Как глубоко залегает вода?

Метод определения глубины залегания и степени минерализации подземных вод с помощью растений называется гидроиндикационным. Поскольку его применение не требует больших трудовых и временных затрат, им широко пользуются в областях с аридным климатом. С помощью растений удается установить не только наличие грунтовых вод, глубину их залегания и степень минерализации (пресная, солоноватая, соленая), но и направление движения под землей. Среди растений засушливых местообитаний ученые по характеру усвоения ими влаги выделили несколько групп.

Омброфиты используют для своей жизнедеятельности влагу атмосферных осадков. Они существуют за счет легкодоступной гравитационной и капиллярно-подвешенной воды. Примером омброфитов могут служить эфемеры и эфемероиды, пышным ковром расцвечивающие пустыни весной, когда в почве содержится запас влаги, и быстро исчезающие по мере усиления сухости.

Фреатофиты (от греческих слов "phrear" - колодец, бассейн и "phyton" - растение) имеют постоянную связь с грунтовыми водами посредством сильно развитой корневой системы. О них мы подробнее поговорим ниже.

Факультативные фреатофиты способны в зависимости от условий увлажнения существовать то как омброфиты, то как фреатофиты.

Гигрофиты используют поверхностные или близко лежащие к поверхности грунтовые воды в избыточно увлажненных местах.

Наибольшее значение в гидроиндикационных исследованиях имеют фреатофиты. Их характерный признак - мощно развитая корневая система, которая измеряется иногда десятками метров и, как правило, в несколько раз превышает размеры надземных органов. Так, например, корневая система верблюжьей колючки может проникать в грунт на глубину 15-20 м, а надземная часть возвышается над поверхностью почвы лишь на 0,5 м. Другое растение из того же семейства бобовых - солодка голая (лакрица) имеет корни длиной 20-25 м, похожие на веревки. Между тем высота надземной части этого растения составляет 1,0-1,5 м. Мощные корни тамариксов достигают глубины 30 м. Очень глубокая корневая система у черного саксаула (Haloxylon ammodendron) - древесного растения из семейства маревых. Описан случай, когда живые корни черного саксаула присутствовали в керне, извлеченном из буровой скважины с глубины 37 м.

Растение-индикатор неглубоко залегающих грунтовых вод: солодка голая

По своему внешнему виду фреатофиты довольно разнообразны. Одни из них сходны с обычными мезофитами. Так, например, типичный фреатофит - финиковая пальма, обладающая способностью бесперебойно снабжать себя водой, в ходе эволюции не выработала черт ксероморфизма, если не считать устьица, глубоко погруженные в толстую кутикулу листа. Во всем остальном это растение не отличается от влаголюбивых пальм тропиков.

Другие фреатофиты имеют ксероморфный облик. У них листовые пластинки сильно редуцированы, нередко опущены и т. д. К числу таких фреатофитов можно отнести саксаул, тамариксы.

Есть среди фреатофитов и суккулентные формы, накапливающие воду в надземных частях своего тела - листьях, стеблях, из-за чего они выглядят сочными и мясистыми. К их числу относится, например, сарсазан. Фреатофиты этого типа произрастают на территориях, где вода повышенной минерализации.

Имея постоянный доступ к воде, фреатофиты в течение всего вегетационного периода остаются активными, сохраняют сочную ярко-зеленую окраску даже в жесточайшие засухи, тогда как другие растения пустынь и степей, засыхая, становятся желтыми или бурыми. Фреатофиты хорошо заметны издали, поэтому они имеют наибольшее значение при аэроландшафтных гидроиндикационных исследованиях. Особенно четко они видны на аэрофотоснимках, сделанных летом или в начале осени.

