Водообеспеченность агроландшафтов Ачинской лесостепи

Введение. Водные ресурсы, как одна из составляющих ландшафта (агроландшафта), должны находиться в оптимальном единстве со всеми другими его компонентами. Земледелие, основанное на ландшафтно-экологическом принципе, предполагает сохранение оптимального соотношения между всеми компонентами, формирующими ландшафт [1–3]. У каждого агроландшафта свои природные возможности в сельскохозяйственном производстве, поэтому необходима оценка потенциала агроландшафтов для конкретного пользования на основе агроландшафт-ного районирования [4–6].

Хозяйственная деятельность человека затрагивает такие компоненты ландшафта, как почвы, растительность, водный режим и овод-ненность территории. Устойчивость агроландшафтов обеспечивается высокой продуктивностью и сохранностью плодородия при вовлечении в интенсивное земледелие [7, 8].

Цель исследования – изучить обеспеченность влагой агроландшафтов Ачинской лесостепи и условия формирования годового стока.

Объекты и методы. Исследование проведено на территории Ачинской лесостепи, объект исследования – три агроландшафта: Ачинско-Большеулуйский, Боготольский и Чулымский. Почвы агроландшафтов сложены черноземами обыкновенными и оподзоленными, серыми лесными. Содержание гумуса в верхних слоях черноземных почв характеризуется как высокое и очень высокое (6,44–10,20 %), постепенно снижаясь с глубиной (6,24–2,17 %), реакция среды варьирует от слабокислой до слабощелочной, с высокой суммой обменных оснований (61,2– 82,0 мг-экв/100 г). Содержание легкогидролизуемого азота в верхних слоях почвы высокое, в 40–60 см слое очень низкое. Результаты анализа по содержанию подвижных форм фосфора и обменного калия показали, что по всем слоям почвенного разреза содержание данных элементов питания растений – очень низкое. Ачин-ско-Большеулуйский агроландшафт – грядово-увалисто-равнинный, дренированный, занимает восточную часть лесостепи с абсолютными высотами 300 м с глубоким эрозионным врезом – 100–150 м. Преобладающими почвами являются выщелоченные и оподзоленные черноземы, а серые лесные и болотные почвы занимают подчиненное положение. Площадь агроландшафта составляет 177 112 га. Боготольский агроландшафт сложен среднемеловыми отложениями, перекрытыми с поверхности покровными суглинками, гипсометрические высоты достигают 260 м, господствующие почвы – серые лесные и черноземы, площадь составляет 201 829 га. Чулымский агроландшафт является долинным с комплексом эрозионно-аккумулятивных и аккумулятивных террас с преобладанием мезо-кайнозойских отложений. В нем выявлено восемь надпойменных террас, сложенных гравийно-галечниковыми отложениями. В целом природные условия агроландшафтов вполне пригодны для возделывания районированных сортов сельскохозяйственных культур, но в засушливые годы наблюдается недостаток влаги.

Методы исследования – математическое моделирование, системный анализ, гидрологогеографические обобщения, включая гидрологическое районирование и картографирование, геоинформационные технологии. Определение расчетных значений характеристик годового стока для агроландшафтных участков выполнялось методом интерполяции [9].

Результаты и их обсуждение. Водообеспе-ченность агроландшафтов Ачинской лесостепи формируется за счет атмосферных осадков, выпадающих в виде жидких и твердых осадков. Среднегодовые осадки в этой зоне составляют в среднем от 340 до 550 мм. При таких условиях эффективность образования поверхностного стока очень низка – 3–18 % от годовых осадков, что составляет слой годового стока от 4–9 до 50–90 мм.

Снегозапасы. В годовых осадках на долю зимних осадков приходится небольшая доля (10–20 %), т. е. они составляют незначительную часть. Среднемноголетнее значение запасов воды в снеге на водосборах Ачинской лесостепи в марте (перед началом снеготаяния) составляет 40–60 мм. В годы 5 % обеспеченности (многоснежные зимы) может достигать 130– 160 мм, а в годы 95 % обеспеченности (малоснежные зимы) уменьшается до 15–20 мм. Неравномерное распределение снегозапасов на водосборах наблюдается в пределах урочищ, максимальные снегозапасы формируются с подветренной стороны склона, в притальвежной части дна лощин [10, 11]. Накопленные снегоза-пасы при таянии формируют весенний сток, который составляет в среднем от 5 до 40 мм, иногда уменьшаясь на отдельных участках до 1 мм. Распределение стока малых действующих водотоков по периодам гидрологического цикла в многоводные годы составляет: в зимний период – 4,9 %; в весенний – 88,0 и летне-весенний – 7,2 %. В маловодные годы по периодам – соответственно 8,7; 61,4 и 29,9 %. Для временных водотоков в весенний период формируется 100 % годового стока.

