Диссертации по эрозии почв
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ _им. М.В.ЛОМОНОСОВА_
ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Г Г Б ОД
На правах рукописи
ЛИТВИН ЛЕОНИД ФЕДОРОВИЧ
ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭРОЗИИ ПОЧВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЗОНЫ РОССИИ
11.00.04 — геоморфология и эволюционная география
диссертации на соискание учгксй степени доктора географических наук
Работа выполнена в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов Географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
доктор географических наук, профессор Г.И. Рычагов доктор географических наук, профессор Г.В. Бастраков доктор сельскохозяйственных паук A.C. Извеков
Институт географии Российской Академии наук
Защита состоится 13 апреля 2000 г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета по геоморфологии, эволюционной географии, гляциологии и геокриологии, географической картографии и информатики (Д-0.53.05.06) в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, географический факультет, ауд. 2109.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.
Автореферат разослан «3» марта 2000 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
профессор Ю.Ф. Книжников
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
шгальщсгь ^мы. .Современная эрозия почв — наиболее значительный фактор деградации очвы, снижения ее плодородия н экологических функций. В то же время это — один из наибо-гг мощных современных рельефообразующкх процессов, перемещающих огромные массы зщества в пределах хозяйственно освоенных регионов. В этом качестве эрозия почв — сущсст-гнный источник загрязнения окружающей среды химическими компонентами почвы и принесенными загрязнителями, первопричина заилеиия малых рек и деградации агроландшафтов. орьба с эрозией почв и нейтрализация ее последствий требует огромных материальных затрат.
Именно поэтому необходимо исследование географических закономерностей развития и собенностей территориальной структуры эрозии почв, оценка специфики ее воздействия на очвепный и растительный покровы, водные ресурсы и ландшафты в различных природных ус-овиях, определения ее места в ряду других экологически неблагоприятных процессов и явле-ий.
)£новиая нсль работы — выявление географических закономерностей современной эрозии :очв на сельскохозяйственных землях России и оценка ее влияния па экологическое состояние •кружающей среды. Задачи, направленные на достижение цели, заключались в следующем:
1) определение места эрозии в ряду других разрушающих почву водно-эрозиониых провесов;
2) разработка теоретической базы оценки механизма функционирования, структуры и ¡ерархии эрозионно-склоповых геосистем как элементарной территориальной единицы эрозии ючв, а также выявление их пространственно-временных соотношений с морфологической труктурпй рельефа и агролавдшафга;
3) создание общей ландшафтно-генетической классификации эрозии почв;
4) исследование механизмов влияния и пространственно-временной структуры основных [»акторов эрозии, оценка их территориального размещения;
5) количественная оценка интенсивности проявления эрозии почв на сельскохозяйствен-1ых землях в различных природных условиях и региональной структуры эрозионноопасных [емель на основе средне- и мелкомасштабного картографирования;
6) эрозионное районирование сельскохозяйственных земель России;
7) выявление основных экологических последствий влития эрозии па состояние почв, юдцых ресурсов, деградацию малых рек, разработка методов их оценки и картографирования )розии.
Рбъект исследования и фактический материалов основу работы положены результаты мио-голетних (1965-1997 гг.) экспедиционных и экспериментальных исследований эрозии почв и аккумуляции склоновых наносов на водосборах и в долинах балок и малых рек на основе ланд-шафтно-географического, почвеюю-морфологического, картографического методов и анализа коррелятных отложений. Экспедиции проводились на Северном Кавказе (в Дагестане, Кабардино-Балкарии, Карачаево-Черкессии), в Средней Азии, Западной Сибири и во всех природных зонах Европейской части России, от среднетаежной до субтропической. Полевые эксперименты проводились на Северном Кавказе и в Узбекистане, мпоголетние стационарные наблюдения талой эрозии на юге зоны дерново-подзолистых почв (на Боровской учебно-научной станции МГУ). Одновременно разрабатывалась методика количественной оценки эрозии почв и составлялись карты разного масштаба па участки радиоактивного загрязнения в Брянской и Тульской областях, мелкомасштабные карты эрозионноопасных земель на все экономические регионы
России. В процессе составления собирался картографический и литературный материал по х зяйственному использованию земель, геоморфологическому районированию и морфометрич ской характеристике склоновых земель.
Научная новдзна работы. 1. Разработана концепция оценки эрозионно-скяоновых геосисп (ЭСГС) как элементарных территориальных единиц эрозии, предложена их иерархия и на оси ве классификаций поверхностного склонового стока и систем элементарных склонов устанс лены соотношения их границ с границами ЭСГС.
2. Создана ландшафтно-генетическая классификация эрозии почв как географическс явления, отражающая качественный уровень влияния антропогенных преобразований фактор на процессы смыва почв.
3. Выявлена пространственно-временная структура основных факторов эрозии и взаимосвязи с технологиями хозяйственного использования земель.
4. Впервые получена и исследована количественная характеристика интенсивности зс ледельческой и пастбищной эрозии для всей сельскохозяйственной зоны России, и на ее оснс разработаны новые принципы картографирования эрозии почв и схема почвенно-эрозиошк районирования России.
5. Впервые проведен комплексный анализ влияния эрозии на экологическое состоя! окружающей среды, разработаны методические принципы картографирования эрозиопной » грации загрязнителей и дана территориальная оценка опасности почвенно-эрозионного загр нения фосфором поверхностных вод сельскохозяйственной зоны.
йдаГютс защищаются следующие положения-.
1. Концепция природно-антропогенного генезиса современной поверхностной эро; почв, принципиальное положение которой заключается в обосновании качественного ypoi влияния антропогенных преобразований факторов на механизмы и пространствшяо-ivpcMCni распределение эрозиенно-аккумудяшвных процессов на склонах.
2. Положение о эрозионно-склоновой геосистеме как элементарной территориалы оценочной единицей поверхностной эрозии, иерархия систем и закономерности их прострат венного соотношения с категориями агроландшафтаи типами систем элементарных склонов
3. Классификация современной эрозии почв, разработанная на основе концепции п родао-антропогекного генезиса, предусматривающая последовательное деление эрозии на ei ственную, природно-ангропогенную и антропогенную с дальнейшим делением на классы генезису склонового стока (талую и ливневую и др. ЭП) и выделением типов но специф комплекса антропогенных преобразований факторов и процессов эрозии.
