МОЧАРНЫЕ ЛАНДШАФТЫ И МОЧАРНЫЕ ПОЧВЫ - ПОНЯТИЯ И ПРИЧИНЫ ФОРМИРОВАНИЯ

Мочарным ландшафтом (син. — мочар, мочак) называется переувлаж­ненная территория степной зоны, возникшая под влиянием естественных (первичных) или антропогенных (вторичных) гидрологических факторов, отличающаяся наличием переувлажненных почв и гидрофильной раститель­ности, а также особыми рельефными, гидрогеологическими и геохимиче­скими условиями.

В научной и производственной литературе эти названия были, по-види- мому, впервые использованы В.М. Гвоздецким и П.К. Замория (1933), а за­тем М.К. Коненковым (1939). В послевоенный период эти термины начали широко применяться в специальной литературе после публикаций П.А. Су­вака (1971), В.Д. Кисель (1981), Н.И. Полупана, А.Ф. Нестеренко, Е.В. Яро- венко (1983) и других авторов.

Образование мочаров тесно связано с грунтовым или поверхностным подтоплением или затоплением. В первом случае их образование обусловле­но периодическим подъемом уровня почвенно-грунтовых вод. Во втором — скоплением поверхностного стока в замкнутых понижениях и на плакорах в период дождей. Пятна мочаров разной конфигурации и размеров нарушают однородность полей и затрудняют полевые работы. Это сопровождается сни­жением урожая или его гибелью. Поэтому мочаристыми следует называть переувлажненные почвы мочарных ландшафтов степной зоны, несущие чет­кие признаки гидроморфизма, обусловленные их избыточным увлажнением поверхностными или грунтовыми водами. К мочаристым относятся почвы степной зоны, испытывающие длительное переувлажнение, при котором исключается возможность нормального роста и развития культур, происхо­дит снижение или полная гибель урожая.

Мочары могут формироваться под влиянием пресных и минерализован­ных поверхностных и (или) грунтовых вод.

Заболачивание минерализованными водами преобладает в условиях близ­кого залегания грунтовых вод, водоносные или водоупорные горизонты ко­торых отличаются повышенным содержанием легкорастворимых солей (на­пример, майкопские, скифские и другие отложения).

В мочарных ландшафтах уровень грунтовых вод и объем поверхностного стока изменчивы и зависят от погодных условий, скорости внутрипочвенно- го стока и водосборной площади [Кисель, 1981; Джамаль, 1962; Зайдельман, Давыдов, 1992].

Грунтовые и поверхностные воды обычно транспортируют легкораство­римые соли, которые аккумулируются в мочарах, обусловливая засоленность и солонцеватость почв. Весной почвы мочаров сильно набухают. К концу лета высыхают, дают большую усадку. В почвогрунтах образуются глубокие (до 1,0—1,5 м и более) и широкие (до 5—7 см в верхней части) трещины. Почвы приобретают высокую плотность и твердость, свойственную слитым, что серьезно затрудняет проведение осенних полевых работ [Сувак, 1971; Минкин, Калиниченко, Кудинов, 1989].

Высокие величины усадочных напряжений, формирующиеся в почвен­ной массе мочаров в цикле увлажнение — высыхание, являются следствием глеевого процесса [Назаренко, 1990]. Глееобразование ведет к ухудшению агрофизических свойств почвы, качественного и количественного состава гумуса.

Мочарные ландшафты всегда являются непременным фрагментом есте­ственной структуры степной зоны. Они возникают в результате переувлаж­нения почв грунтовыми или намывными склоновыми (поверхностными) водами. Несомненна также связь мочаров с хозяйственной деятельностью человека, прежде всего с орошением.

Рассмотрим факторы повсеместного увеличения площади мочаров в на­стоящее время в Предкавказском регионе.

Во-вторых, глубоким изменением гидрологической и гидрогеологиче­ской обстановки в результате строительства крупных гидротехнических со­оружений и многочисленных оросительных систем на Северном Кавказе.

Среди разнообразных антропогенных факторов, вызывающих подъем грунтовых вод и образование мочаров, особая роль принадлежит орошению.