Основными стокообразующими факторами являются величина снегозапасов, температурные режимы весны и гранулометрический состав почвенного покрова [12]. На различных аг-роландшафтных участках формируются различные по величине предвесенние влагозапа- сы, что вместе с температурными условиями весны определяют различные величины весеннего стока. На водосборах с площадями в 20– 50 км2 стокообразовательный процесс начинается в марте-апреле и заканчивается в мае, если агроландшафт не залесен. Залесение агроландшафта затягивает период весеннего стока в два и более раза. В агроландшафтах, где присутствуют березовые колки, влагозапасы составляют 68 мм и более.

Предвесенние влагозапасы на агроландшафтах с пахотными почвами составили 18 мм, весенний сток характеризовался как дружный процесс снеготаяния (его коэффициент при высоких температурах воздуха составил 0,21). При затяжном характере снеготаяния при таких же объемах влагозапасов на данном агроландшафте коэффициент весеннего стока был равен 0,005. Исследования процесса формирования весеннего стока на почве со стерней показали, что весенние влагозапасы были существенно выше – 31 мм, коэффициенты весеннего стока при затяжном и дружном процессе снеготаяния были соответственно 0,008 и 0,25.

Дожди. Дождевые осадки составляют основную часть (240–340 мм) в годовой влагообеспе-ченности Ачинской лесостепи, но их роль в формировании поверхностного стока в агроландшафтах незначительна. Ранневесенние дождевые осадки, выпадающие в марте-апреле, лишь незначительно способствуют увеличению весеннего стока на 3–8 %. Так, например, в год 5 % обеспеченности осадками количество их за один дождь составляет 34–44 мм при средней интенсивности дождя 0,16 мм/мин. Наибольшее значение для формирования дождевого стока и смыва с агроландшафтов имеют непрерывные кратковременные осадки более 10 мм при средней их интенсивности 0,05–0,06 мм/мин. Коэффициенты стока варьируют в очень больших пределах. При осадках менее 10 мм дождевой сток не формируется, но при этом наблюдаются интенсивные дожди (2–6 мм/мин), которые составляют менее 1 % от всех выпадающих дождей, коэффициенты дождевого стока с небольших ароландшафтных участков в зависимости от типа почвы могут достигать следующих величин: на серых лесных тяжелосуглинистых почвах – 0,7–0,8; на черноземах среднесуглинистых – 0,6–0,7; на каштановых супесчаных почвах – 0,4–0,55.

Годовой сток с агроландшафтов состоит из стока, формирующегося в весенний период, дождевых осадков и меженного стока. Годовой сток с водосборов, площадь которых превышает некоторый критический предел F ≥ F1(га), определяется зональным значением, обусловленный его увлажненностью. Так, например, в Ачинской лесостепи при площади водосбора 140 км2 в год 95 % обеспеченности на агро-ландшафтном участке в 200 га слой стока составляет 21,7 мм. На водосборах с площадью меньше критической (F ≤ F1) оказывает влияние фактор «неполноты дренирования», который проявляется в меженные периоды года. В результате действия этого фактора малые водосборы пересыхают или имеют незначительный меженный сток, это снижает реальные величины годового стока относительно его зональных значений.

При определении годового стока следует ориентироваться на зональные или учитывающие «неполноту» стока значения в зависимости от размера рассматриваемого водосбора и его местоположения. Расчетные зональные характеристики годового стока в годы различной обеспеченности показали следующие результаты: в Боготольском агроландшафте при среднем значении слоя годового стока в 101 мм в год 5 % обеспеченности составляет 175 мм, а в год 95 % обеспеченности – 45 мм. В Ачинско-Большеулуйском и Чулымском агроландшафте среднее значение слоя годового стока составляет 99 мм и в многоснежные зимы (5 % обеспеченности) варьирует в пределах 172–174 мм, в малоснежные зимы (95 % обеспеченности) – 42–44 мм.

Заключение. Распределение стока в годовом цикле очень неравномерное. Фактически весь годовой объем стока на малых открытых водосборах и агроландшафтных участках Ачинской лесостепи формируется в два весенних месяца – март и апрель. В связи с этим принято следующее типовое распределение стока: многоводные годы (р ≤ 33 %): март – 15, апрель – 85 %; средние по водности годы (р ≤ 33 ≤ 67 %): март – 40, апрель – 60 %; маловодные годы (р ≥ 67 %): март – 0, апрель – 100 %.

На малых водосборах с участками лесонасаждений ≥ 10 % от площади водосбора формирование стока полностью смещается на апрель.