Влияние лесной растительности на состояние малых рек в Татарстане

Лесная растительность оказывает непосредственное влияние на различные геообразова-тельные процессы. Так, лесистость в целом, а также состав и возраст древостоев, видовое разнообразие, а также количественное участие подчиненных ярусов определяют объем удерживаемой биоценозом влаги и особенности водного режима территории в целом [4, 12, 14]. В последние десятилетия получены данные о пересыхании малых рек, их обмелении и заиливании русел в районах Среднего Поволжья [7, 13,]. Причиной этих явлений выступает антропогенная трансформация ландшафтов. Уничтожение естественной растительности, а также распашка земель вызывают значительное увеличение поверхностного стока талых и дождевых вод, что приводит к усилению эрозионного воздействия на земную поверхность. Влияние современного состава лесной растительности, а также воздействие определенных типов леса и эдификатор-ных видов древостоев на состояние малых водотоков в различных природных зонах Татарстана требуют детального изучения. Комплексное изучение лесов и рек позволят определить пути решения актуальных проблем семиаридизации ландшафтов Среднего Поволжья, которые отмечаются рядом авторов [1, 13].

Цель исследований: выявление изменений в эрозионно-русловых процессах, происходящих в течение XIX-XXI веков в бассейнах малых рек на территории Республики Татарстан (РТ) в связи с общим сокращением лесистости,

формированием определенного породного и возрастного состава лесов, их фиторазнообразия, как важных показателей, обеспечивающих оптимальный водный баланс местности.

Материалы и методы. Гидрологические исследования проводились в различных ландшафтах Предволжья, Предкамья и Закамья территории РТ. При изучении степени распространенности лесной растительности и деградации речной сети района исследований были использованы топографические карты 70-х гг. XIX в., 40-80-х гг. XX в., а также аэрофотоснимки и литературные источники [9, 18]. Весь картографический материал трансформировался и приводился к единому масштабу. Для предотвращения ошибок, связанных с изменением режима стока рек в разные сезоны, использовался материал как более раннего, так и более позднего времени издания, чем основная карта. Всего было изучено около 300 карт, начиная с 1765 по 1990 гг. В районе исследований были изучены все водотоки в более, чем 40 бассейнах малых рек. Классификацию водотоков проводили по В.П. Фи-лософову [17], величину водного стока – по методике В.Г. Водогрецкого [3], длины бассейнов, рек измеряли с использованием картографических методов [2]. При определении длин речной сети также использовались данные экспедиционных исследований в различных районах РТ в течение последних 30 лет. Состав и площади лесов уточнялись на основании материалов лесоустройств, отчётности разных лет и научных изданий [5, 16]. Современное разнообразие, состав и структура лесных сообществ исследовались с начала 2000 г. путем проведения детальных геоботанических описаний по общепринятой методике [15].

Результаты и обсуждение. Разрушение естественной растительности на территории РТ началось еще в конце XV в. В настоящее время лесной фонд в Татарстане составляет около 1,2 тыс.га, при этом лесистость в Предкамье РТ находится в пределах 17,9%, а в Предволжье и Закамье - 16,6%. Начиная с 50-х гг. XX в., в Татарстане отмечается небольшое увеличение лесопокрытых площадей с 16,6% (1953 г.) до 17,4% (2012 г.), т.е. на 0,8%. Это определяется, прежде всего, увеличением площади лесных культур. В настоящее время они занимают территорию более 280 тыс. га, из которых на долю хвойных приходится 220 тыс. га. Однако эти положительные тенденции уравновешиваются такими неблагоприятными фактами, как гибель дубрав и снижение их площадей на 85 тыс. га, а также повышение перестойности мягколиственных древостоев.

Водосборы рек в РТ различаются по типологическому разнообразию, породному составу и возрасту лесов. В соответствии с лесорастительным районированием [10] территория Татарстана охватывает зоны хвойно-широколист-венных, широколиственных лесов и лесостепи. В зоне хвойношироколиственных лесов (большая часть территории Предкамья) среди коренной растительности распространены формации сосновых и еловых лесов, субформации сосново-широколиственных, елово-широколиственных и елово-пихтово-широколиственных лесов, а также вторичные дубоволиповые, хвойно-мелко-лиственные и мелколиственные леса [6]. В зоне широколиственных лесов (северное Предволжье и юго-западные районы Предкамья) и лесостепной зоне (южное Предвол-жье и Закамье) распространены как коренные липовые, дубовые, дубово-липовые формации и субформации, так и их производные. По берегам рек встречаются азональные фрагменты сосновых лесов.