В.В. Егоров (1984) и другие обратили внимание на неблагоприятные последствия ирригации (вторичное засоление, осолонцевание, потеря гуму­са, заболачивание и т.д.). К числу отрицательных изменений, происходящих в орошаемых черноземах, относятся их обесструктуривание и слитизация. Б.Г. Розанов идр. (1983) обнаружили, что в случае избыточных поливных норм растения используют лишь 15-25% того количества воды, которое за­бирается в головных частях оросительной системы. При больших поливных нормах значительный объем воды фильтруется в глубокие горизонты и смы­кается с грунтовым потоком.

Ареалы распространения мочаров тесно связаны с режимами грунтовых и поверхностных вод, ирригационных систем, другими гидрологическими факторами, определяющими их переувлажнение. Поскольку их действие в основном нестабильно, ареалы мочаров нередко имеют пульсирующий ха­рактер. Они могут возникать и на местах вполне благоприятных по своим свойствам автономных и автоморфных черноземов.

В этой связи остановимся на анализе многолетней динамики основных погодных характеристик территории Балахоновского мелиоративного почвен­но-гидрологического стационара, в границах которого нами были выполне­ны многолетние исследования заболоченных и засоленных почв мочарных ландшафтов [Зайдельман, Тюльпанов, Ангелов, Давыдов, 1998].

По среднемноголетним данным, за два последних десятилетия парамет­ры гидротермического коэффициента (ГТК) соответствовали его избыточ­но-влажным значениям.

В последнее десятилетие (1986—1995) нарастание увлажнения (особенно в апреле, мае и июне) стало весьма заметным — среднемесячное количество осадков превысило норму в апреле на 17 мм, в мае — на 19 мм, в июне — на 27 мм. Среднемесячные показатели ГТК составили в апреле 2,6, в мае — 1,9, в июне — 2,0, т.е. характеризовались как избыточно влажные. Избыток ат­мосферной влаги существенно пополнял грунтовые воды (рис. 14.1).

Кроме того, мочары занимают пониженные элементы рельефа. Поэтому реальные массы воды, поступающие в депрессии, окажутся существенно выше расчетных значений по величинам осадков, поскольку на территорию моча­ров, приуроченных к понижениям, будет всегда поступать дополнительный (к осадкам) приток влаги по поверхности водосборной площади.

Одним из решающих факторов формирования почв мочарных ландшаф­тов является деятельность человека. Переполивы при орошении, инфильт­рация воды из оросительных каналов различного порядка, особенно из круп­ных водохранилищ, а также застой влаги на поверхности черноземов при интенсивной современной обработке тяжелыми машинами приводят к фор­мированию таких территорий.

За последние 45-50 лет территория Предкавказья и Северного Кавказа оказалась ареной орошения и обводнения огромных пространств, принци­пиально изменивших их естественный гидрологический режим. За 15-лет­ний период площадь орошаемых земель на Северном Кавказе увеличилась с 1495 тыс. га в 1975 г. до 2448 тыс. га в 1990 г., т.е. почти на 1 млн гектаров.

Рис. 14.1. Основные метеоэлементы среднемноголетних циклов (за 100 и 10 лет) для территории Балахоновского мелиоративного почвенно-гидрологического стационара.

Кочубеевский район. Ставропольский край

При этом основные оросительные системы не имели надежной антифильт- рационной защиты, каналы были устроены в земляном хорошо фильтру­ющем русле, системы не были обеспечены надежной коллекторно-дренаж­ной сетью и ловчими каналами, противофильтрационной завесой скважин вертикального дренажа.

Существуют и другие факторы пополнения инфильтрационной водой грунтового потока. Так, в течение последних 50 лет на территории Ростов­ской области, Ставропольского и Краснодарского краев было построено бо­лее 80 крупных оросительных систем и водохранилищ — Цимлянское, Крас­нодарское, Пролетарское, Веселовское, Новотроицкое, Чограйское идр. С начала их эксплуатации гидрографическая сеть всего южного региона Рос­сии претерпела существенные изменения. К настоящему времени общая длина магистральных, распределительных и оросительных каналов в регионе со­ставляет более 70 тыс. км. Кроме водохранилищ на степных реках созданы тысячи прудов и других водоемов.