4. Установленные географические закономерности территориального распределения новных факторов и процессов эрозии, отражающие специфичность их пространстве: временной изменчивости в зависимости от механизмов функционирования, комплекса т шафтно-геоморфологических условий и географического масштаба анализа. На макроурс главное в географии факторов — квазиширотная зональность распределений климатичес; почвенных факторов и почвозащитной способности агроценозов, при резко выраженной налыгости влияния рельефа, а также разнонаправленвость изменений векторов кяиматичес составляющей талой и ливневой эрозии. Территориальное размещение интенсивности за дельческой эрозии характеризуется четко выраженной азональностыо, обусловленной веду ролью рельефа, при некоторой тенденции к возрастанию тренда с севера на юг в Европей ме произведений энергии отдельных ливней (функция интенсивности и слоя осадков) на м; симальную 30-минутную интенсивность этого же дождя (Wischmeier, Smith, 1965; 1978). В р; чет не принимаются осадки со слоем менее полдюйма, не учитывается влажность почв и не, ется ограничений по интенсивности дождя. II. Гудзон (1974) предложил модернизировать по: затель путем введения пороговой интенсивности дождя в 0,41 мм/час, т.к. менее интенсивн осадки не давали стока (по натурным экспериментам в Нигерии). Структура интенсивности , ждевых осадков Северной Евразии также отличается от базовой для R30 — в северных райо! доля малошгтенсивных дождей заметно выше (Алибергова, 1985). Для учета этого обстоят е. ства предложено (совместно с С.Ф. Красновым) два варианта модернизации методов расче: R30. В первом предлагается не учитывать дожди, максимальная интенсивность которых не п вышает допустимую по условию образования стока. Сами величины пороговой интенсивно! дождя зависят от механического состава, структурности и других свойств почвы. Для их на ждения можно воспользоваться работами Д.Л. Арманда (1961), А.Н. Костикова (1960), справ никами по искусственному дождеванию. Амплитуда изменений пороговых интенсивностей ставляег от 0,02 до 0,8 мм/мин при изменении мехсостава почв от глинистого до супесчаного
Второй вариант учитывает как общую водопроницаемость почвы, так и соотношу динамики впитывания с ходом изменения интенсивности каждого дождя и продолжитель стью периода в начале дождя, когда вся вода впитывается почвой. Известно, что начальная
личина впитывания гораздо больше установившейся фильтрации и убывает во времени по экспоненте. В начале каждого дождя его интенсивность всегда меньше инфильтрации и только после ее снижения на склоне образуется слой воды, начинается напорное впитывание и сток. Время до образования луж и стока зависит от свойств почвы (стойкости почвенной структуры к разрушению дождем, порозности и др.) и от величины предшествующего увлажнения почвы и интенсивности дождя. На основе модели интенсивности впитывания и оценки времени до образования стока (Григорьев, Краспов, 1980), а также уравнения расчета предшествующего увлажнения почвы (Бефани, 1977) проводится сравнение продолжительности каждого дождя при учете динамики его интенсивности и времени до образования стока. Дожди не давшие стока исключаются из расчетов R30. По данным 20-летних наблюдений на 22 метеостанциях во всех природных зонах ЕТР были проведены расчеты среднемноголетних величин R30 по обоим вариантам. Диапазон допустимой интенсивности впитывания и интенсивности безнапорного впитывания характеризовал почвы от среднесуглинистого до тяжелосуглинистого состава. В результате расчетов оказалось, что в обоих вариантах значения R30 снижаются обратно пропорционально его величине. При этом максимальное снижение наблюдается в области значений R30 17 ед. независимо от природной зоны. При больших значениях R30 темпы падепия резко снижаются и в субтропической зоне составляют всего 5% от начального, тогда как в северной тайге и в полупустыне снижепие достигает 30-35% от начального (при интенсивности безнапорного впитывания 0,2 мм/мин).
Изолинейные карты эрозионного потенциала осадков были составлены на всю территорию бывшего СССР (Заславский и др., 1981; Ларионов, 1993). В расчетах среднемноголетних годовых сумм R30 использовались 20-летние ряды наблюдений. Для оценки точности нами был использован последовательный анализ пространственно-временных радов (Дроздов и др., 1965) годовых значений R30. Удлинение рядов достигалось объединением данных рядом расположенных метеостанций с равными значениями R30. Расчеты показали, что для всех регионов земледельческой зоны необходимая длительность рядов несколько различна, но 20-летние ряды везде обеспечивают точность среднемноголетних 5-10%. В связи с недостаточной густотой сети плю-виографических наблюдений, особенно в районах со сложной орографией, был проведен корреляционный анализ зависимостей величины R30 от слоя дождевых осадков и суммарного влияния слоя осадков и абсолютных высот местности. Корреляция между R30 и слоем осадков довольно значительна — коэффициенты от 0,5 до 0,7 (минимальные в центре ЕТР — 0,11-0,19), и ее можно использовать для сгущения оценочпой сети учетом данных метеостанций, где проводятся наблюдения только за слоем осадков. При учете абсолютных высот на равнинах теснота связей снижается, а в горах незначительно увеличивается.
Для проектирования противоэрозионных гидротехнических сооружений и для оценки эрозионпой миграции токсичпых загрязнителей необходимы прогноз эрозионного потенциала дождя за более короткие периоды — год, сезон, единичный эпизод стока. Анализ хроиорядов годовых сумм (R30, год) показал четко выраженную асинхронность годовых эрозионных потенциалов дождя на всех метеостанциях и во всех природных зонах, Хронологические графики R301 год отличаются «пилообразностью» с хаотичным местоположением экстремумов. Максимальные значения R30, год приходятся на годы выпадения одного-двух экстремальных ливней, вклад которых составляет 50-75% годового потенциала. Корреляция между абсолютными значениями индексов на соседних пунктах отсутствует, коэффициенты синхронности (доля совпадений положительных и отрицательных пиков) незначительны: максимум в ЦЧО — 0,5, чаще всего не совпадают даже знаки экстремумов.
Распределения величин эрозионных потенциалов единичных ливней нринципиаль сходны для всех природных зон и отдельных пунктов. Все распределения отличаются хоро1 выраженной положительной (левосторонней) асимметрией, т.е. резким преобладанием коли1 сгва малоинтенсивных ливней над интенсивными. Коэффициенты асимметрии (А) повсемест высоки — от 2,0 до более 5,0, а Су превышают единицу. Вклад интенсивных ливней (обеспсчс ностью менее 5% по Язо) везде составляет 20-30% общей суммы эрозионного потенциа. Можно отметить некоторую тенденцию роста А и Су увеличением значений Язо, год- Естествс на асинхронность эрозионных потенциалов единичных ливней, поскольку мала пространств« ная корреляция даже суточного максимума слоя дождя — 15-60 км (Алибергова, 1985). Это С1 детельствует о ненадежности пространственных интерполяций годовых значений эрозионн потенциалов и вероятностном характере краткосрочных территориальных прогнозов эрозис пой активности ливней.
Изменение величин Язо достаточно постепенны. На ЕТР они увеличиваются с севера юг от 2,5 в Архангельске до 16,3 в Ставрополе, в южной половине ЕТР резко снижаются с за! да на восток — до 1,2 ед. у г. Эльтона. В Западной Сибири максимум приходится на лесоск зону (5-6 ед.), в Забайкалье н восточнее отмечается общий рост с запада на восток — в Чите 8,1 Благовещенске — 20,1, во Владивостоке 24,5. Заметный рост величин зонах Изо происходит предгорных равнинах Северного Кавказа, менее заметно — на западных склонах Урала и Сая; некоторых возвышенностях ЕТР. На Дальнем Востоке наивысшие значения приурочены к р нинам, с ростом высоты местности они снижаются. Относительно снижена ливневая активно на побережьях крупных внутренних водоемов.
