мешавшие промыслу, вырубались. В степной зоне лес вырубался для получения новых сельхозугодий. Одновременно велись лесовосстановительные работы, но объем их был очень мал.
Еще больше было вырублено лесов в 20—30-е годы нашего века, когда в Советском Союзе началась индустриализация. В крае выросли десятки новых заводов, и на каждую стройку потребовалось огромное количество леса. За 1940—1960 годы в нашей области ежегодно заготовлялось до 3703,5 тыс. куб. м леса. Площадь ежегодно вырубаемых лесов составляла 10—12 тыс. га.
В войну и послевоенные годы интенсивные рубки особенно ценных хвойных пород продолжались. Только в Нязепетровском районе ежегодно вырубалось до 2000 га леса. Одновременно осуществлялась посадка леса на лесных пожарищах, необлесенных участках, в лесополосах. В 50-х годах началась закладка защитных лесополос на юге области. Особенно интенсивно она производилась при освоении целинных и залежных земель. За последние 50 лет площадь лесов в области увеличилась на 300 тыс. га. Государственные защитные лесные полосы в 1996 году имели протяженность 1700 км. Большая их часть находится в юго-западных районах области.
250 лет эксплуатации лесов, зачастую нерациональной, хищнической, не прошли даром. За это время особенно значительно сократились площади хвойных лесов. В сохранившихся стало меньше хвойных пород, больше лиственных. Леса Южного Урала сегодня очень не похожи на те, что существовали здесь в начале XX столетия.
Сегодня леса в Челябинской области занимают площадь 2461 тыс. га. Наиболее богаты ими Нязепетровский и Катав-Ивановский районы. Меньше всего лесов в Агаповском районе, близ Магнитогорска. Залесенность западной горно-таежной зоны составляет 65,7%, лесостепной — 25,8%, а степной зоны — всего 8,5%.
Все леса области принадлежат по своему значению к I и II группам, причем леса I группы (наиболее ценные) составляют 77,3% от общего количества (3,903 тыс. га). Они выполняют водоохранные, защитные санитарно-гигиенические и оздоровительные функции. В леса I группы входят:
запретные полосы лесов по берегам рек, озер, водохранилищ — 84 тыс. га;
запретные полосы лесов, защищающие нерестилища ценных пород рыб — 10 тыс. га;
леса в лесостепных и степных районах, имеющие важное значение для защиты окружающей среды — ПО тыс. га;
противоэрозионные леса — 682 тыс. га;
государственные защитные лесополосы — 1,7 тыс. га;
защитные полосы вдоль железных и автомобильных дорог — 25 тыс. га;
особо ценные лесные массивы, леса, имеющие научное значение — 73 тыс. га;
леса зеленых зон вокруг населенных пунктов, лесопарки — 276 тыс. га.
Во II группу входят леса эксплуатационные, в которых можно вести лесозаготовки. Их в области 557,5 тыс. га. Темнохвойные и смешанные леса ныне занимают примерно пятую часть покрытой лесом территории, в то время как мелколиственные (березовые) — около 60%. Светлохвойных (сосна) лесов мало, в восточной части горно-лесной зоны (в районе хребта Уралтау) они занимают от 3 до 18%. Леса, растущие на месте вырубленных, восстанавливаются медленно. Преобладание в области мелколиственных (березовых) лесов, выросших большей частью на месте вырубленных сосновых, может привести к существенной смене фитоценозов. Дело в том, что в подросте таких лесов присутствуют и ель, и сосна, господствуют же в первом (верхнем) ярусе береза и осина. Они раньше, через 50—80 лет, достигают эксплуатационной спелости (у сосны этот возраст равен 100—140 годам) и начинают вырубаться. Вместе с ними вырубаются и более ценные хвойные породы, еще далеко не достигшие возраста спелости. Так, постепенно, с участием человека, происходит смена ценных пород менее ценными. Можно ли оценить масштабы этого процесса? Оказывается, можно. Космические снимки, сделанные и изученные в начале 90-х годов, дали возможность оценить степень ухудшения состояния лесов области под влиянием рубок.
