32.1. Формування водного стоку та якості води малих річок

Екологічний стан малих річок, їх водність та якість води залежать не тільки від внутрішньоводоймних процесів, а й від стану водозбірної площі. Малі річки є першим і дуже вразливим ланцюгом усієї річкової системи, їх потрібно розглядати в нерозривній єдності з іншими структурними компонентами природних ландшафтів: луками, орними землями, лісами.

Значення екосистеми лук у формуванні водності малих річок визначається водно-фізичними властивостями їх ґрунтів. Займаючи у ландшафтах проміжне положення між орними землями і річкою, вони не тільки впливають на формування її водності завдяки утриманню повеневих і дощових вод, але і захищають ґрунти від ерозії, береги річок від руйнування, а русло від замулення. Крім того, луки затримують і акумулюють у кореневій і надземній частинах трав'яних рослин ті елементи, які надходять з ниви. Площі лучних угідь на земній поверхні в цілому перевищують майже у два рази (З млрд га) площі орних земель. В Україні їх загальна площа становить 7,1 млн га. Разом з лісами і болотами луки відіграють надзвичайно важливу роль у процесах акумуляції біогенних елементів, які переносяться з дощовими або талими водами з водозбірної площі до водотоків. Луки виступають не тільки як природний біофільтр, але й як важливий ланцюг перетворення речовини і енергії. Кругообіг поживних речовин у системі луки — ріка можливий лише за умови кругообігу води. Саме завдяки йому відбувається розподіл поживних речовин між ґрунтом і кореневою системою рослин та надходження органічних і мінеральних речовин з території лук у річку.

Перетворення органічних мас проходить ряд етапів. На кожному етапі, який збігається з вегетаційним періодом, іде накопичення органічних мас рослинами. Стосовно лук, розташованих у різних кліматичних зонах, показники біомаси в розрахунку на одиницю площі можуть істотно відрізнятись. Так, для долини річки Таль (Полісся) вона оцінюється у 3970 г/м². Протягом року із цієї кількості у річку надходить лише незначна частина органічних та мінеральних речовин. Решта витрачається на процеси дихання рослин та інші метаболічні перетворення [118].

Для нормального функціонування річкових систем важливим є збереження заплавних ландшафтів. Річкова заплава, її розміри, режим природної циклічності водообміну, морфометричні характеристики та природні біоценози визначають не тільки гідрологічні умови в річкових екосистемах, а й протікання біопродукційних процесів. Функціонування річкової біоти, якій належить особлива роль у самоочищенні водотоків, зумовлене двома взаємопов'язаними факторами. По-перше, здатністю до синтезу органічних речовин, по-друге, лімітуванням біопродукційних процесів органомінеральним комплексом водного середовища. Тому, чим ширша заплава, тим інтенсивніше здійснюється обмін речовин і енергії між річищем і луками під час повені. При широкій заплаві швидше Прогріваються весняні води, створюються сприятливі умови. Для розвитку гідробіонтів. Вищі водяні рослини, планктонні і бентосні організми своєю сукупною життєдіяльністю забезпечують високий рівень самоочисної здатності гідроекосистем Із зменшенням площі заплави порушується нормальний кругообіг речовин і енергії між підсистемою лук і річковими екосистемами.

У кінці XX ст. перетворення заплав на території України здійснювалось у надто великих масштабах. Внаслідок цього у ряді регіонів розораність сільськогосподарських угідь досягла 80—87 %, що призвело до істотного порушення співвідношення між стабілізуючими (луки, ліси, болота) і деструктивними підсистемами (орні землі, рудні відвали, міські конгломерати) на користь останніх. В свою чергу, це обумовило значне зниження екологічної стабільності ландшафтів та інтенсифікацію ерозійних процесів. Внаслідок таких пере­творень значно збільшився змив ґрунту з розораних земель, який надходить до річок, обумовлюючи замулення їх русла.

Важливу роль у підтриманні водності малих річок відіграють ліси. Окремі ліси навіть зараховують до спеціальної категорії — «ліси водоохоронні». До цієї категорії включені ліси, які ростуть по берегах річок на водозабірних площах. Ліси регулюють водний стік, захищаючи річки від замулення та підмивання берегів [94].