Роль в эрозионных процессах осадков, выпадающих в период снеготаяния, неодноз] на. Отмечены случаи (в том числе — на полигоне Боровской УНС) резкого возрастания расхс наносов во время выпадения интенсивного дождя. Но основная часть этих осадков не учасп в поверхностном стоке, впитываясь почвой. Большое значение имеет ледяная корка, образ щаяся во время оттепелей и защищающая почву от смыва. Кроме того запасы воды в к бусловленные рельефом.
В общем виде функция рельефа записывается как W — f(lf S»), где W- интенсивность :мыва; L — длина линии стока; S — уклон; pan- показатели степени, равные в среднем 0,5 и !,45, соответственно. Вид функции рельефа в современных моделях смыва индивидуален и час-о довольно сложен (Швебс, 1981, Ларионов, 1993; McCool et. al., 1991). Однако в области крутизны и длины склонов, характерных для основпого массива пахотных земель, результаты, поденные в разных моделях, довольно близки.
Влияние формы склонов заключается в изменении направлении и величины тангенци-1лыюй составляющей силы тяжести, что увеличивает либо уменьшает концентрацию стока н :корости стскания. На уровне эмпирического моделирования ЭП предложен ряд приемов для заздельной оценки влияния изменений продольного н поперечного профилей склона ‘Wischmeier, Smith, 1978; Сурмач, 1992; Ларионов, 1993), основанных на допущении стекания лыошным слоем. Для территориальной оцепки влияния формы склонов разработана морфо-шергетическая классификация склонов, основанная на изменении направленности и величины тангенциальной составляющей силы тяжести (рис. 2).
прямые, выпуклые, вогнутые, выпукдовогнутые, волнистые
градации нано- и микрорельефа |
Рис. 2. Морфологическая классификация склонов.
Основное се содержание — типизация устойчивых пространственных сочетаний элементарных склонов, т.е. склонов на которых векторы силы тяжести одинаковы по величине и направлению на всем протяжении склонов. Типичные системы элементарных склонов (СЭС) по общему рисунку векторов (линий стока) разделяются на радиальные, круговые, параллельные и дуговые системы. Параллельное расположение линий стока свидетельствует об отсутствии поперечных уклонов. К радиальному типу относятся участки склонов изображаемые искривленными горизонталями. Дальнейшее деление проводится по взаимному расположению линий стока. По этому признаку круговые и радиальные СЭС разделяются на расходящиеся и сходящиеся, что в принятой терминологии соответствует «рассеивающим и «собирающим» водосборам (рис. 3). Каждому типу СЭС соответствует особое расположение водосборов микроручей-ковой сети (эрозионно-склоновых геосистем), что и обуславливает изменение интенсивности эрозии в пределах СЭС различных видов. На следующей ступени предусматривается деление СЭС по изменению крутизны продольного профиля на прямые, выпуклые, вогнутые и т.д., обу-
славливающему различия в интенсивности смыва в пределах отдельных эрозионно-склоновы геосистем. При полиярусном рельефе системы элементарных склонов сменяют друг не тальк по простиранию, но и по падению склона. В этом случае единая эрозионно-склоновая систем может охватывать несколько СЭС различных типов.
Влияние экспозиции склонов на ЭП при снеготаянии объясняется ускоренным снепжи нием на склонах южных румбов, более быстром освобождении от снега и оттаивании почвы н ветроударных склонах с малыми снегозапасами (Соболев, 1948), т.е. комплексным влияние: эоловой и солярной экспозиций. На ЕТР экспозиционность талой эрозии увеличивается совпг дением влияния этих видов экспозиций, поскольку южные и западные склоны являются ветре ударными. Увеличение интенсивности смыва на южных склонах связано и с тем, что южнь склоны (центр ЕТР), как правило, более крутые (Дедков, 1971).
Рис. 3. Изображение на топокарте различных систем элементарных склонов (и¿С) А — радиалъно расходящаяся секторная-прямая СЭС; Б — радиалъно расходящаяся секторн выпуклая СЭС; В — радиалъно расходящаяся круговая-прямая СЭС; Г — радиалъно сходящая. вогнутая СЭС; Д — дуговая-прямая СЭС; Е — радиально расходящаяся круговая-прямая СЭС; -горизонтали; 2 -линии стока.
Анализ экспозиционных коэффициентов смыва подтверждает интенсификацию смы на склонах южных румбов. Однако количественно этот эффект сильно варьирует и склог «нейтральных» экспозиций иногда эродированы не менее южных. Экспериментальные данш часто свидетельствуют о более интенсивном смыве со склонов северной экспозиции (Егоре 1988; Жилко, 1976; Полуэктов, 1982), на которых накапливается больше снега, а таяние прох дит при более высоких температурах воздуха. Наблюдения в 1982-1997 г.г. на Боровской УЬ также не подтверждают различий в интенсивности смыва со склонов крутизной 1-5° севернс западной и восточной экспозиций. В целом учет влияния экспозиции склонов в моделях С должен быть региональным и раздельным для солярной и эоловой экспозиций.
ных масштабов и полевыми методами. Были выяснены характер и величина погрешностей измерений, которые показали необходимость использовать карты не мельче масштаба 1: 25 ООО. При использовании точечно-статистических методов для мелкомасштабного картографирования были установлены зависимости необходимого количества измерений от степени сложности рельефа морфологических районов.
При мелкомасштабном картографировании оцепка ЭПР разделялась па три этапа: а) морфологическое районировании территории на основе общего геоморфологического районирования; б) проведение измерений точечно-статистическим методом по регулярной случайной сети точек; в) статистическая обработка данных с вычислением средпих ошибок, квадратиче-ских отклонений и параметров распределений; г) статистическое сравнение распределений ЭПР соседних районов и уточнение на этой основе их границ.
Полученные данные свидетельствуют об общем соответствии ЭПР обрабатываемых склонов общему геоморфологическому строению. Наибольшими значениями ЭПР отличаются предгорья всех регионов, на равнинах — расчлененные возвышенности. ЭПР в целом наиболее высок для земледельческих анклавов Восточной Сибири (1,7-2,1 ед.) и минимален в Западной Сибири (0,11-0,4 ед.). В мезомасштабе чрезвычайным разнообразием и контрастностью распределения ЭПР отличается Русская равнина (рис. 4) и особенно Северно-Русская геоморфологическая нодпровинция (но А.И. Спиридонову), где ЭПР пашен выровненных озерно-ледниковых, зандровых и аллювиально-зандровых равнин (Ильмепско-Ловатской, Молого-Шекснинской) составляет 0,16-0,4 ед., а холмистых возвышенностей и крупных гряд — 1,6-1,9 ед. В центральных частях ЕТР контрасты менее заметны, а общая картина определяется чередованием возвышенностей и низменных равяип в широтном направлении. На юге на фоне слабо расчлененных равнин выделяется Ставропольская возвышенность (ЭПР — 1,57 ед.).