К наиболее сохранившимся лесам отнесены большие массивы, покрывающие хребты Зигальга, Нургуш, Уреньга и другие. Сюда же отнесены леса, находящиеся в окрестностях Нязепетровска, Сима, Миньяра и другие на границе с Башкортостаном. Много таких лесов в горнозаводской зоне (от Миасса на юге до границ области на севере). В северных районах лесостепной зоны к этой наиболее благополучной категории относятся мелколиственные, отчасти светлохвойные леса в районе Багаряка, к югу от реки Караболки, севернее села Муслюмово и в других местах. Неплохо сохранился Каштакский бор в Челябинске, крупный массив сосновых в районе села Варламово, отдельные участки Санарского бора.
В западных горных районах к наименее пострадавшим относится 40—50% лесных массивов, в лесостепной зоне — до 31% березовых и сосновых лесов, в степной — 5—7% залесенной площади. Это, в основном, центральные участки Джабык-Карагайского, Черноборского, Каратубайского боров.
К группе деградированных отнесены леса, в которых вырубки составили 40—70%. Такие леса находятся в горнозаводской зоне (западнее Кыштыма—Вишневогорска), сел Ларино, Маслово (Уйский район), Губернского (Аргаяшский район), в окрестностях Челябинска и других местах. В основном, это березовые леса. Большие массивытакихлесов расположены в Чесменском и Нагайбакском районах в степной зоне. Лиственные деревья здесь чаше всего замещаются такими же и (редко) светлохвойными породами, которые специально здесь высаживаются (Нагайбакский, Бродокалмакский районы).
К группе наиболее деградированных лесов относятся те, в которых оставшиеся первичные древостой занимают менее 30%. Таких лесов, к сожалению, много. До 10 участков площадью 80— 200 кв. км, на которых когда-то рос сосновый лес, вырублено почти полностью от широты Карабаша до северной границы области. Много таких лесов на западе области, к юго-западу от Зюраткуля, в лесостепной и степной зонах (Джабык-Карагайский и Каратубайский боры). Часть вырубок зарастает лиственным лесом, а часто так и остается безлесной. Всего таких, сильно деградированных по вине человека, лесов в области 25—28%.
Не только рубки способствуют деградации лесов. Большой урон им наносят пожары. От них особо страдают хвойные леса лесостепной и степной зон, где часто отмечаются засушливые, маловодные периоды. В 1975 году от пожара пострадала огромная (200 км2 ) площадь Джабык-Карагайского бора. В 90-х годах пожаром было охвачено около 120 кв. км. площади Санарского бора, более 40 кв. км Каратубайского бора. Сегодня на территории области нет, пожалуй, ни одного бора, которого не тронул бы огонь.
Последствия пожаров, охватывающих, в основном, хвойные леса, усугубляются еще и тем, что при ликвидации горелого леса часто уничтожается подрост. На лесные гари, заросшие травой, запускается скот, который окончательно превращает бывший леев пустошь. На оставшихся по соседству облесенных участках деревья угнетены, подлесок отсутствует или представлен малым количеством видов деревьев, подрост редок или вовсе отсутствует. Меняется травостой. Под пологом сохранившихся деревьев часто растут степные травы. Самовосстановление леса крайне затруднительно. Такая картина характерна для многих островных боров лесостепной и степной зон области.
Прямое воздействие на лес оказывают выбросы промышленных предприятий. В районе Сатки, Верхнего Уфалея, поселка Первомайского, Карабаша, Катав-Ивановска, где действуют крупные горно-рудные предприятия, цементные или медеплавильные заводы, выбрасывающие в атмосферу большое количество промышленной пыли и вредных газов (SO2 , CO, NO2 , NO3 ), лес болеет и быстро деградирует. Усыхают кроны деревьев, на стволах увеличивается количество наростов, болеет листва, происходит существенное сокращение фитомассы.
Особенно наглядно деградация лесной растительности под влиянием чрезмерных рубок и воздействия выбросов медеплавильного комбината проявилась в районе Карабаша. В 80-х годах выбросы комбината ежегодно составляли более 163 тыс. тонн пыли и газов. Только в 1990 году его трубы выбросили в атмосферу более 50 тыс. тонн вредных веществ, в том числе 46 тыс. тонн особенно вредного сернистого ангидрида.
