Участие почвы в формировании речного стока и водного ба­ланса.

Существенное значение имеет участие почвы в формиро­вании общего речного стока. Главная форма этого участия — влияние почвы на соотношение грунтового и поверхностного питания рек.

В случае, если почвы отличаются хорошей водопроницае­мостью и в подстилающей толще имеются рыхлые и трещино­ватые породы, являющиеся хорошими аккумуляторами влаги, создаются благоприятные условия для равномерного питания рек. При слабовыраженной впитывающей способности почв активизируется поверхностный сток, что может приводить ко* многим нежелательным последствиям: к длительным паводкам в поймах весной и пересыханию рек в засушливый период, не­достаточной влагозарядке почв, активизации эрозии и др.

В зависимости от конкретных свойств почв структура стока может изменяться очень существенно. Так, по данным С. В. Басса (1961), в лесной зоне на суглинистых почвах по­верхностный сток больше, чем на песчаных: на лугу — в 2,5 ра­за, на зяби — в 4 раза, в лесу — почти в 20 раз. В ряде опытов по инфильтрации в лесостепной зоне показано, что уменьшение объемного веса верхнего (50 см) слоя почвы в 1,5 раза (от 1,5 до 1,0 г/см³) влекло за собой увеличение количества впитываю­щейся влаги более чем в 10 раз. Опыт длился 2,5 ч (Коронке- вич, 1973).

Заметно влияет на характер стока режим промерзания почв. Сухая промерзшая почва по водопроницаемости мало чем от­личается от непромерзшей. В сильно увлажненной же промерз­шей почве фильтрация снижается из-за закупорки пор кристал­лами льда (Коронкевич, 1973). Следует, однако, отметить, что общее действие промерзания на водопроницаемость почв пока не выяснено окончательно, поскольку оно может давать про­тивоположные эффекты.

Водорегулирующая способность почв существенно зависит также от характера произрастающей на ней растительности. Так, структура стока в лесу и на поле различается очень силь­но. В лесу, в отличие от поля, поверхностный сток мал. Это связано прежде всего с тем, что инфильтрация влаги в лесных почвах, благодаря их благоприятным физическим свойствам, в; 2—3 раза выше, чем на полях. Поэтому снеговые и дождевые- воды хорошо усваиваются почвой в лесу (Морозов, 1970; Льво­вич, 1974). В связи с этим при рубке леса важно не разрушать структуру почвы, для чего необходимо избегать применения тя­желых трелевочных тракторов, шире использовать лебедочный метод трелевки по канатной дороге и т. д. Необходимо помнить, что для возобновления леса до смыкания крон на месте рубок требуется 8—12 лет, а для восстановления нарушенных ин­фильтрационных свойств почв нужны десятилетия (Львович, 1974).

Почва принимает также непосредственное участие в форми­ровании водного баланса земли. По М. И. Львовичу, основные элементы водного баланса таковы:

осадки над Мировым океаном —79,2%

осадки над сушей — 20,8%

испарение с поверхности Мирового океана —86,2%

испарение с поверхности суши — 13,8%

речной сток — 7,0%

Общее количество осадков за длительный период равно суммарному испарению и составляет в среднем 520 тыс. км³ в год.

Почвенное звено в значительной мере определяет процессы испарения с поверхности суши. И хотя по современным данным общий вклад континентального испарения в суммарный годовой водный баланс относительно невелик, значение его, несомненно, большое, поскольку оно контролирует многие функциональные механизмы экосистем, способствует образованию осадков за счет Местных вод суши. Эти осадки, хотя и играют подчиненную роль (Будыко, 1977), в критические периоды жизни растений ©о время засух нередко оказываются для них единственным ис­точником влаги.

Следует отметить, что возобновление запасов в почвенном звене происходит весьма быстро.

Полное возобновление запасов (число лет):

Мировой океан — 3000 подземные воды — 5000 ледники 8300—15000 почвенная влага— 1,0

реки и озера — 3,0 одни реки — 0,033—0,060 пары атмосферы — 0,027 вся гидросфера — 2700

Почва в значительной мере определяет и баланс подземных вод.

От почвы зависит образование не только инфильтрационных, .•но и других вод. Так, возрожденные воды, образующиеся в раз­ных термодинамических зонах земной коры при действии высо­ких температур на минералы, содержащие НгО, на первый взгляд не связаны с почвообразованием ни прямо, ни косвенно. Такое заключение будет, однако, неверным, поскольку подав­ляющая часть гипергенных продуктов, богатых связанной НгО,

со временем попадает в зоны земной коры с повышенной тем­пературой и там теряет воду, аккумулированную в процессе почвообразования и выветривания.

Химически связанная вода переходит при дегидратации ми­нералов (глинистых, полуторных окислов, гипса и др.) в сво­бодное состояние в значительных количествах. Например, гипс (CaSO4-2H₂O), начинающий терять воду уже при температуре в 80—90°С, наблюдающейся на глубине 2—3 км, отдает при полном превращении в ангидрит (CaSO₄) на каждую тонну 210 кг Н₂О. На глубине от 2 до 6 км межслоевая вода, заклю­ченная в кристаллическую решетку глинистых минералов в процессе их преобразования, высвобождается. В частности, происходит переход монтмориллонита, содержащего 12—24% Н₂О, в гидрослюды с 10% воды.