Земледельческие анклавы Восточной Сибири достаточно контрастны по этому признаку: в западной части Зейско-Буреинской равнины средний ЭПР пахотных склонов — 0,3 ед., в восточной 0,94; в Назаровской котловине и на юге Енисейского кряжа 0,98 и 3,3 ед. соответственно.
Главная особенность распределения склонов по величине ЭПР внутри морфологических районов — преобладание четко выраженной левосторонней асимметрии. Коэффициенты асимметрии по районам изменяются от более 1 до 5-7. Как правило, наиболее асимметричны распределения ЭПР плоских низменностей: при большой густоте расчленения асимметрия уменьшается. Коэффициенты вариации везде достаточно высоки — от 0,6 до 1,65. Асимметричность распределения ЭПР позволяет сделать вывод о возможности экономичного снижения интенсивности эрозии за счет залужения и облесения наиболее крутых склонов. Противоэрозиопная стойкость почв. Водопроницаемость и противоэрозионная стойкость почв являются ее наиболее эрозионно значимыми свойствами. Оба эти качества зависят от содержания гумуса, структурности, плотности, межагрегатногЪ сцепления и гранулометрического состава. Поэтому в эмпирических моделях эрозии возможно отражение обоих свойств единым показателем. В модели USLE оценочными параметрами смываемости почв (К) служат соотношение фракций 0,1-0,001 мм и 0,1-2,0 мм, гумусированпость, агрегатный состав и водопроницаемость (Wischmeier et, al., 1971). Для оценки возможностей ее применения к пахотным почвам России было проведено сравнение относительной смываемости основных генетических типов почв, полученный по методам, разработанным Г.В. Бастраковым, М.С. Кузнецовым, Г.И. Швебсом. Оно показало хорошую сходимость результатов для всех типов почв, особенно с оценками размыва почв напорной струей (Бастраков, 1994). Одинаковыми оказались тенденции
изменения относительной смываемости (по ШЬЕ) различных типов почв и при использовании водопроницаемости как показателя противоэрозионной стойкости почв.
Рис. 4. Эрозиошшй потенциал рельефа обрабатываемых земель Европейской части СССР. 1-00.25; 2-0.25-050; 3 — 0.50-0.75; 4- 0.75-1.0; 5 — ¡.0-1.50; 6 -1.50-2.0; 7- 2.0-2.50; 8 — 2.50-3.0; Р -3.03.50; 10-3.50-4.0; И — горы; 12-граница зоны очагового освоения.
Оценка смываемости почв России (Кирюхиыа, Пацухевич, 1987) показала ее тесную связь с гумусированностью почв при азональном влиянии их механического состава. Макси-18
¡альной смываемостью (до 3,5 т/га на единицу R3o) отличаются дерново-подзолистые почвы ¡есной зоны. Южнее противоэрозионная стойкость растет — минимальная смываемость обыкно-енных черноземов 1,0-0,8 К, а затем снова снижается в ареалах южных черноземов и каштано-!ых почв — смываемость светло-кагатановых почв равна 3 т/га/ед. R30. Принципиально сходные езультаты получены для почв Сибири (Баженова и др., 1997).
Растительность и хозяйственное использование земель. Количественная оценка почвозащит-юй способности растительности (ПСР) наиболее сложная проблема, решаемая на практике ■олько с помощью сравнительных критериев. ПСР основных фоновых типов использования зе-!ель (земледельческого, пастбищного, лесопромьипленного) различается на один-три порядка :еличины, и соотношение этих типов угодий определяют общий уровень флювиальной денуда-щи склопов равнин. Районирование территории России по этому признаку, на основе состав-генной карты «Земельные угодья» м-ба 1:1500000 свидетельствует о широтной зональности >азмещечия типов использования земель с убыванием почвозащитной способности раститель-юго покрова с севера на юг на ЕТР и в Западной Сибири и локальным ее снижением в земле-(ельческих анклавах востока.
Территориальная оценка ПСР обрабатываемых земель на основе адаптированной к усло-шям России модели USLE (Жаркова, 1987; Ларионов, 1984,1993) также свидетельствует о зо-mi,поста изменений почвозащитных свойств культурной растительности и влияния агротех-шки. Снижение ПСР с севера па юг четко прослеживается при ливпевой эрозии, а при талой тамечается ее минимум в степной зоне ЕТР и лесной и лесостепной зонах Сибири.
«ЛАВА 3. ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭРОЗИОННООПАСНЫХ ЗЕМЕЛЬ.
Наиболее точны оценки интенсивности эрозии и динамики факторов, полученные при гзмерении стока воды и ианосов на стоковых площадках, склоновых и ложбинных водосборах. Та территории ЕТР имеется сеть стационарных пушетоа подобных долгосрочных наблюдений, ia которых получены уникальные данные о стоке воды и наносов при снеготаянии. Это создало )снову для разработки нескольких моделей талой эрозии (ГГИ, Г.П. Сурмача, В.Д. Иванова и ip.). Однако кондиционные долгосрочные наблюдения на стоковых площадках и малых водо-;борах ливневой эрозии почти не проводились. Поэтому отечественные модели ливневой эро-ши оттираются в основном на данные искусственного дождевания малых площадок. Серьезным «достатком самого метода является несоответствие параметров искусственных дождей натурным в энергии и разрушающем действии капель. Отсутствие же кондиционных наблюдений за швневой эрозии, учитывая важность дифференциации оценок талой и ливпевой эрозии для тланирования природоохранных противоэрозиошшх мероприятий, заставляет обратиться к шализу краткосрочных наблюдений и данным менее точпых методов.