Все это привело к полному исчезновению растительного покрова в радиусе 6—8 км от предприятия. Вокруг зоны рукотворной пустыни бедленда на космических снимках можно видеть деградированные хвойные и смешанные леса на площади до 260 кв. км. В них меньше высота деревьев, разрежены кроны, много сухостоя, на листве и хвое — следы болезней.
В результате интенсивной вырубки, вредных воздействий, особенно в течение последних 80—90 лет, на Южном Урале темнохвойные и смешанные леса сократили свою площадь на 75—80%. Можно себе представить, что будет с нашими лесами, если мы и дальше будем относиться к ним так же.
В последние годы намечается более бережное отношение к лесу. По сравнению с 1990 годом, в области более чем в два раза уменьшена площадь вырубаемых спелых лесов. Отдельные леса переведены в категорию особо охраняемых. Организованы национальные парки Таганай и Зюраткуль общей площадью 145 тыс. га. На юге области идут подготовительные работы по созданию национального парка Аркаим, куда войдет и самый южный из островных боров — Каратубайский, а также окружающие его более мелкие леса.
Луга и степи нашего края сильно пострадали от экологически не выверенного землепользования. Естественные травостои сохранились лишь на 10—35% незалесенных территорий. Остальная площадь за неполных три столетия хозяйствования распахана (35—40%), заболочена (0,5%), засолена (3%). Часть земель занята вновь построенными городами и селами, нефте- и газопроводами, автодорогами, горно-рудными предприятиями и их отвалами.
Сохранившиеся луга и степи заняты в основном под сенокосы и пастбища. Всего в области на 1996 год числилось: сенокосов 550 тыс. га, пастбищ 1356 тыс. га. Это почти 22% территории области. Из общего количества пастбищ заболоченные, заросшие кустарником (т.е. практически негодные) составляют около 60 тыс. га, или 3%.
Если разделить количество крупного рогатого скота, имевшегося в области в 70—80-х годах, на площадь пастбищ, то получается, что на 1 га приходилось в среднем 1,6 головы. Это вполне допустимая для степных и лесостепных районов величина, но на практике часто получалось так, что отдельные пастбища были чрезмерно перегружены. Это и привело к их деградации. Особенно сильно степные пастбища пострадали от огромных отар овец, которых в иные годы насчитывалось более полумиллиона. Овцы погубили (вытоптали) многие пастбища южных районов.
Карта деградированности природных кормовых угодий одного из хозяйств Кизильского района Челябинской области
Выборочное обследование кормовых угодий, проведенное в степных районах — Брединском, Кизильском, Верхнеуральском, показало, что более 50% степей, лугов относятся к сильно пострадавшим от чрезмерного выпаса.
В чем выражается деградация пастбищ, сенокосов в степной зоне? Это, прежде всего, уменьшение количества видов растений на единицу площади. На средне- и сильно деградированных участках оно снижается до 35—15 видов, причем среди них преобладают низкопитательные травы. Трава лишь частично покрывает поверхность земли (50—30%). Травяной покров сильно выбит скотом. Поэтому урожайность трав на таких пастбищах минимальна — 2—3 ц/га, в то время, как на хороших — 8—12 ц/га.
Сильнее всего страдают пастбища, находящиеся вблизи селений, крупных дорог. Как правило, они доведены до полного истощения. По существу, это рукотворная полупустыня.
Избежать обеднения, истощения наших лесных богатств, сенокосов, пастбищ можно лишь тогда, когда в практику будут внедрены научно обоснованные экологические нормы. Суть их заключается в том, чтобы:
—было установлено оптимальное соотношение распаханных и нераспаханных земель;
—была обоснована и соблюдалась физическая и биологическая нагрузка на единицу площади пастбищ;
—выдерживался коэффициент лесистости территории, то есть соотношение залесенной и незалесенной площадей;
—рационально использовались водные ресурсы, принимались меры к их сохранению и увеличению;
—осуществлялся мониторинг естественных лугов, пастбищ, лесов; принимались меры по сохранению их площади и плодородия.