В проблеме водного баланса важное место занимают вопро­сы его прогноза (табл. 41) и регулирования путем воздействия на различные составляющие, прежде всего почвенное звено.

Специальные исследования показывают, что важной тен­денцией изменения современ­ного водного баланса Земли является постепенное увеличе­ние объема воды в океане и сокращение ее запасов на су­ше (Клиге, 1979, 1984). Отме­чается ежегодное пополнение вод Мирового океана в разме­ре около 543 км³ за счет со­кращения водных ресурсов на континентах. Масса этого по­полнения примерно на 7% со­стоит из воды, изъятой из озер, на 60 — за счет умень­шения массы ледников, на 25%—за счет сокращения за­пасов подземных вод.

Таблица 41

Прогнозные естественные ресурсы и эксплуатационные запасы пресных подземных вод СССР, м³/с (Плотников, 1976)

Сказанное свидетельствует о важности прогноза водного баланса и необходимости выявления всех основных причин, определяющих отмеченные изменения. Обычно среди таких причин называли контрастность рельефа и изменение термиче­ских условий на поверхности Земли. В настоящее время изме- 5 Зак. 79

нение водного баланса в значительной мере определяется чело­веческой деятельностью.

Общий объем потребляемой человеком воды составляет бо­лее 4000 км³, или почти 8% речного стока. К 2000 году оно* может возрасти вдвое. При этом важно отметить, что основ­ная масса потребляемой воды идет на нужды сельского хозяй­ства (табл. 42), что'связано прежде всего с развитием ороше-

Таблица 42

Структура общего водопотребления, % (Плотников, 1976)

ния почв, которое приводит к повышению испарения с поверх­ности суши приблизительно на 1700 км³.

Таким образом, почвенное звено оказывается одним из цент­ральных в антропогенных системах водопотребления, поэтому именно воздействие на почвенную составляющую круговорота позволит наиболее эффективно регулировать общепланетарный баланс воды (Львович, 1971).

Следует, однако, отметить, что оптимизация водного баланса оказывается одной из сложнейших проблем, поскольку положи­тельные эффекты от каких-либо мероприятий нередко сопряже­ны с побочными нежелательными последствиями. Примеролг может служить зяблевая вспашка, являющаяся важным прие­мом снижения поверхностного стока, об отрицательном влия­нии которого уже говорилось. Под влиянием зяблевой вспашкет поверхностный сток уменьшается на юге лесной зоны СССР в 1,3—1,5 раза, в лесостепи — в 1,5—2 раза, в степной зоне — в 2,5—5 раз (Давыдов, 1973). В лесной зоне европейской части страны зяблевая пахота уменьшает весенний склоновый сток по сравнению с нераспаханными землями в среднем на 10—20%, в лесостепной — на 15—30, в степной — на 40—60% (Водо­грецкий, 1979).

Одновременно имеются многочисленные данные, говорящие о том, что вспашка с оборотом пласта в ряде районов (прежде всего южных) нежелательна из-за сильного развития ветровой эрозии, быстро уничтожающей верхний, наиболее плодородный, слой почвы. Это свидетельствует о сложности приемов регули­рования стока и необходимости комплексного всесторонне об­основанного подхода в каждом конкретном случае. Следует по-

1*06

стоянно помнить, что, воздействуя на почвенное звено круго­ворота воды, нужно оберегать почву от разрушения, приводя­щего не только к потере почвенного плодородия, но и к отри­цательным изменениям в ландшафтах и биосфере в целом.

Среди приемов оптимизации водного баланса особое место занимает создание лесных полос и массивов в районах интен­сивного земледелия. Некогда густо заселенная планета лиши­лась большей части своих лесов, эффективно выполняющих водорегулирующую роль. Еще несколько сотен лет назад общая площадь лесов достигала 7200 млн. га, а в середине XX века «она уже не превышала 4100 млн. га (Колесник, 1970). Учиты­вая, что темпы использования природных ресурсов стремитель­но возрастают (например, сила воздействия на природу 3 млрд, современных людей эквивалентна воздействию 40 млрд, людей каменного века), можно говорить о реальной угрозе разбалан­сировки биосферы и ее основных круговоротов, в том числе и водного, если не будут своевременно приняты соответствующие меры глобального порядка.

К числу таких мер относится прежде всего предотвращение дальнейшего уничтожения лесов и восстановление разрушенно­го почвенно-растительного покрова, что позволит приостановить происходящую аридизацию суши (Ковда, 1977, 1981, 1984; Ковда, Розанов, 1978). Необходимо всемерно оберегать почвен­ный покров и закрыть каждый его квадратный метр травянис­той, кустарниковой и древесной растительностью (Ковда, 1975).