Сопоставление величин коэффициентов талого и ливневого стока и мутности с учетом зревышения дождевых паводков над весенними на малых водосборах привели к выводу о преобладающей роли ливневой эрозии для локальных участков распаханных склонов и талой эро-ши в формировании стока речных наносов (Г.В. Лопатиным, 1952; Н.И. Маккавсевым, 1955). Многочисленные полевые наблюдения и измерения объемов водороин во всех природных зонах земледельческой области ЕТР свидетельствуют о катастрофических последствиях отдельных интенсивных ливней: смыв со склонов под паром или пропашными культурами достигает цесятков и сотен тонн с га. В последние годы появились данные стационарных наблюдений, свидетельствующие о преувеличении вклада талой эрозии в годовой эффект смыва на пашнях лесостепной и степной зоны. В.П. Герасименко (1987, 1995) пришел к выводу, что ливневой
смыв на территории ЕТР преобладает лишь в центральной и восточной частях зоны дерново-подзолистых почв — средние интенсивность смыва на зяби при тадом стоке и на пропашных при ливневом составляют 3,9 и 10,5 т/га, соответственно, тогда как в западной части соотношение обратное — 4,9 и 2,0. Уникальные 20-летние наблюдения на стоковых площадках на западе зопы (Жилко и др., 1991) свидетельствуют, что в севообороте среднемноголетняя интенсивность талого смыва в 1,5 раза превышает или равна ливневому смыву. Анализ их данных с отбором стандартных агрофонов (зябь, пар, пропашные) показывает, что ливневой смыв в 2,0 раза превосходит талый -12,45 и 6,11 т/га, соответственно. Данные наблюдения за ливневым смывом па стационарах в ЦЧО ЕТР, приводят к выводам о преобладании здесь талого смыва (Полуэктов, 1984; Дьяков, 1994), однако продолжительность наблюдений недостаточна, поскольку основной смыв почвы вызывается ливнями малой повторяемости. Эрозионный индекс осадков на Среднерусской возвышенности на 30-40% больше, а запасы воды в снеге в 1,5 раза меньше, чем на северо-востоке ЕТР, что приводит к сдвигу в сторону преобладания ливневого смыва. В Азиатской части стационарные наблюдения единичны, основное внимание уделяется талой эрозии, данные о соотношении этих классов эрозии противоречивы. В юго-восточной части ЗападноСибирского региона ливневая эрозия преобладает над талой — смыв почвы составляет 6-12 и 820 т/га/год, соответственно (Орлов, Танасиенко, 1977), а по более поздним данным их соотношение дифференцировано по агроландшафтным условиям с примерным равенством для ареалов выщелоченных и оподооленных черноземов и преобладанием талой эрозии для ареалов черноземов обыкновенных (Танасиенко, 1991). В Иазаровской котловине на крутых склонах зафиксирован ливневой смыв со средней интенсивностью 55-116 т/га (Баженова и др., 1997), но по данным краткосрочных наблюдений на пашне преобладает талый смыв (Паршина и др., 1992). Таким образом, распространенное мнение о преобладании талой эрозии над ливневой во всех регионах кроме Северного Кавказа, Забайкалья и Дальнего Востока (Заславский, 1979) не подтверждается последними данными.
Для территориальной интерполяции точечных измерений смыва необходимы модели эрозии с аргументами — показателями влияния основных факторов, поддающимися картированию. Разработка моделей ЭП началась в 30-е годы (Корнев, 1937; Хортон, 1948), и в настоящее время их количество достигло нескольких десятков. Они опираются на физические закономерности склонового стока и эрозии, по из-за недостаточной изученности включают в себя эмпирические зависимости и коэффициенты, отражают влияние некоторых факторов в скрытом виде. Поэтому степень физической обоснованности модели может служить характеристикой ее перспективности — способности к развитию и региональной адаптации, но не характеристикой современной адекватности результатов в натуре. Поэтому причинам при выборе модели учитывалась широта географической базы опорных данных, способность адаптации к неучтенным первоначально условиям, возможность сбора первичной информации о параметрах-факторах по всей территории России. Проводились исследования адекватности отражения влияния основных факторов и конечных результатов независимыми методами.
Универсальное уравнение эрозии почв — модель USLE (Wischmeier, Smith, 1965; 1978), предназначена для оценки среднемноголетней интенсивности ливневой эрозии, имеет обширную базу данных, широко применяется в мире и обладает гибкой структурой. Для проверки его применимости в агроландшафтных условиях северной Евразии были проведены верификация методов определения смываемо ста почв независимыми методами (Бастраков, 1994; Кузнецов, Глазунов, 1996), сравнение показателей фактора растительности и агротехники (С) с отечественными данными, сопоставление распределений эродирующей способности дождя (R30) ме-
геостанций США и юга ЕТР. Для оценки талого смыва была выбрана модель ГГИ, эмпириче-:кой базой для которой служили данные по стоку наносов на стоковых площадках и малых логах — в 600 годопунктах (Бобровицкая, 1977). Верификация моделей ГГИ и Г.П. Сурмача независимыми данными (Гавриленко, Гусаров, 1977) показала, что обе модели адекватно отражают количественные параметры процессов, но результаты первой несколько занижены, а второй заметно завышены, что подтверждается сопоставлениями с другими натурными наблюдениями ;Сурмач, 1992).
В отношении модели ГГИ была проведена модернизация блоков «рельеф», «растительность- агротехника» (Ларионов, 1993). Наиболее существенное заключалось в использовании :лоя склонового стока и его дифференциация по зональным условиям, крутизне склонов и механическому составу почв на остове исследований В.Е. Водогрецкого (1979), а также введение шдексов почвозащитной способности агрофонов с использованием региональных эмпириче-жих данных.
Территориальное размещение современной эрозии почв. Оценка интенсивности эрозии 1а основе расчетов по эрозионным моделям-уравнениям, в последние годы получает все боль-пее развитие. С использованием моделей ГГИ, Ц.Е. Мирцхулавы и авторских моделей были вставлены эрозионные карта Белоруссии, Украины, Центрально-Черноземной области России ‘Матвеев, Павловский, 1987; Булыгин, 1992; Иванов, 1984; Мишон и др., 1987). Ряд региоиаль-1ых карт с использованием модернизированных моделей ШЕЕ и ГГИ был составлен в с участием автора — карты «Эрозионноопаспые земли Европейской части СССР», эрозии почв в бас-:ейне р. Дона, Срединного региона (Белоцерковский и др., 1990; Ларионов и др., 1984). Расчеты ю этим моделям использовались при составлении карты «Эрозиопноопасные земли Нечерно-(емной зоны РСФСР», (ГУГК, 1980) и ряда карт на земледельческие анклавы Восточной Сибири (Баженова и др., 1997). В 1985-1995 г. под руководством и при участии автора были состав-тепы карты эрознонноопасных земель экономических регионов и карта «Эрозиошюопасные (смли России» м-ба 1 : 1 500 000. В дальнейшем на ее основе, с более углубленной характеристикой экологических аспектов эрозии, были составлены мелкомасштабные карты, из которых -сарта «Эрозия почв» масштаба 1: 10 000 000. была включена в «Экологический атлас России». 20 т/га-год; Интенсивность :мыва почв на пастбищных землях: 7-0.0- 0.5; 8-0.5-2.0 т/га-год; Прочие земли: 9 — леса; Ю — горы.
ских факторов достаточно выражено снижение эрозионного потенциал дождя севернее средне-таежной зоны и еще более заметное — на границе полупустыни. В общем с севера на юг и юго-восток снижается почвозащитная способность агроценозов, а противоэрозионная стойкость почв имеет зональный максимум в ареале черноземов, снижаясь от нес как на юг, так и особенно резко на север, где чисто зональным можно считать резкое повышение смываемости почв дерново-подзолистого ряда.