Научно обоснованные экологические нормы будут обязательно внедряться в практику в XXI веке. Без этого наши леса, луга и степи обречены на гибель.
2 Изучение состояния растительного покрова
Растительный покров служит индикатором уровня промышленного загрязнения, засоления почв, перегрузки пастбищ. Смена одних растительных ассоциаций другими, изменение видового состава растительности, исчезновение каких-то преобладающих видов растительности свидетельствуют об изменении ландшафтно-геохимических условий.
Изучение растительного покрова ведется обычно параллельно с изучением почв. В условиях Южного Урала особо злободневной является оценка состояния лесов и пастбищ в степной и лесостепной зонах.
3 Изучение состояния почвенного покрова
Изучение почвенного покрова обычно проводится одновременно с изучением травянистой растительности. Почвенный покров, в основном, изучается с целью определения уровня плодородия почвы (почвенный мониторинг). Эти исследования, как правило, проводятся специализированными предприятиями. При этом определяется содержание гумуса в почве, содержание фосфора, калия, азота, рН водной вытяжки (показатель кислотности-щелочности почв), засоленность. Изучается механический состав почв и их структура, уровень проявления эрозии.
Эколого-геохимические исследования почв направлены на выявление уровня загрязнения почв тяжелыми металлами и другими токсикантами. Эта задача особо актуальна для территорий городов, поселков, на которых расположены предприятия черной и цветной металлургии, энергетики, химии.
Опробование проводится в основном на территории жилых кварталов (селитебная зона) по определенной сетке, которая может определяться длиной квартала, его формой. Расстояние между точками отбора проб 300—500 м и более. Опробование ведется на основе детальных планов населенного пункта или аэрофотоснимков. Наиболее удобный масштаб 1:10000 — 1:15000. Каждая проба точно выносится на карту, аэрофотоснимок.
Все пробы почвы отбираются конвертом, то есть на поверхности рисуется мысленно квадрат 5x5 м, с каждого угла которого и из центра отбирается 70—100 г почвы с поверхности до глубины 0,0—0,15 м. Все отобранные пробы (5) тщательно перемешиваются и делятся на четыре части (квартуются). Одна четверть заворачивается в плотную бумагу или засыпается в мешочек и подписывается (Проба № ...). Номер пробы наносится на план в точке отбора.
При отборе геохимических почвенных проб ведется журнал, куда записываются основные данные опробования:
—дата отбора;
—место отбора (улица, площадь, роща);
—глубина отбора;
—характеристика почвы.
В сельской местности геохимическое опробование почв проводится вдоль основных магистралей (железных и шоссейных дорог, нефтепроводов) или на участках, подверженных влиянию газово-дымовых шлейфов промышленных предприятий. Этим же методом можно определить степень загрязнения территории вокруг нефтебаз, складов пестицидов, удобрений, свалок промышленных и бытовых отходов.
Важно правильно определиться с количеством проб, их распределением на местности. При этом нужно учесть основные направления ветра, преобладающее направление стока поверхностных вод, направления и углы наклона рельефа.
4 Ухудшение плодородия
Плодородие почв определяется, прежде всего, содержанием в них гумуса, гуминовых кислот. Вследствие их выноса и перерождения разрушается структура почвы, уменьшается ее водопроницаемость и влагоемкость.
В области известны малогумусные (менее 6%), среднегумусные (6— 9%) и тучные (более 9%) почвы. Богатых гумусом почв очень мало. За последние 20—25 лет содержание гумуса в почвах области уменьшилось в среднем на 0,2—0,7%. Наибольшие его потери отмечены в черноземных почвах и солонцах; наименьшие — в серых лесных почвах. В Аргаяшском районе они составили, например, 0,002% (за период 1964—1984 гг.). За то же время черноземы в Брединском, Нагайбакском и Чебаркульском районах потеряли до 0,6%, а в Троицком районе — более 1%. В среднем за год черноземная пашня теряет от 0,15— 0,20 до 1,0— 1,2т/га гумуса.
