ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ОСУШЕННОМ ДНЕ АРАЛЬСКОГО МОРЯ ПО ОСЛАБЛЕНИЮ ВЫНОСА СОЛЕЙ

АННОТАЦИЯ

В работе определена засоленность почвогрунтов, общее проективное покрытие и годовой объем выноса солей, а также площадь антропогенных воздействий для каждого расчетного периода. Вычислена разница годового объема выноса солей с площадей лесопосадок и при их отсутствии (модельные данные), что дает количественное выражение эффективности фитомелиорации. А также определена эффективность водоемов, сбросов Кокаральской плотины и коллекторно-дренажных вод, созданных на осушенном дне Аральского моря, которые стопроцентно удерживают вынос солей.

ABSTRACT

The work determined the salinity of soils, the total projective cover and the annual volume of salt removal, as well as the area of anthropogenic impacts for each calculation period. The differences in the annual volume of salt removal from forest plantations and in their absence (model data) were calculated, which gives a quantitative expression for the effectiveness of phytomelioration. And also the efficiency of reservoirs, discharges of the Kokaral dam and collector-drainage waters created on the dried bottom of the Aral Sea, which completely retains the removal of salts, was determined.

Ключевые слова: лесопосадки, плотина Кокарал, искусственные водоемы, вынос солей, эффективность антропогенных воздействий.

Keywords: forest plantations, Kokaral dam, artificial reservoirs, salt removal, effectiveness of anthropogenic impacts.

Введение. Усыхание Аральского моря признано крупнейшим экологическим кризисом современности. Наиболее опасным последствием кризиса является ветровой вынос солей (ВС) с осушенного дна Аральского моря (ОДА), воздействующий на здоровье населения [2, с. 12–18], засоленность почв, растительный покров и климат Приаралья [20, c. 1066–1071; 19, c. 462–465; 9, c. 60–65] (рис. 1).

Рисунок 1. Пылевые бури с выносом солей в юго-западном (а) и южном направлениях (б) (www.keywordsbasket.com, www.esnoticia.com)

Об актуальности проблемы ВС и его ослабления свидетельствуют широкомасштабные национальные и международные проекты по улучшению экологической обстановки на ОДА и в Приаралье в целом.

К началу 90-х годов для частичного возрождения дельты и прилегающих к ней обсохших мелководных заливов Арала были созданы регулируемые или частично регулируемые озера и водоемы за счет обводнения остатками стока Амударьи и коллекторно-дренажными водами. На обсохшем дне Арала образовались искусственные водоемы – Муйнакский, Рыбацкий и обширное проточное озеро Жылтырбас [8, c. 148] (рис. 2).

Рисунок 2. Техно-антропогенные воздействия на ОДА

Функционирование их зависит в первую очередь от водоподачи, хотя и природные факторы играют здесь также существенную роль, определяемую водностью года. Подъем уровня грунтовых вод (УГВ) на периферии водоемов (на определенном расстоянии) и вдоль сбросных коллекторов КС-4 способствует вегетации растений, особенно тростника, ажрека и других кормовых трав. Обводнение экосистем благоприятно сказывается также на размножении и экологии отдельных видов животных (птиц, рыб, ондатры, копытных и т.д.) [8, c. 148]. В результате площадь, покрытая растительностью, к 2006 г. увеличилась с 3,7 тыс. га до 29,7 тыс. га [12].

На северной части ОДА в проливе Берг вместе с Кокаральским гидроузлом была воздвигнута плотина по проекту Казгипроводхоза в период с 2002 по 2005 г. [18, c. 267–271] (рис. 3). В результате уже весной 2006 г. Малое море было наполнено до проектной отметки. Это в значительной степени предотвратило развитие процессов опустынивания в казахстанской части ОДА, где миграция песков имела скорость 2 км/год [11].