В песчаной пустыне Сахаре встречаются впадины, на дне которых выклиниваются грунтовые воды. Эти впадины хорошо видны с самолета из-за расположенных в них пальмовых рощ. Финиковая пальма, произрастающая в оазисах Сахары и Аравийского полуострова, - классический пример фреатофитов. Несмотря на исключительную устойчивость к высоким температурам, она постоянно нуждается в воде, которую получает с помощью мощной корневой системы. Не случайно арабы говорят: "Царица оазиса купает ноги в воде, а прекрасную голову - в огне солнечных лучей". Финиковая пальма считается индикатором неглубоко залегающих грунтовых вод. Жители знойной Африки хорошо знают: пальмы приурочены к тем местам, где близко к поверхности подходят грунтовые воды, где есть водные источники. В широко известном стихотворении М. Ю. Лермонтова "Три пальмы" очень точно подмечена эта особенность растения:

 Родник между ними из почвы бесплодной, 
 Журча пробивался волною холодной... 

Вообще деревья и кустарники в пустынях и полупустынях приурочены к особо благоприятным условиям увлажнения (знакомые всем оазисы).

В северных районах Сахары индикаторами неглубоко залегающих (до 5-8 м) пресных вод служат фисташка атлантическая и ююба. Тамарикс безлистный - показатель солоноватых вод, залегающих на глубине до 15 м. Присутствие тамарикса Бовеана свидетельствует о грунтовых водах, залегающих на глубине до 5 м.

Цепочки кустов тамарикса, окаймляющие сухие русла временных водотоков, указывают на наличие пресных или солоноватых подрусловых линз

В Центральной Сахаре наряду с перечисленными выше видами важное индикационное значение имеют акации, Сальвадора и другие растения, указывающие на воды, залегающие на глубине до 25 м. Пальма дум - показатель солоноватых вод, глубина залегания которых 6-8 м.

Цепочки кустов тамарикса, окаймляющие сухие русла временных водотоков, указывают на наличие пресных или солоноватых подрусловых линз

В южных районах Африки наиболее точными индикаторами пресных грунтовых вод, находящихся на различной глубине, являются акации.

К растениям - индикаторам пресных вод в США относится прозопис сережкоцветный, произрастающий там, где вода залегает на глубине 9 м. В калифорнийской пустыне многие колодцы выкопаны в зарослях этого растения. Указателями неглубоко залегающих грунтовых вод служит пальма калифорнийская с веерообразными листьями, американские виды платана и другие растения.

Платаны обитают на богатых почвах по берегам рек и озер, по днищам ущелий. Если они встречаются вдали от открытого водного источника, это означает, что под ними недалеко от поверхности течет подземная река. Расположение деревьев указывает направление движения подземного потока.

В пустынях нашей страны для выявления глубины залегания грунтовых вод также широко используются растения.

Солодка голая (Glycyrrhiza glabra), произрастающая в Казахстане, Узбекистане и Туркмении, представляет собой многолетнюю траву с высоким стеблем, на котором располагаются кисти фиолетовых цветков. Корень солодки содержит сапонины, поэтому порошок солодкового корня используется в пищевой промышленности (для приготовления шипучих напитков, пива, кваса, для лучшего взбивания яичного белка), в качестве пенообразователя в огнетушителях, для пенной флотации в металлургии и т. д.

В естественных условиях солодка голая пышно разрастается там, где пресные грунтовые воды подходят близко к поверхности (на глубине 2 м). Ее мощная корневая система позволяет бесперебойно снабжать водой надземную часть, благодаря чему листья интенсивно транспирируют (испаряют воду) без угрозы обезвоживания растения в засушливых условиях существования. Солодка широко использовалась в качестве индикатора пресных подземных вод при освоении целинных и залежных земель Северного Казахстана.

Помимо солодки глубину залегания грунтовых вод можно определить и по другим растениям. Надежным указателем пресных грунтовых вод служит черный саксаул (Haloxylon ammodendron var. aphyllum). Это довольно мощное дерево с толстым и кривым стволом высотой 9-10 м. Его мясистые, ярко-зеленого цвета побеги взяли на себя функцию листьев. Благодаря редукции листьев резко сокращена испаряющая поверхность.

Черный саксаул редко можно видеть на песчаных барханах. Он растет обычно на плотных грунтах, чаще в долинах рек или в низинах, где грунтовые воды залегают на глубине 5-10 м и даже больше. Указанной величины и максимальной сомкнутости саксаул достигает в том случае, если грунтовые воды располагаются на глубине 4-17 м. Если же его корни не дотягиваются до грунтовых вод, растение приобретает форму низкорослого кустарника высотой не более 1,0-1,5 м.