Густота гидрографической сети в естественных условиях края составля­ла 0,13 км/км², а за счет развития орошения она возросла до 0,42 км/км² (т.е. увеличилась более чем в 3 раза). Почти все районы края прорезаны магист­ральными и распределительными каналами. В западной части с юга на север проложен Невинномысский канал; в северной — с запада на восток — Право-Егорлыкский канал с его Левой Ветвью; в центральной зоне — Боль­шой Ставропольский канал; в восточной — Терско-Кумский и Кумо-Ма- нычский каналы.

Существенную роль в подъеме уровней грунтовых вод играет и пере­броска почти трети стока рек Дона и Кубани, естественных артерий Азов­ского морского бассейна, в засушливые Донецко-Донскую, Сало-Маныч- скую и Терско-Кумскую низменности.

Возникновение мочаров сопровождается появлением ряда новых почво­образовательных процессов, не свойственных условиям этих степных ланд­шафтов, — глееобразования, слитизации и лессиважа, засоления почв, их осолонцевания, окарбоначивания и загипсовывания. В экологическом и агрономическом отношениях существенно то, что большинство этих про­цессов являются деградационными. Таким образом, происходит не только ухудшение водного режима почв, затрудняющего или исключающего воз­можность обработки почв и развития растений из-за переувлаженения, но возникают явления вторичной неблагоприятной трансформации их свойств.

Основным полигоном для исследовательских работ явилось землеполь­зование АО «Балахоновское», расположенное в Кочубеевском районе Став­ропольского края. Здесь в 1989—1997 гг. в стационарных условиях нами были выполнены полевые работы по изучению свойств и режимов типичных для рассматриваемого региона мочаров и мочаристых почв. Территория стацио­нара приурочена к левобережью р. Кубань и входит в состав предгорной равнины, расположенной в междуречье ее притоков р. Большой Зеленчук и р. Уруп (рис. 101, 102).

Исследуемая территория относится к зоне неустойчивого увлажнения с го­довым количеством осадков 450-550 мм, из которых 70% приходится на теп­лый период. К неблагоприятным условиям относятся частые и сильные ветры.

В геоморфологическом отношении участок находится в пределах Кубан­ской аллювиальной предгорной равнины. Междуречье рек Большой Зелен­чук—Уруп представляет собой серию широких (от 20—30 до 25—40 км) тер­рас, сменяющих одна другую в направлении на юг современного русла р. Кубань. Здесь выделяют пять террас (рис. 14.2) — современная терраса поймы р. Кубань; первая надпойменная — хвалынская с превышением 7— 12 м над уровнем р. Кубань; вторая надпойменная — древняя хвалынская с превышением 25—30 м; третья надпойменная — хазарская с превышением 50—75 м; четвертая надпойменная — бакинская с превышением 230—250 м. Бблыпая часть изучаемой территории приурочена к 1-й и 2-й надпойменным террасам. Террасы цокольные, сложенные коренными породами майкопс­кой толщи, отличающимися сильной засоленностью. В верхнем 5-10-мет- ровом слое содержится 1,5—2% солей, среди которых преобладают сульфаты. В поглощающем комплексе пород содержится 20—30% поглощенного на­трия и до 40—50% — магния. Солонцеватость, высокое содержание илистой фракции (более 50%) и физической глины (около 90%) обусловили их зна­чительную плотность и гидрофильность. При насыщении влагой глины набу­хают и становятся практически водонепроницаемыми (Кф = 0,001—0,005 м/сут). Надцокольная часть второй террасы выполнена аллювиальными песчано­галечниковыми отложениями (К1 = 30м/сут, Казинцев идр., 1980) и делю­виально-эоловыми суглинками. Мощность песчано-галечниковых отложе­ний — 4—5 метров, которые частично перекрываются суглинками, а местами прямо на галечниках залегает песчаная толща.

Поверхность коренных майкопских глин неровная. В их кровле вскрыта корытообразная впадина, затрудняющая сток грунтовых вод в р. Кубань (рис. 14.2). В годы с осадками выше нормы наблюдается подтопление и за­болачивание почв первой и второй надпойменных террас.