Рисунок 3. Плотина Кокарал [10]

Поскольку с увлажненной почвы, равно как с водной поверхности, вынос солей не происходит, водоспуски с Кокаральской плотины и коллекторов, питая Центральный Арал, отчасти Тщебас и восточную часть Большого Арала, полностью предотвращают вынос солей с территории, обводняемой ими. Кроме того, водоспуски поддерживают колебательный режим восточной части Большого Арала (рис. 4) и тем самым предотвращают полное ее высыхание.

Рисунок 4. Колебательный режим восточной части Большого Арала

Несмотря на то что по законам физики почв чередование увлажнения и высыхания интенсифицирует процесс капиллярного подъема солей, а значит, соленакопления на поверхности почв, водоспуски, не давая маршевым и гидроморфным солончакам превращаться в пухлые, полностью предотвращают вынос солей с этой территории.

В настоящее время одним из наиболее перспективных и наименее затратных решений актуальной задачи предотвращения опасного выноса солей с ОДА является искусственное формирование растительного покрова на оголенных солончаках обсохшей части моря. С конца 2002 года Институтом биоэкологии АН РУз и Университетом Бен-Гурион (Израиль) при финансовой поддержке фонда USAID (США) [7, c. 27–39] были начаты работы по искусственному формированию растительного покрова из аборигенных, устойчивых к засолению видов растений в условиях, максимально приближенных к естественным [6, c. 82–94] (рис. 5).

Рисунок 5. Саксауловый лес на высохшем дне Арала (средний растительный покров 60%) [12]

Актуальность лесопосадок на ОДА определяется множеством посвященных этой теме работ [1, c. 51–59; 4, c. 67–76; 5, c. 40–48; 17, c. 96–98]. Положительное воздействие лесонасаждений увеличивается с учетом процесса самозарастания [1, c. 51–59]. Несомненно, что при проектировании и реализации положительных антропогенных воздействий на ОДА важен экономический аспект, в частности оценка эффективности предпринимаемых масштабных действий. В то же время надо отметить отсутствие количественных четких оценок эффективности положительных антропогенных воздействий (ПАВ) в отношении ослабления ВС. Целью данной работы является получение такой оценки с использованием методов математического моделирования. Научной новизной работы является метод расчета эффективности ПАВ на ОДА и полученные в результате количественные оценки ослабления ВС.

Методы исследования. Сложное переплетение факторов выноса солей и динамичность геосистемы Арала и его осушенного дна требуют системного изучения пространственно-временной динамики сопутствующих ВС гидрохимических и эоловых процессов с применением математического моделирования. Для понимания механизма самоорганизации и тенденций развития геосистемы Арала и его осушенного дна необходим обобщающий ретроспективный анализ динамики солевого параметра этой территории как главного фактора ее эволюции [13]. С этой целью нами исследовались закономерности естественной эволюции геосистемы, без антропогенного вмешательства [3, c. 53–72], с тем чтобы при сравнении модельных и фактических данных получить цифровую информацию о том, насколько уменьшилась засоленность почвогрунтов, увеличилось общее проективное покрытие (ОПП) и уменьшился вынос солей в результате указанных воздействий.

Разработанный метод расчетов эффективности ПАВ на ОДА заключается в следующем:

1) моделирование динамики ВС в зависимости от пространственно-временной динамики засоленности почвогрунтов ОДА и общего проективного покрытия (ОПП) растительного покрова, определяющего степень ослабления ВС [14, c. 308–310; 16, c. 238–242];

2) определение для каждого расчетного периода засоленности почвогрунтов, ОПП, годового объема ВС (результаты моделирования), площадей ПАВ, ОПП растительного покрова на лесопосадках и соответствующего для этого ОПП годового объема ВС;

3) вычисление разницы годового объема ВС (млн т/год) с площадей лесопосадок и с этих же площадей при их отсутствии (модельные данные), которая и дает количественное выражение эффективности фитомелиорации;

4) определение эффективности созданных на ОДА водоемов, сбросов Кокаральской плотины и коллекторно-дренажных вод, которая, как отмечалось выше, стопроцентна и равна годовому объему ВС (модельные данные) с площадей, обводняемых ими.