По данным различных авторов хвойные, а среди них темнохвойные насаждения задерживают сравнительно большее количество осадков за счет меньшего объема транспирации и высокой гигроскопичности лесной подстилки [8, 11]. Спелые и перестойные насаждения, а также леса естественного происхождения за счет более высокой фитонасыщенности пологов перехватывают осадков больше, чем молодняки и культуры в целом [14]. В современном растительном покрове РТ на долю хвойных лесов приходится только около четверти (278,4 тыс. га) всех лесонасаждений, более половины (676 тыс. га) - мягколиственные, остальные (193, 1 тыс. га) - твердолиственные леса (рис. 1). Хвойные древостои образованы преимущественно сосной (на 68,3%), твердолиственные - дубом (на 53,5%), среди мягколиственных - липовая, березовая и осиновая формации имеют равное соотношение площадей.

Рис. 1. Породный состав лесов Татарстана

Распространение хвойных лесов в 2-4 раза выше в районах Предкамья по сравнению с территориями Закамья и Предволжья (табл. 1). Мягколиственные насаждения преобладают в Закамье РТ, где площади этих лесов в 2,4 раза выше, чем в Предкамье и в разы по сравнению с Предволжьем. Среди хвойных насаждений более половины приходится на молодняки - культуры сосны и ели, далее по убыванию располагаются средневозрастные, приспевающие и спелые леса (рис. 2). Следовательно, доля наиболее ценных для увеличения инфильтрации влаги средневозрастных и приспевающих хвойных лесов в Татарстане чрезвычайно мала, при этом их участие в различных ландшафтных районах неодинаковое, а в Предволжье -крайне низкое.

Таблица 1. Структура лесов по группам древесных пород в регионах РТ (тыс. га/%)

Регионы РТ	Группы древесных пород			Всего по регионам
	хвойные	твёрдолиственные	мягколи ственные
Предкамье	156,2/38,9	59,4/14,8	185,5/46,3	401,1/100
Предволжье	9,8/9,6	47,1/46,1	45,3/44,3	102,2/100
Закамье	112,4/17,4	86,6/13,4	445,2/69,2	644,2/100
Всего по группам пород	278,4/24,3	193,1/16,8	676,0/58,9	1147,5/100

Детальные исследования наиболее широко распространенных длительно-производных сосняков кустарниковых и липняков травяных 80-140летнего возраста, а также 30-50-летних культур сосны показали их различия по флористическому богатству. Видовая насыщенность сосудистыми растениями в неморально-бореальных сосняках и неморальных липняках находится в пределах от 30 до 59 видов /250 м2 и в среднем достигает 44

вида /250 м2 (табл. 2). В составе фитоценозов данных типов леса на четверти гектара произрастают в среднем 7 видов деревьев, 5 видов кустарников и около 35 видов трав и кустарничков. Сосняки искусственного происхождения отличает упрощенная структура со слабым развитием подлеска и разреженным маловидовым (17 видов/250 м2) напочвенным покровом. Их видовая насыщенность составляет в среднем 26 видов/250 м2, что в 2 раза ниже, чем в естественных насаждениях. Низкая фитонасыщенность искусственных насаждений во многом объясняется их монодоминантностью, сравнительной молодостью и частой повреждаемостью пожарами. В настоящее время культуры сосны не могут обеспечить увеличение задерживаемой лесом влаги на территории РТ в целом.

По нашим данным в ряде рек РТ с периода интенсивного хозяйственного освоения территорий в XVII-XVIII вв. наиболее сильно изменилось соотношение грунтового и поверхностного стока (табл. 3). В настоящее время по сравнению с неосвоенными естественными ландшафтами доля подземного стока в среднем уменьшилась на треть.

Хвойные Твёрдо.тиственнные Мягколиственные

ОМолодняки □ Средневозрастные □ Приспевающие D Спелые

Рис. 2. Распределение площади лесных насаждений по группам возраста

Таблица 2. Видовая насыщенность фитоценозов естественного и искусственного происхождения, среднее значение/min-max, видов

Тип сообщества	Размер / кол-во площадок	Деревья	Кус-тарники	Травы и кустарнички	Фитона-сыщен-ность
сосняки кустарн.	250 м2/12	7/6 - 11	6/5 - 9	34/19 - 43	42/30 - 56
липняки травяные	250 м2/12	7/6 - 8	3/2 - 5	36/25 - 49	46/34 - 59
культуры сосны	250 м2/6	5/3 - 6	4/3 - 5	17/7-25	26/16 - 32

Таблица 3. Водный сток (мм/год) рек РТ в настоящее время и до периода хозяйственного освоения водосборов (XVII-XVIII века) [13]

Река / нас. пункт	Настоящее время				До освоения
	h	h c	h r	h r / h c	h	h c	h r	h r / h c
Берсут / Урманчеево	180	114	66	0,58	178	108	70	0,65
Бетька / Янчиково	212	146	66	0,45	215	138	77	0,56
Нурминка / Кукмор	171	151	20	0,13	186	127	59	0,46
Казанка / Арск	178	144	34	0,24	192	129	63	0,49
Улема / Нармонка	153	136	17	0,12	164	115	49	0,43