В Азиатской части сельскохозяйственной зоны широтная зональность выражена слабо из-за узости полосы интенсивного земледельческого использования. Более заметен общий рост интенсивности смыва пахотных земель с запада на восток, связанный с ростом в этом направлении эрозионного потенциала дождя. Изменение комплекса климатически обусловленных факторов, связанное с высотной поясностью ландшафтов, сказывается в увеличении интенсивности эрозии от центра к периферии в земледельческих анклавах межгорных котловин.
Сопоставление территориального размещения интенсивности смыва с пахотных земель и эрозионного потенциала рельефа(рис. 4,5) свидетельствует, что геоморфологическое строение и морфология рельефа являются ведущими факторами развития земледельческой эрозии на всех масштабных уровнях. Плоские равнинны (Западно-Сибирская, Прикаспийская, Мещерская, Приханкайская низменности) характеризуются минимальными интенсивностями смыва (0,0 — 0,5 т/га/год), а расчлененные возвышенности и предгорья — максимальными (до 20-40 т/га/год в южной части Ставропольской возвышенности и в предгорье Северного Кавказа) при любых значениях всех остальных факторов.
Рис. 6. Пространственное соотношение основных факторов эрозии и интенсивности смыва почв (на Европейской части России). 1 — фактор рельефа; 2 — эрозионный потенциал дождя Изо; 3 — запасы воды в снеге Нмм; 4 — эрозионный индекс растительности С; 5 — эроди-руемость почв К; 6 — интенсивность смыва ТУ т/га- год.
Таблица 1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ШЫ.КОАШД1.1вьишцл оишии ги^чшопип
ПО ИНТЕНСИВНОСТИ СМЫВА
(существующая система земледелия, в % от общей площади пашии)
Названия И н т е ней в н о с т ь смыва почвы т/га-год
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
СЕВЕРНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Республика Карелия 48.91 14.68 9.79 3.68 5.85 4,73 2.92 2.71 3.98 1.37 0.87 0.19 0.07 0.12 0.13
Республика Коми 2.59 6.38 14.46 7.17 4.14 7.91 9.09 12.03 11.08 7.42 7.47 3.85 3.48 1.89 1.05
Архангельская область 12.27 4.84 17.25 13.67 8.88 6.01 9.32 10.13 6.72 4.43 4.33 0.85 0.65 0.47 0.20
Вологодская область 19.24 3.36 22.98 10.42 7.45 5.25 8.24 7.00 6.45 2.83 3.38 1.42 1.46 0.32 0.20
Мурманская область 30.14 15.07 19.18 4.И 13.70 2.74 2.74 0.00 4.11 8.22 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Район в целой 19.23 4.04 21.82 10.30 7.47 5.35 8.13 7.19 6.51 3.10 3.46 1.40 1.40 0.37 0.22
СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Ленинградская область 57.23 1.35 19.57 б.Об 2,25 2.19 2.80 3.09 1.54 1.21 1.43 0.62 0.44 0.03 0.16
Новгородская область 37.17 7.53 17.02 5.65 5.53 3.10 4.99 5.50 4.25 2.33 3.64 2.02 1.10 0.11 0.05
Псковская область 24.54 13.43 16.12 5.89 5.75 5.52 4.58 7,35 6.54 3.73 4.48 1.58 0.42 0.00 0.06
Район в целом 33.99 9.60 16.99 5.85 5.06 4.24 4.38 6.06 5.00 2.89 3.70 1.53 0.62 0.04 0.07
ПРИБАЛТИЙСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Калининградская область 62.62 1.20 10.34 5.79 5.04 3.02 4.54 4.94 1.89 0.09 0.41 0.11 0.02 0.00 0.00
Район в целом 62.62 1.20 10.34 5.79 5.04 3.02 4.54 4.94 1.89 0.09 0.41 0.11 0.02 0.00 0.00
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Брянская область 1.07 36.24 15.53 21.21 10.57 3.37 4.71 2.66 2.21 1.06 0.69 0.11 0.28 0.22 0.07
Владимирская область 5.25 14.03 26.28 17.62 6.71 4,52 6.92 5.78 6.48 3.30 1.72 0.88 0.27 0.12 0.10
Ивановская область 1.80 12.26 14.37 18.26 5.98 6.95 11.78 9.99 10.75 4.13 2.42 0.54 0.68 0.04 0.04
Тверская область 3.27 20.46 11.13 23.88 3.35 8.14 8.59 6.66 6.88 2.35 3.26 1.03 0.68 0.17 0.15
Калужская область 0.65 9.69 7.28 21.23 17.67 8.56 11.63 8.91 6.44 2.39 3.02 1.20 0.68 0.24 0.41
Костромская область 8.6$ 13.42 33.68 5.12 10.50 8.30 5.29 5.03 4.95 2.68 1.47 0.38 0.22 0.03 0.24
Московская область 5.05 14.57 9.54 31.71 6.10 9.66 7.55 6.23 3.34 2.06 2.25 0.35 0.45 0.94 0.21
Орловская область 5.92 5.06 20.12 25.76 11.54 9.10 8.70 5.13 3.65 1.76 1.87 0.60 0.58 0.15 0.07
Рязанская область 18.93 18.07 17.60 17.36 11.31 3.38 5.59 3.42 1.88 0.75 1.00 0,36 0.18 0.10 0,08
Смоленская область 2.17 10.82 15.49 9.55 26.94 0.97 9.22 7.72 7.68 2.51 4.93 0.82 0.96 0.22 0.02
Тульская область 7.65 4.44 16.44 18.16 7.28 5.60 11.43 8.67 8.38 3.87 4.60 2.04 0.87 0.36 0.22
Ярославская область 3.99 15.14 17.54 22.77 7.53 6.85 9.38 6.27 4.91 2.76 1.84 0.43 0.30 0.12 0.18
Район в целом 5.51 14.94 16.20 19.66 10.93 6.07 8.31 6.26 5,51 2.33 2.60 0.75 0.55 0.24 0.14
Продолжение таблицы 1.