Ще на початку XX ст. (1899—1904 р.) відомим українським вченим-лісоводом Г. М. Висоцьким обґрунтована концепція про роль лісу як могутнього регулятора режиму вологи в природі. Більш глибоко ці положення були розкриті академіком Академії наук УРСР П.С. Погребняком. Під його керівництвом детально вивчено кругообіг вологи і поживних речовин у ґрунтах різних типів лісів і показано, що верхній шар ґрунту в лісі вологіший, ніж у полі не тільки завдяки більшій гігроскопічності, але й тому, що в ньому конденсується водяна пара, яка надходить з атмосфери та з глибинних шарів ґрунту. При цьому ґрунти в лісі і на малих галявинах нагромаджують за зиму більше вологи, ніж ґрунти поля і великих галявин, де здувається сніг і з поверхні стікають дощові води.

Обмін води в окремих компонентах екосистеми лісу можна розглядати як один з пріоритетних факторів, що впливає на функціонування річкових екосистем. Проте його вплив може проявлятись лише одночасно з іншими ландшафтоутворюючими факторами, зокрема, з сонячною радіацією та атмосферной: циркуляцією повітряних мас, тепла і вологи. Взаємодія цих чинників у функціонуванні лісу проявляється через теплообмін, вологообмін, обмін мінеральних і органічних речовин.

Екологічна роль лісу, яка полягає в затриманні атмосферних опадів, обводненні та зволоженні ґрунтів, найбільш важлива для лісостепової та степової зони України, де вітри можуть протягом короткого часу висушити землю. Запобігаючи вивітрюванню вологи, ліси створюють умови, за яких атмосферні опади поступово переходять у підземний стік і поповнюють річковий водний баланс.

Ліси і штучно створені лісосмуги затримують змив з ріллі верхнього шару ґрунту та хімічних речовин (добрив, отрутохімікатів), що їх вносять при вирощуванні сільськогосподарських культур. Тим самим вони виконують бар'єрну роль щодо річкових екосистем. Ця властивість лісу найбільш чітко виявляється в тих регіонах України, де розташовані великі промислові підприємства.

Так, для прируслової, центральної і притерасної заплав річок Самари і Орелі, що протікають на території Придніпровського промислового регіону, характерна висока насиченість ґрунтів важкими металами, їх найбільше накопичується у центральній частині заплави, де переважають зв'язані з ґрунтовими водами лучно-лісові ґрунти, на яких добре розвинута рослинність.

Відомо, що вміст марганцю в ґрунтах прируслової зони становить в середньому 182 мг/кг, а в центральній і притерасній частині він досягає 891 мг/кг. Важливою властивістю лісових ґрунтів є їх здатність утворювати комплексні сполуки з важкими металами. Спеціально проведені дослідження показали, що для різних типів ґрунтів мігруючі форми металів на глибині 0—50 см становлять від 7 до 23 %

Властивість лісових ґрунтів затримувати вологу є основою механізму їх впливу дт гідрологічний режим малих річок. Найбільш глибоко вивчена ця властивість на прикладі байрачних лісів лісостепової зони, розташованих у долинах річок — приток Дніпра.

Залежно від здатності ґрунту до утримання вологи може істотно змінюватись роль лісу як фактора водності малих річок. Якщо лісові ґрунти мають високу інфільтраційну здатність, їх волога швидко надходить у ґрунтові води і через них поповнює водні ресурси річкових систем. Коли ґрунти перенасичені водою і дуже повільно інфільтрують вологу, поповнення водності малих річок відбувається, в основному з поверхневого стоку. '

Для більшості лісів лісостепової і степової зони України характерна висока інфільтраційна здатність ґрунтів. Так якщо при випадінні на землю з дощем 50 мм води рілля вбирала її за 90 хв, то ґрунт дубового лісу — за 9 хв, а в хвойних лісах вода просочувалась всього за 5 хв. Під час весняного танення снігів лише 10 % вологи стікає з поверхні лісових ґрунтів, а 90 % надходить у підземні води. Саме цими властивостями лісів обумовлена їх роль у забезпеченні водності малих річок. Тому рекомендовано проводити лісонасадження вздовж берегів, залісення схилів на водозбірних площах та інші заходи, пов'язані з укріпленням берегів шляхом створення зелених зон.

Здійснення цих заходів набуває з кожним роком все більшого значення. Як відомо, Україна належить до лісонезабезпечених держав. Протягом останнього століття лісовий фонд країни катастрофічне знизився і на сьогодні не перевищує 14 % території. В цих умовах збільшення ресурсно-екологічного потенціалу лісового фонду є одним з найважливіших напрямків підвищення водності річок.