Примечание: h – полный сток; h c – поверхностный сток; h r – грунтовый сток

Изучение гидрологической сети рек в различных лесорастительных зонах РТ, различающихся по степени лесистости и составу лесов, показывает, что на реках северного Предволжья – Улема (правый приток Свияги), западного Закамья – Малый Черемшан и Предкамья – Меша за более чем 100 летний период повсеместно отмечается существенное изменение параметров верхних звеньев водотоков. Количество самых малых водотоков I порядка сократилось в 1,1-1,5 раза, а их суммарная длина – в 1,1-2,2 раза (табл. 4). Относительно 1870-х годов увеличивается число временных водотоков, так как часть рек I порядка переходит в разряд пересыхающих. Пересыхание верхних звеньев привело также к общему сокращению густоты речной сети в среднем в 1,4 раза – с 0,55 км/км2 до 0,34 км/км2. Снижение числа водотоков I порядка и общей их длины в большей степени отмечается в районах Предволжья с низкой степенью лесистости и малым участием хвойных пород. Исследования р. Улема, в бассейне которой произрастают широколиственные и мелколиственные леса, показали, что родники отошли от верховьев на 60100 м, а истоки рек пересохли. В бассейнах рек Предкамья и Заволжья сокращения числа водотоков I порядка за последние 120 лет было на 9-20% ниже, чем в Предволжье. Это во многом определяется тем, что лесистость в этих ландшафтных районах РТ выше в 4-6 раз, а площадь хвойношироколиственных лесов – в десятки раз по сравнению с районами Предволжья.

Экспедиционные исследования показали положительное воздействие культур хвойных пород на процессы гидрологического режима малых рек. Так, например, в бассейне р. Нурминка (левый приток р. Ошторма) на западе Предкамья РТ с лесистостью в 2% после создания в 1986 г. сосновых посадок и увеличении площади лесов до 3,5% к 20летнему возрасту сосен возродились старые родники и появились пластовые выходы грунтовых вод. Подобная картина наблюдалась в устье ручья Труба (приток р. Марквашка) на севере Предвол-жья, где после создания в 1990-х гг. культур ели дебит родников увеличился на 10-20%.

Таблица 4. Характеристика речной сети в разных регионах РТ с 1870-х по 1990-е годы

Годы	Порядок	Число потоков:	Суммарная длина,	Залесен-	Кол-во насе-
	водото-	постоянных/ вре-	км: постоянных /	ность, %	лённых
	ков	менных	временных		пунктов
р. Улема (Предволжье)
1870	I	113	240,6
	II	34	176,8
	III	6	66,8	16,4	44
	IV	1	64,6
1940	I	65/17	123,5/41,0
	II	20	95,1
	III	5	49,2	10,8	46
	IV	1	51,2
1980-1996	I	78/59	109,2/78,4
	II	31	92,2/7,5
	III	9	66,6	9,1	51
	IV	1	48,1
р. Малый Черемшан (западное Закамье)
1870	I	154	323,4
	II	56	196,1
	III	22	108,0	48,6	50
	IV	4	79,5
	V	1	69,3
1940	I	125/21	242,0/29
	II	41	157,6
	III	11	67,9	26,5	108
	IV	3	84,7
	V	1	68,7
1980-1996	I	143/34	226,0/21
	II	43	146,6
	III	13	70,7	24,1	51
	IV	3	69,2
	V	1	75,7
р. Меша (до устья р. Сулы) (западное Предкамье)
1870	I	142	182,4
	II	36	125,8
	III	10	104,3	25,0	199
	IV	2	139,6
	V	1	59,7
1940	I	114	168,8
	II	34	96,0
	III	8	70,4	17,1	200
	IV	2	118,8
	V	1	59,4
1996	I	111	166,7
	II	32	101,0
	III	9	101,2	13,1	237
	IV	3	123,9
	V	1	58,4

Выводы: на территории Татарстана в настоящее время древостои, образованные хвойными породами, составляют только 24% от лесопокрытой площади и более чем наполовину представлены неустойчивыми монокультурами. Фиторазнообразие лесных культур почти в 2 раза ниже широко распространенных в РТ длительно-производных сосняков кустарниковых и липняков травяных. Низкая облесенность, сложившийся состав лесов привели к уменьшению на треть объема грунтового стока и в 1,5 раза количества малых водотоков I порядка, часть из которых становится пересыхающими. Такие изменения гидрологического режима коснулись в наибольшей степени Предволжья, на территории которого доля участия хвойных пород не превышает 10%. С середины ХХ века в РТ отмечается положительная динамика воспроизводства лесов в связи увеличением лесистости на 0,8% за счет культур. При реставрации лесных массивов считаем наиболее приемлемым создавать хвойношироколиственные и хвойно-мелколиствен-ные насаждения с участием сосны обыкновенной, как наиболее динамически устойчивые и соответствующие зональным особенностям региона.

Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.