1 1 1 г 1 з 1 4 ! 5 1 6 1 7 | 8 | 9 | 10 | и 1 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
ВОЛГО-ВЯТСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Республика Марий Эл 1.29 7.14 13.17 24.69 16.02 2.96 11.04 7.69 5.80 3.39 2.92 2.05 1,04 0.53 0.25
Республика Мордовия 8.93 8.15 17.14 14.51 10.68 4.27 9,16 7.77 7.29 3.03 4.28 1.87 1.45 0.82 0.65
Чувашская республика 12.74 3.55 14.66 17.60 14.28 2.61 9.67 7.41 4.26 4.37 3.88 2.15 1.77 0.56 0.49
Нижегородская область 5.83 11.18 16.03 12.65 9.36 6.03 10.82 9.08 5.71 3.28 3.17 2.99 1.61 1.22 1.02
Кировская область 2.87 6.23 13.18 22.34 5.45 5.44 7.77 12.95 7.02 4.14 5.96 2.92 2.25 0.80 0.67
Район в целом 5.69 7.89 14.88 17.69 9.15 4.98 9.37 9.97 6.30 3.66 4.40 2.63 1.79 0.89 0.73
ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Воронежская область 23.06 18.46 22.59 11.96 5.49 4.03 4.70 4.23 3.07 1.20 0.88 0.19 0.12 0.01 0.00
Липецкая область 19.27 10.40 32.72 10.07 7.68 6.59 3.87 4.33 2.75 0.97 0.81 0.16 0.09 0.17 0.13
Курская область 7.45 2.85 33.33 15.31 8.63 7.05 8.74 6.77 4.76 2.22 1.74 0.52 0.45 0.11 0.07
Белгородская область 5.68 13.84 13.12 16.10 9.75 7.37 10.62 10.49 7.73 2.62 1.97 0.48 0.18 0.04 0.01
Тамбовская область ‘ 44.74 21.11 2578 3.42 2.30 0.62 0.64 0.83 0.36 0.08 0.06 0.02 0.03 0.00 0.00
Районе целом 21.32 14.18 25.22 11.18 6.42 4.80 5.43 5.02 3.52 1.35 1.03 0.26 0.17 0.05 0.04
Республика Татарстан 11.60 22.90 22.06 10.73 7.42 4.85 5.09 4.96 4.48 1.80 1.32 1.01 0.63 0.55 0.59
Ульяновская область 11.00 24.26 25.19 13.46 5.94 4.27 6.58 4.37 1.84 0.91 0.58 0.29 0.20 0.30 0.81
Самарская область 22.12 26.02 23.14 12.55 5.77 3.29 2.65 2.28 1.34 0.29 0.12 0.09 0.08 0.12 0.13
Пензенская область 11.48 27.80 31.49 9.88 6.09 4.12 3.84 2.67 1.66 0.52 0.29 0.09 0.05 0.00 0.03
Саратовская область 24.74 27.91 28.33 7.49 3.70 2.03 2.21 1.89 0.98 0.32 0.16 0.03 0.01 0.04 0.17
Волгоградская область 28.16 17.47 27.37 11.04 5.94 4.21 3.41 1.34 0.77 0.20 0.09 0.01 0.00 0.00 0.00
Республика Калмыкия 20.10 15.15 17.25 17.83 17.49 5.06 4.26 2.01 0.67 0.05 0.09 0.00 0.05 0.00 0.00
Астраханская область 99.09 0.91 0.00 0.00 0.00 0,00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Район в целом 21.57 23.47 26.17 10.32 5.75 3.58 3.50 2.49 1.59 0.55 0.35 0.20 0.12 0.13 0.21
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Ростовская область 11.87 12.03 19.37 19.87 9.45 9.42 6.24 5.30 3.41 1.31 0.88 0,36 0.24 0.11 0.16
Краснодарский край 17.69 6.21 23.05 5.77 19.02 4.05 8.06 4.23 3.16 1.82 2.50 1.21 1.37 0.39 1.45
Ставропольский край 6.24 7.27 13.94 7.77 10.88 15.17 8.36 11.07 7.26 3.68 3.33 2.35 1.70 0.46 0.52
Карачаево-Черкесская республика 1.83 0.00 2.66 0.23 1.00 5.60 5.94 7.39 10.18 8.36 17.17 11.51 14.74 5.67 7.72
Кабардино-Балкарская республика 27.10 0.08 15.61 3.23 4.31 2.03 8.09 5.58 6.68 6.31 7.25 6.31 4.10 0.96 2.36
Республика Северная Осетия 19.70 1.85 15.20 1.31 0.25 4.13 8.96 4.46 6.14 8.27 11.41 8.32 5.70 1.58 2.71
Ингушская и Чеченская республики 37.24 3.06 12.48 2.27 8.18 0.63 4.15 3.92 5.32 5.11 6.42 5.03 3.20 0.96 2.05
Республика Дагестан 59.46 23.24 6.61 1.29 1.25 0.72 1.57 1.13 1.58 0.71 0.83 1.05 0.23 0.07 0.28
Район в целом 14.11 8.83 18.13 11.72 11.53 8.64 7.09 625 4.48 2.42 2.58 1.62 1.35 0.42 0.83
1 1 1 2 | з I 4 I 5 I 6 7 1 8 9 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 [ 16 |
УРАЛЬСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Пермская область 4.81 0.70 3.96 11.33 2.02 10.24 12.10 9.52 11.05 9.12 10.22 4.47 4.32 2.95 3.19
Удмуртская республика 1.35 3.18 7.75 18.36 6.7$ 5.20 10.98 13.04 10.17 6.26 8.43 3.60 2.89 1.22 0.79
Республика Башкортостан 12.99 24.07 23.43 12.56 6.94 5.15 5.13 4.16 2.75 0.83 0.90 0.45 0.31 0.14 0.18
Оренбургская область 35.72 25.43 17.71 7.59 3.67 2.74 2.73 2.25 1.33 0.42 0.27 0.05 0.02 0.03 0.04
Челябинская область 51.05 29.77 14.60 2.17 1.00 0.50 0.35 0.24 0.12 0.07 0.06 0.03 0.03 0.01 0.02
Свердловская область 27.44 25.62 15.20 9.99 3.97 3.50 3.54 2.99 2.75 1.42 1.16 0.82 0.78 0.30 0.53
Курганская область 79.01 14.87 5.13 0.47 0.42 0.03 0.05 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Район э целом 32.13 19.85 14.39 8.32 3.62 3.70 4.30 3.74 3.14 1.90 2.14 0.94 0.83 0.49 0.51
ЗАПАДНО-СИБИРСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Тюменская область 72.16 18.00 6.35 2.47 0.47 0.27 0.17 0.06 0.04 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Томская область 32.06 23.89 16.72 6.80 3.32 2.95 3.19 2.91 3.65 2.25 1.48 0.42 0.27 0.09 0.00
Омская область 86.32 9.86 3.05 0.61 0.10 0.03 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Новосибирская область 57.68 18.08 11.76 4.10 1.91 1.44 1.63 1.63 1.07 0.26 0.17 0,13 0.13 0.02 0.00
Кемеровская область 7.89 9.13 5.17 12.28 7.32 4.71 10.99 12.22 11.66 4.26 2.80 0.94 0.56 0.07 0.00
Алтайский край 62.34 20.04 6.71 2.87 1.64 1.40 1.71 1.29 0.95 0.55 0.36 0.10 0.03 0.00 0.00
Район в целом 59.78 16.42 8.40 3.84 1.95 1.45 2.26 2.22 1.99 0.83 0.54 0.19 0.11 0.02 0.00
ВОСТОЧНО-СИБИГСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЙОН
Красноярский край 12.65 13.40 17.14 12.35 7.24 6.80 8.60 8.53 6.83 2.80 2.37 0.71 0.36 0.11 0.11
Иркутская область 3.77 5.85 10.11 8.97 8.01 6.30 11.69 11.69 12.95 7.04 7.04 2.82 2.65 0.61 0.48
Республика Тыва 11.81 17.16 18.00 12.27 8.17 5.59 8.17 8.71 5.73 2.67 1.36 0.35 0.00 0.00 0.00
Республика Бурятия 9.60 3.49 10.38 8.53 6.44 4.31 10.17 8.81 12.72 8.62 9.68 3.98 2.56 0.33 0.34
Читинская область 10.78 3.87 6.65 8.36 6.58 3.68 8.98 10.87 13.25 9.43 9.79 3.69 2.41 0.73 0.91
Район в целом 10.64 9.77 13.53 10.72 7.21 5.82 9.25 9.48 9.44 5.23 5.10 1.88 1.28 0.31 0.33
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ЭКОНОМИЧЕКИЙ РАЙОН
Амурская область 6.80 19.87 9.59 24.65 5.59 3.98 15.95 6.36 3.55 1.48 1.64 0.38 0.09 0.05 0.00
Приморский край 22.52 0.00 4.96 11.84 0.37 0.51 5.80 13.42 11.45 8.23 13.69 3.92 2.88 0.41 0.00