Приуроченность черного саксаула к грунтовым водам была известна кочевникам Средней Азии очень давно. Многие колодцы с пресной водой располагаются поблизости от массивов черного саксаула. Так, например, на территории черносаксаульника Тугай-Джурабек в Кызылкуме 9 колодцев из 11 поставляли пресную воду. А вот из колодцев, находящихся среди песков, где черного саксаула не было, только в 2 содержалась пресная вода.

В отличие от черного белый саксаул не является индикатором грунтовых вод. Он растет во многих местах: и в глинистой, и в песчаной пустыне, иногда прямо на сыпучих барханах.

Неплохими индикаторами подземных вод служат также различные виды тамарикса (Tamarix), которые нередко сопутствуют саксаулу, но не менее часто образуют и самостоятельные фитоценозы. Это крупные густые кустарники высотой 1-2 м. Как и другие фреатофиты, тамариксы характеризуются темно-зеленой окраской. Они хорошо приспособлены к жаркому и сухому климату, к засоленным гипсоносным, песчаным или глинистым почвам. Мощная корневая система хорошо обеспечивает их водой. Вместе с тем растения выработали приспособления для экономного расходования влаги. У них небольшие листья, толстая, покрывающая их кутикула, глубоко погруженные в лист устьица, которые контактируют с внешней средой через узкий канал. Тамариксы очень декоративны. Красивы их изящные мелкие листья и кисти розовых и сиреневых цветков. Растения указывают на присутствие на глубине около 10 м грунтовых вод.

Типичным и широко распространенным фреатофитом является верблюжья колючка (Alhagi pseudalhagi). Ее корни достают воду с глубины 5-15 м, поэтому она растет в глинистых, каменистых и даже солонцовых пустынях от низовий Волги до южных границ нашей страны. Растение хорошо опознается по сочной зелени листочков и многочисленным крупным колючкам.

Не так давно ученые исследовали возможность получения влаги из верблюжьей колючки. Ведь человеку, оказавшемуся наедине с пустыней, дорог каждый глоток воды. Предложенный метод очень прост: на растение верблюжьей колючки надевается обычный полиэтиленовый пакет. В зависимости от размеров растения за час в пакете скапливается 30-50 г влаги. Пять-шесть полиэтиленовых пакетов размером 1 м² могут собрать в течение светового дня 2,0-2,5 л жидкости. Такой результат не неожиданность. Мы уже знаем, что верблюжья колючка при помощи глубокой корневой системы бесперебойно снабжает себя водой, которая интенсивно испаряется с поверхности ее небольших тонких листочков. Предложенный метод получения влаги из живых растений рекомендуется метеорологам, геологам, ботаникам, чабанам, газодобытчикам и другим специалистам, работающим в пустыне. Каждый из них должен уметь противостоять ее крутому нраву.

К числу фреатофитов относится также могильник, или гармала обыкновенная (Peganum harmala), - многолетний сорняк, широко распространенный в степях Южной Европы, Сибири, Средней и Центральной Азии, Северной Африки. Это довольно крупное травянистое растение, достигающее 70 см высоты. В странах Востока этому, казалось бы, обычному растению приписываются поистине чудесные свойства: индийское название его "газариспанд", что означает "от тысячи болезней". Вместе с тем с глубокой древности за могильником закрепилась и слава указателя пресных грунтовых вод. Его заросли обычно приурочены к оазисам, к устьям оврагов, где есть родники и ключи. Сравнительно недавно с помощью этого растения удалось отыскать в Азербайджане места старых, заброшенных колодцев, которые теперь используются для орошения.

Гармала обыкновенная опознается по листьям, разделенным на 3 - 5 линейных растопыренных долей, по белым крупным цветкам, а также по своеобразным плодам - многогнездным округло-угловатым коробочкам.

Глубина проникновения в субстрат корневой системы гармалы точно не установлена. Ученые полагают, что с помощью могильника выявляются воды, расположенные на значительной глубине (от 10 до 25 м и больше).