Для определения площадей акватории, солончаков и ПАВ, кроме литературных данных, использовались снимки с искусственных спутников Земли (ИСЗ) и программа (LpSquare, макросы MS EXCEL).

Результаты исследования. Смоделированная [13; 15, c. 16–20; 16, c. 238–242] гипотетически ситуация с отсутствием ПАВ на ОДА определяется следующими показателями (табл. 1).

Таблица 1.

Динамика изменения геосистемы Аральского моря

Примечание: з. ч. – западная (причинковая) часть ОДА, в. ч. – остальная часть осушки.

Показатели ПАВ и динамика их эффективности даны в табл. 2. Крайняя нерегулярность сбросов Кокаральской плотины и коллекторно-дренажных вод, зависящая от водности года, обусловливает нестабильность обводняемых территорий и недостаточную репрезентативность фактических данных, необходимых для более детальных расчетов (табл. 2).

Таблица 2.

Площади и эффективность антропогенных воздействий

Среднее ОПП лесопосадок на ОДА, как видно на рис. 5, – 60%. По результатам моделирования [16, c. 238–242] такой растительный покров ослабляет ВС на 59,7%. К примеру, в 2019 году, когда площадь лесопосадок была равна 483 000 га, общий вынос солей с ОДА по сравнению с модельными данными (95,9 млн т/год) уменьшился с этих территорий на 16,1 млн т/год (на 15,4%). Очевидно, что эффективность лесопосадок тем выше, чем больше разница ОПП до и после фитомелиорации и чем больше территория лесонасаждений. Прогнозные расчеты по разработанному методу показали, что при увеличении ОПП лесопосадок до 70% и их площадей на 50% дополнительное уменьшение ВС достигло бы 28,1 млн т/год.

Суммируя, антропогенные воздействия в 2019 году в целом уменьшают вынос солей на 21,88 млн т/год, то есть без проведенных мероприятий мы имели бы в настоящее время вынос токсичных солей в Приаралье около 117,78 млн т/год.

Выводы

1. Эффективность положительных антропогенных воздействий на ОДА мы оценивали только в отношении ВС. Очевидно, общая эффективность ПАВ гораздо выше, поскольку при этом растет биоразнообразие, обеспечивается корм для скота, улучшается микроклимат и др. Другое дело, что количественно оценить эти эффекты сложнее. Вообще говоря, оценка экосистемных услуг окружающей природной среды представляет собой малоизученный аспект научного направления охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
2. По результатам моделирования снижение с течением времени эффекта растительного покрова в ослаблении выноса солей в связи с уменьшением проективного покрытия объясняется преобладанием темпов засоления почв ОДА над темпами зарастания. Фитомелиорация, компенсирующая в некоторой степени это снижение, может стать в большей степени регулируемой мерой ослабления выноса солей с применением вышеизложенного метода расчета эффективности ПАВ на ОДА.
3. Математическое моделирование является безальтернативным методом в изучении гипотетических состояний экосистем, а также при исследовании явления выноса солей с осушенного дна, поскольку позволяет вычислять пространственную динамику количественной и фракционной структуры шлейфа солепылевой бури.
4. В целом геосистема Аральского моря и осушенного дна представляет собой яркий пример экосистемы с солевым параметром управления, находящейся в кризисных условиях. Однако оценка эффективности положительных антропогенных воздействий, полученная в данной работе, говорит о возможности значительного ослабления выноса солей путем расширения площадей этих воздействий.