На территории Балахоновского стационара грунтовые воды формируют­ся за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрационных потерь при орошении, инфильтрации воды из водохранилищ, а также в результате при­тока с водосборных территорий.

Рис. 14.2. Поперечный литолого-гидрологический профиль речной долины р. Ку­бань (схема):

/ — суглинисто-глинистый мелкозем горизонтов почвенного профиля и почвообразующих пород; 2 — песчано-галечниковый аллювий; 3 — то же, водоносный; 4 — толща майкопских глин; 5 — карбонатные осадочные породы; б — направление грунтового потока; 7 — восходя­щая капиллярная влага; 8 — инфильтрация воды из оросительных каналов

Мощный слой почвогрунтовой толщи, свободный отток грунтовых вод и промывной тип водного режима на третьей и четвертой надпойменных терра­сах обеспечивают благоприятные условия для земледелия. Расположенные здесь хозяйства получают самые высокие урожаи сельскохозяйственных культур в Кочубеевском районе Ставрополья. Водоносный горизонт на этой террасе в 2—2,5 раза превышает мощность водоносного горизонта на 2-й и 1-й террасах. При его наполнении создается значительный гидравлический напор.

Уровень зеркала грунтовых вод на 1-й и 2-й надпойменных террасах ко­леблется от 0,6 до 2,3 м от дневной поверхности, а амплитуда его колеба­ний в течение года составляет 0,7—1,5 м. В апреле — мае грунтовые воды в отдельных местах поднимаются к поверхности почв, а в замкнутых элемен­тах рельефа образуются временные мелкие водоемы площадью от 0,2 до 10 и более га. К середине лета они исчезают, а их контуры в этот период отчетли­во обозначены зарослями тростника и белесым выпотом солей на поверхно­сти почв (рис. 103—105).

Минерализация грунтовых вод колеблется от нескольких граммов на тре­тьей и четвертой террасах до 30 г/л в замкнутых понижениях первой и второй надпойменных террас, где формируются основные массивы мочаристых почв.

Солевой состав почвенно-грунтовых вод мочаристых почв — хлоридно- сульфатный магниево-натриевый с минерализацией от 6,4 до 28,5 г/л. При минерализации 6,0-13,6 г/л в грунтовых водах вероятно появление соды. Ее образование связано с жизнедеятельностью сульфатредуцирующих бактерий в анаэробных условиях. При минерализации вод более 25 г/л образования соды не происходит (рис. 14.3).

Рис. 14.3. Солевой состав грунтовых вод (% от суммы солей) на территории Балахоновского почвенно-гидрологического стационара

В 1970—1975 гг. грунтовые воды в основном не оказывали заметного вли­яния на почвенный покров и условия сельскохозяйственного производства.

Однако за последние 25—ЗОлет произошло изменение гидрологических условий и замещение черноземов на лугово-черноземные и черноземно-луго­вые почвы различной степени засоления и осолонцевания. Площадь таких почв в границах хозяйства 2000 га, что составляет более 15% территории зем­лепользования. К понижениям приурочены переувлажненные участки, в гра­ницах которых сельскохозяйственное производство затруднено или невозможно. Особенно интенсивный рост площади переувлажненных почв, формирующих мочарные ландшафты, наблюдался в течение 1987—1991 гг. (рис. 14.4).

Для осушения была проложена сеть дренажных каналов общей длиной более 170 км. В настоящее время на территории стационара получили рас­пространение в исходных ареалах чернозема обыкновенного черноземы мо- чаристые и лугово-черноземные поверхностно глееватые мочаристые почвы. Они формируются главным образом на мощной толще средне-тяжелосуг­линистых отложений при относительно глубоком залегании грунтовых вод.

В черноземах мочаристых с короткой фазой переувлажнения морфоло­гические признаки оглеения не выражены. Однако на поверхности этих почв появляются характерные виды влаголюбивой (сорной) растительности, ука­зывающие на очевидное кратковременное переувлажнение таких почв. При-

Рис. 14.4. Схема распространения мочаров на территории землепользования АО «Балахоновское» в 1996 г.