В индикации мест залегания грунтовых вод, особенно близких к поверхности, имеют значение и обычные влаголюбивые растения (см. таблицу), например тростник. Даже в пустынях он приурочен к неглубоко залегающим грунтовым водам. Если уровень их начинает понижаться, рост тростника затормаживается, а плодоношение ослабляется.

Растение-индикатор неглубоко залегающих грунтовых вод: тростник обыкновенный

Индикаторы грунтовых вод в засушливых районах

Итак, растения могут служить показателями грунтовых вод, глубина залегания которых не превышает 40 м. При более глубоком положении грунтовые воды не влияют на влажность почвогрунтов и, следовательно, на растения.

Характерная особенность фреатофитов - высокоинтенсивная транспирация в течение всего периода вегетации. Они испаряют влаги в 3 - 5 раз больше, чем виды, не связанные своими корневыми системами с грунтовыми водами. Поэтому в аридных областях растения, быстро расходующие воду, могут быть использованы в качестве индикаторов грунтовых вод. У типичного фреатофита замедленная транспирация свидетельствует о неблагоприятных для него условиях водоснабжения, тогда как интенсивная - о благоприятных.

Помимо интенсивности транспирации на глубину залегания грунтовых вод указывает и окраска фреатофитов. При бесперебойном водоснабжении, как мы неоднократно уже подчеркивали, эти растения имеют ярко-зеленую окраску в течение всего вегетационного периода. Если условия водоснабжения ухудшаются, фреатофиты изменяют свою окраску на бледно-зеленую, желтую или бурую.

В аридных районах нашей страны вода часто присутствует в песчаных массивах в виде локальных скоплений - линз инфильтрационного или конденсационного происхождения. Обычно линзы возникают в результате инфильтрации осадков в толщу рыхлых незакрепленных песков. Реже линзы образуются при конденсации водяного пара. В последнем случае решающее значение имеют резкие суточные колебания температуры, характерные для пустынных областей.

Обнаружить такие скопления воды помогают растения-индикаторы, заросли которых резко выделяются на фоне песков в виде темных пятен, хорошо заметных на аэрофотоснимках. Заросли, как правило, повторяют контуры линзы. Чаще всего они состоят из полыни песчаной (Artemisia sabulosa), донника польского (Melilotus polonicus), вайды песчаной (Isatis sabulosa), из видов тамарикса, верблюжьей колючки. Очень своеобразна вайда песчаная, которая опознается по многочисленным побегам, собранным в виде метлы на конце прямого, почти не ветвящегося стебля.

Местонахождение линз, пресных и слабоминерализованных вод в песках можно обнаружить по наличию тамарикса многоветвистого. Это растение в хороших условиях водоснабжения достигает высоты 2-3 м. В пустынях Южной Туркмении контуры линз четко обозначают заросли гармалы обыкновенной.

Растение-индикатор неглубоко залегающих грунтовых вод: гармала обыкновенная

Нередко пресноводные линзы бывают окружены густыми зарослями гигантского сизо-зеленого песколюбивого злака кияка (Elymus giganteus).

Пресноводные линзы могут формироваться не только под толщей песков, но и под такырами - плоскими тяжелосуглинистыми или глинистыми поверхностями, обычно иссеченными характерной полигональной трещиноватостью. Нередко такыры полностью лишены растительности или имеют очень изреженный растительный покров. Такыры образуют сложные, сильно разветвленные системы и часто занимают огромные площади. Располагающиеся под ними подтакырные линзы могут быть использованы для водоснабжения пастбищ. Однако отнюдь не под каждым такыром образуются скопления грунтовых вод. Обнаружить подтакырные линзы можно опять-таки с помощью растений. Там, где водяной пар мигрирует наиболее активно в глубь субстрата, на поверхности такыра формируется густой налет почвенных водорослей. Следует обратить внимание и на кустарники, произрастающие на границе такыра с окружающими песками. Если они крупных размеров, прекрасно растут и обильно плодоносят, значит, под такыром скопились грунтовые воды.

Такыр около развалин городища Шах-Сенем

Пресноводные линзы ищут для того, чтобы расширить колодезную сеть в районах отгонного животноводства, слабо обеспеченных водой, поэтому использование в их поиске гидроиндикационных наблюдений имеет важное практическое значение.