Список литературы:

1. Бакиров Н.Ж., Хамзаев А.Х., Новицкий З.Б. Лесные насаждения на осушенном дне Аральского моря // Изв. вузов. лесн. журн. – 2020. – № 2. – С. 51–59.
2. Джуманов С.А. К вопросу о влиянии Аральской трагедии на здоровье населения Узбекистана и ликвидации ее последствий // История и археология: материалы III Междунар. науч. конф. – СПб. : Свое издательство, 2015. – С. 12–18.
3. Коновалова Т.И. Методология исследования и картографирования антропогенной трансформации геосистем // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». – 2020. – Т. 33. – С. 53–72.
4. Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. Влияние климатических флуктуаций и способов посадки галофитных кустарников на результаты фитомелиорации солончаков Приаралья // Аридные экосистемы. – 2010. – Т. 16, № 3 (43). – С. 67–76.
5. Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. Мониторинг развития саксаула черного (haloxylonaphyllum) на гидроморфных солончаках обсохшего дна Аральского моря // Аридные экосистемы. – 2013. – Т. 19, № 4 (57). – С. 40–48.
6. Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е., Мамутов Н.К. Влияние климатических изменений и полива на формирование растительности опытным путем в обсохшей части Аральского моря // Аридные экосистемы. – 2004. – Т. 9, № 21. – С. 82–94.
7. Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е., Мамутов Н.К. Системное изучение аридных территорий и результаты опытного формирования естественной растительности на засоленных землях обсохшей части Аральского моря // Аридные экосистемы. – 2006. – Т. 12, № 29. – С. 27–39.
8. Курбаниязов А.К. Эволюция ландшафтов обсохшего дна Аральского моря. – М. : Издательский дом Академии Естествознания, 2017. – 148 с.
9. Наурызбаева З.Ш. Проблемы формирования и засоления почв в регионе Южного Приаралья // Евразийский союз ученых (ЕСУ). – 2019. – № 9 (66). – С. 60–65.
10. Плотина Кокарал / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://i.ytimg.com/vi/1mhxAHlNank/maxresdefault.jpg?7857057827 (дата обращения: 24.01.2023).
11. Проблемы Арала и его сохранение / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://works.doklad.ru/view/iKc5PJefTKw/all.html (дата обращения: 24.01.2023).
12. Реалии Аральского моря // Агентство реализации МСФА в Узбекистане. – Ташкент, апрель 2021.
13. Тлеумуратова Б.С., Кубланов Ж.Ж. Динамика засоленности осушенного дна Аральского моря как функция увеличения солености воды // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. – 2022. – № 11 (101) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14418.
14. Тлеумуратова Б.С., Кубланов Ж.Ж. Моделирование роли растительного покрова на удержание ветрового выноса солей на осушенном дне Аральского моря // Материалы III Международной научно-практической интернет-конференции «Мелиорация как драйвер модернизации АПК в условиях изменения климата» (г. Новочеркасск, 26–28 апреля 2022 г.). – С. 308–310.
15. Тлеумуратова Б.С., Кубланов Ж.Ж., Мустафаева Р. Математическая модель динамики солевого параметра Аральского моря и осушившегося дна // Вестник КК ОАН РУ. – 2020. – № 1. – С. 16–20.
16. Тлеумуратова Б.С., Мамбетуллаева С.М., Мустафаева Р. Моделирование выноса солей с обсохшего дна Аральского моря и его последствия // Евразийское научное объединение. – 2015. – № 3. – С. 238–242.
17. Шахматов П.Ф., Каверин В.С., Алека В.П. Изучение искусственных мелиоративных насаждений на осушенном дне Аральского моря // Карельский научный журнал. – 2016. – Т. 5, № 3 (16). – С. 96–98.
18. Шинкаренко С.С., Солодовников Д. А. Формирование новой дельты Сырдарьи // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2018. – Т. 15, № 2. – С. 267–271.
19. Mathematical Model of Long – Term Dynamics of Phytocenoses in the Eastern Part of the Dry Bottom of the Aral Sea / B.S. Tleumuratova, J.J. Kublanov, S.A. Kochkarova, S.M. Mambetullaeva // International Journal of Science and Research (IJSR). – 2020. – Vol. 9, Issue 10. – P. 462–465.
20. Modeling of the Processes of Formation and Development of Phytocenoses of the Dried Bottom of the Aral Sea / B.S. Tleumuratova, J.J. Kublanov, S.A. Kochkarova, S.M. Mambetullaeva // International Journal of Science and Research (IJSR). – 2020. – Vol. 9, Issue 10. – Р. 1066–1071.