Химическими элементами, более всего влияющими на плодородие почвы, являются фосфор, калий и азот. Почвы области характеризуются низким содержанием подвижного фосфора (фосфор, способный усваиваться растениями). В западных районах (Саткинском, Кусинском, Катав-Ивановском) почвы, малообеспеченные фосфором, составляют 40—72%, в лесостепных северных районах таких почв уже больше половины, а в степной зоне малофосфорные земли явно преобладают.
Обеспеченность почв обменным калием считается достаточной. По-видимому, большую роль в этом играют граниты, в состав которых входят калийсодержащие минералы. Эти породы широко встречаются в центральной части области, в лесостепной и степной зонах. Для лесостепной зоны установлено высокое и очень высокое содержание обменного калия в почве. В степной зоне этот показатель достигает 85—100 %.
Обеспеченность почвы азотом находится на таком же уровне, как и фосфором. Почвы области плохо обеспечены этим важнейшим элементом питания, что резко снижает урожайность всех культур.
Вывод прост — для обеспечения плодородия почвы нужны удобрения, которые должны восполнять содержание химических элементов, которых недостает.
Известно, что для большинства культивируемых растений нужны, кроме всего прочего, нейтральные почвы, не кислые и не щелочные, т.е. такие, где рН находится в пределах 6,5—7,5 (рН — соотношение ионов Н и ОН). Среди почв области увеличивается количество кислых, где рН равен 4,5—5,5. Отчасти это явление объясняется кислотными дождями (выбрасываемые в атмосферу сернистые газы, соединяясь с атмосферной влагой, дают слабый раствор H2 SO4 , выпадающий с дождями и снегом на землю). Особенно много кислых почв на западе области, а также в районах, расположенных вблизи промышленных центров: Аргаяшском, Еткульском, Сосновском, Каслинском и других. Необходимо оговориться, что есть и естественные кислые почвы. Сильно кислая среда (так же, как и сильно щелочная) угнетающе действует на растения и фауну почв. Кроме того, кислая среда способствует повышенному растворению некоторых тяжелых металлов. Увеличение площадей кислых почв является отрицательным явлением. Бороться с ним необходимо известкованием, то есть внесением определенного количества извести на каждый гектар земли.
5 Дефляция и эрозия почв
Под дефляцией понимается выдувание верхнего плодородного слоя; под эрозией — смыв его струями атмосферных осадков. И тот и другой процессы имеют место на территории области.
Дефляция особенно сильно проявляется в южных степных районах, где при ветрах 10—15 м/сек на распаханных, не защищенных растительностью участках, поднимаются пыльные бури (Брединский, Кизильский, Карталинский, Варненский, Чесменский, Троицкий районы). В результате уменьшается мощность плодородного гумусового слоя. На поверхности оказываются менее гумусированные слои почвы или подпочвенные породы. Образуются многочисленные лога и овраги.
Совместно ветровая и водная эрозии действуют в юго-западных районах области, где распаханы склоны отдельных увалов. Проявления водной эрозии установлены в некоторых центральных районах (Чебаркульский, Уйский), а также на северо-западе области (западная часть Нязепетровского, Кусинского районов, район Сулеи, Усть-Катава).
Изучение космических снимков показало, что в разных районах эрозия почв проявляется по-разному. На начальных стадиях (смыв небольшой) видно увеличение подпочвенной глинистой или щебнистой массы; на средней стадии возрастает количество ложбин, небольших оврагов; на сильной — глинисто-щебнистые подпочвенные породы слагают обширные пространства, резко увеличивается количество ложбин и оврагов. Сильная эрозия наблюдается там, где сведены леса.
Методы изучения эрозии почв очень сложны и разнообразны. Они учитывают и историю земледелия, и климатические данные, и мощности существующих видов почв. Сопоставление разных методов показывает, что в Челябинской области эрозия почв реально охватывает 13—18 % территории (1200—1500 тыс. га), или 35—40 % всех распаханных земель.
Это означает, что ежегодно с каждого га пашни смывается и выдувается до 10 тонн плодородного слоя (слой почвы мощностью 0,04—0,1 см/год). Сравнив эту величину со скоростью образования почв в нашем регионе, можно понять ту угрозу, что несут эрозия и дефляция.