Relationship between variability of hydrological and hydrochemical properties of runoff and basin landscape structure in the taiga zone

The research focuses on dependence of inter-year and inter-seasonal variability of hydrological and hydrochemical properties in lower gauge lines of small rivers on landscape structure of a basin as a whole. We used the example of the Zayachya river (Ustyansky district, Arkhangelsk Region) and basins of its tributaries with different shares of forests and cultivated lands to test the hypothesis that certain regional-specific proportions and neighborhoods of land use types ensure low variability of hydrological and hydrochemical regime. We performed measurements in all seasons in 2013-2017 in 15 gauge lines. Correlation analysis showed evidence that decrease in forest areas and increase in arable lands and meadows in the deeply dissected agrolandscape results in new emergent properties of the river basins geosystems: waters shift for calcium to magnesium class, amplitudes of hydrochemical properties fluctuations change as well as that of discharge. Agrolandscapes induce decrease of runoff yearly fluctuations and increase of discharge. Forest cover supports natural fluctuations of river hydrochemistry due to sharp difference in mineralization between floods and low water periods. Decrease of forest proportion in a basin up to 30 % and lower causes the contents of hydrocarbonates, calcium and magnesium during spring floods to be similar to high content during low water period despite strong dilution.

runoff, chemical properties, agrolandscape, variability, forest cover, cultivated area, correlation analysis

1. Авессаломова И. А., Савенко А. В., Хорошев А. В. Ландшафтно-геохимическая контрастность речных бассейнов как фактор формирования ионного стока // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 2013. № 4. С. 3-10.

2. Алекин О. А. Основы гидрохимии. М.: Недра, 1970. 488 c.

3. Алексеевский Н. И., Косицкий А. Г., Носань В. В., Христофоров А. В. Подобие рек и их систем // Водные ресурсы. 2013. № 6. С. 531-544.

4. Виноградов Ю. Б., Виноградова Т. А. Современные проблемы гидрологии. М.: Академия, 2008. 320 с.

5. Корытный Л. М. Геосистемно-гидрологический подход к природно-хозяйственному районированию // География и природные ресурсы. 1987. № 2. С. 152- 158.

6. Методика измерений массовой концентрации катионов аммония, калия, натрия, лития, магния, стронция, бария и кальция в пробах питьевых, природных (в том числе минеральных) и сточных вод методом капиллярного электрофореза с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель». М.: Фед. служба по надзору в сфере природопользования, 2000. 36 с.

7. Молчанов А. А. Оптимальная лесистость. М.: Наука, 1966. 220 с.

8. Руководство по химическому анализу морских и пресных вод при экологическом мониторинге рыбохозяйственных водоемов и перспективных для промысла районов Мирового океана. М.: Изд-во ВНИРО, 2003. 202 с.

9. Федоров В. Н. Ландшафтная индикация формирования речного стока. Иркутск: Изд-во Института географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2007. 175 с.

10. Хорошев А. В. Ландшафтная структура бассейна р. Заячья (Важско-Северодвинское междуречье, Архангельская область). М., 2005. 158 с. Деп. ВИНИТИ 27.09.2005 № 1253-В2005. URL: https://istina.msu.ru/publications/book/7864329/ (дата обращения 10.06.2018).

11. Хорошев А. В. Полимасштабная организация географического ландшафта. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2016. 416 с.

12. Цыцарин Г. В., Шмидеберг Н. А. Гидрохимический практикум. Общие методы анализа и обработки основных гидрохимических данных. М.: Изд-во МГУ, 1973. 126 с.

13. Шайдеггер А. Теоретическая геоморфология. М.: Прогресс, 1964. 452 с.

14. Diebel M. W., Maxted J. T., Robertson D. M., Han S., Vander Zanden M. J. Landscape planning for agricultural nonpoint source pollution. Reduction III: assessing phosphorus and sediment reduction potential // Environmental Management. 2009. Vol. 43. P. 69-83.

15. Baker M. E., Weller D. E., Jordan T. E. Improved methods for quantifying potential nutrient interception by riparian buffers // Landscape Ecology. 2006. Vol. 21. P. 1327-1345.

16. Ryszkowski L. (Ed.). Landscape Ecology in Agroecosystems Management. CRC Press, Boca Raton, London, 2002. 366 p.