чина отсутствия в черноземах обыкновенных мочаристых признаков глееоб­разования в виде холодной сизой, синей и иной окраски обусловлена тем, что профиль рассматриваемых почв обогащен углекислым кальцием, а грун­товые воды залегают глубоко от поверхности. Четкие морфохроматические признаки оглеения возникают преимущественно в тех почвах, где грунтовые воды залегают близко к дневной поверхности (выше 1,5 м).

Черноземы обыкновенные и черноземы обыкновенные мочаристые имеют одинаковый по морфологическому строению полноразвитый профиль на толще средних-тяжелых суглинков (2,5—4,5 м). В этих почвах общая мощ­ность горизонтов А и АВ около 80 см.

Подпахотные горизонты черноземов обыкновенных мочаристых и осо­бенно лугово-черноземных поверхностно глееватых мочаристых почв значи­тельно плотнее (по визуальной оценке), чем черноземы обыкновенные. Чер­ноземно-луговые засоленные глеевые почвы на галечниках характеризуются выцветами солей и скоплением аморфной гидроокиси железа в виде ржавых пятен, рассеянных по всему профилю (табл. 14.14).

Почвы, перечисленные в табл. 14.14, явились основным объектом ис­следований на территории Балахоновского стационара.

Структура почвенного покрова мочарного ландшафта в зоне влияния грун­товых вод (рис. 14.5) имеет характерную вытянутую форму, свойственную

Таблица 14.14

Почвы степных и мочарных ландшафтов Балахоновского экологического почвенно-гидрологического стационара

СО 1 ЩИ 2 з

И 4 СО 5 © б © 7

© 8 © 9

© 10 та її

Рис. 14.5. Структура почвенного покрова мочара в условиях заболачивания хлорид- но-сульфатными грунтовыми водами. Балахоновский стационар Условные обозначения: почв: 1 — чернозем обыкновенный; 2 — чернозем обыкновенный мочаристый; 3 — лугово-черноземная поверхностно-глееватая мочаристая; 4 — черноземно­луговая солончаковатая глеевая мочаристая; 5 — лугово-глеевая солончаковатая мочаристая; растительности (доминанты): 6 — пырей и рейграсс; 7 — ситник тонкий; в — тростник обык­новенный; 9 — ромашка; 10 — подорожник большой; /1 — лесополоса

древним водотокам надпойменных террас с близким залеганием к дневной поверхности водоносных галечниковых или галечниково-песчаных аллюви­альных отложений. Это обстоятельство, в частности, имеет важное мелиора­тивное значение. Открытые дрены (каналы), врезанные в галечниковый ал­лювий, могут оказывать мощное осушающее действие на окружающую территорию. Поэтому их применение в рассматриваемом ландшафте является экономически эффективным, а экологически оправданным мероприятием.

Исследования С. Бактера (1974) показали, что мочаристые почвы суще­ственно отличаются от почв зонального типа составом легкорастворимых солей. В отличие от черноземов, химический состав которых с глубиной изменяется незначительно, в мочаристых почвах он резко меняется по про­филю. Обычно в грунтовых водах степной зоны основная часть водораство­римых солей представлена сульфатами кальция и магния. И. Сабольч, В. Ле- стак (1967), С.П. Соколовский (1972) установили, что распределение солей сульфатно-натриевого состава находится в тесной зависимости от глубины залегания и степени минерализации грунтовых вод. Засоление мочаристых почв способствует развитию их осолонцевания и слитизации, которые опре­деляются составом, степенью засоления и глубиной залегания грунтовых вод [Тюльпанов, Цхворобов, 1990; Скуратов, Докучаева, 1983; Зимовец, 1991].

Как отмечали В.А. Ковда (1946, 1947), Б.П. Ахтырцев, Е.М. Самойлова (1983), Н.Г. Зборищук, Б.Г. Розанов (1989) идр., подъем грунтовых вод и переувлажнение почв сопровождается резким ухудшением их гумусного со­стояния и физических свойств. Изменение количественного и качественно­го состава гумуса, слитизации, осолонцевание приводят к исчезновению ком­ковато-зернистой и возникновению крупной глыбистой структуры почвы, что способствует увеличению плотности пахотного и подпахотного горизон­тов до критических величин — более 1,4 г/см³.

14.3.2.