Хабаровский край 49.88 0.00 2.16 13.16 3.39 2.46 13.80 1.64 4.05 2.54 4.39 2.20 0.32 0.00 0.00
Район в целом 16.60 12.11 7.41 19.82 3.96 2.89 13.06 7.54 5.65 3.35 5.10 1.53 0.84 0.14 0.00
Геоморфологическое строение и история рельфообразования находят косвенное, но достаточно заметное отражение в размещении ЭП не только в связи с влиянием на морфометрию, но и на выборочность земледельческого освоения и структуры почвенного покрова (Литвин, Спиридонов, 1988). По этой причине наиболее дифференцирована по интенсивности земледельческой ЭП территория области ледникового рельефа — Северно-Русской геоморфологической нодпровинщш, где характерно чередование аллювиально-зандровых равнин с почвами легкого механического состава и моренных возвышенностей и гряд с тяжелосутлинисты-ми почвами. Различия между ними в характеристиках «энергии» рельефа сглаживаются выборочной распашкой лучше дренированных склонов, но контрасты в интенсивности смыва чрезвычайно велики — 0,72 т/га-год на Ильменско-Ловатской равнине и 12,7 т/га-год в южной части Валдайской гряды при значениях 15 0,24 и 1,92, соответственно. Во внеледниковой области ЕТР крупные черты территориальной дифференциации интенсивности ЭП создаются чередованием возвышенностей и равнин с запада на восток; различия в интенсивности ЭП менее выражены — 5.87 и 1,29 т/га-год в среднем для юга Среднерусской возвышенности и центра Окско-Донской низменности, соответственно. Наибольшая интенсивность отмечается на севере Среднерусской возвышенности, севере и северо-востоке Приволжской возвышенности и на возвышенностях Вятско-Камской геоморфологической подобласти, где высокие значения фактора рельеф (¿5 центральной части Вятских увалов 2,8 ед) совпадают с высокой смываемостью почв — 2-3 т/га на ед. Яэо. В Азиатской части — резкий контраст между Западно-Сибирской низменностью, где интенсивность менее 1,0 т/га-год, и остальными земледельческими анклавами. Общерегиональный климатически обусловленный тренд интенсивности прослеживается с трудом, а зависимости от рельефа на фоне общих высоких значений фактора рельефа достаточно контрастны. Так, интенсивность смыва с пахотных склонов за-пздпой части Зейско-Буреинской равнины составляет 2,23, а на восточной более расчлененной — 7,9 т/га-год при различии в два раза.
Ведущая роль рельефа еще более выражена в пределах геоморфологических районов. Статистические распределения пахотных склонов по интенсивности смыва, как правило, характеризуются левосторонней асимметрией и по своему типу близки к распределешсо эрозионного потенциала рельефа. На плоских равнинах первые приобретают часто двувершин-ность за счет включения больших площадей квазигоризоктальных поверхностей (речных и морских террас, дельт и т.п.) с очень низкой интенсивностью смыва.
Таким образом влияние рельефа и других азональных факторов нивелируют зональные черты территориального распределения интенсивности земледельческой ЭП. Что же касается общего денудационного эффекта поверхностной эрозии, то он более зонален благодаря преобладанию влияния климатических факторов на хозяйственное использование земель.
Глава 4. ЭРОЗИОННОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
С разработкой географически универсальных моделей ЭП появилась возможность районировать территорию не только на основе анализа факторов эрозионных процессов, но и по территориальным характеристикам свойств и интенсивности самого явления. Целью районирования являлось обоснование общей направленности почвоохранных мероприятий и региональных оценок экологической опасности ЭП. Основой районирования служила ланд-шафтно-генетическая классификация почв, мелкомасштабные карты эрозионноопасных земель, карты использования земель, расчеты интенсивности талого и ливневого смыва и другие материалы, служившие информационной базой при составлении карты «Эрозионноопас-28
ше земли России», и литературные источники.
На первой ступени районирования, согласно классификации, территория разделялась та два крупнейших ареала (пояса) по преобладанию земель подверженных, естественной ли-5о в совокупности цриродпо-аптропогенной и антропогенной эрозии (рис. 7). Расположение эсцовного ареала пояса естественной эрозии обусловлено суровым климатом северной трети 2ТР и всего севера и северо-востока Азиатской части. Его граница проходит приблизительно то южной границе среднетаежной зоны, совпадая с границей области очагового земледелия, где доля пашни составляет менее 5% от общей площади (Ракитников, 1984). В Западной Си-эири и на равнинах Центральной Сибири эта граница выражепа более четко и близка к се-зерпой границе лесостепи, в Забайкалье — с границей степи; на Дальнем Востоке — зоны широколиственных лесов. Ареалы преобладания естественной эрозии охватывают все малоосвоенные горные области юга Сибири, Дальнего Востока и Северный Урал. В целом ареал пояса естественной эрозии имеет «дырчатую» структуру — внутри него рассеяны очаги земледельческой, селитебной, горнопромышленной и крупные анклавы лесопромышленной ЭП.
На второй ступени районирования территория дифференцируется на эрозионные зоны по важнейшему для загрязнения водных ресурсов и характеру противоэрозионных мероприятий признаку — соотношению талой и ливневой эрозии почв. Ареалы эрозионных зон вытянуты по широте и, как правило, сменяют друг друга с севера на юг на ЕТР, в пределах освоенного юга Азиатской части — субширотно и под влиянием изменений континенталыю-сти климата. Принцип деления — количественный. Границы зоны преобладания талого смыва проводились по границам крупных массивов пашни с соотношением талого смыва к ливневому превышающему единицу. В зоне тало-ливпевого смыва интенсивность талой ЭП либо близка к величине допустимого смыва, либо составляет не менее трети суммарной годовой интенсивности эрозии. Границы зоны ливневого стока проводились по границам областей с неустойчивым снежным покровом или малых максимальных предвесенних запасов воды в снеге (менее 10-15 мм). Область, названная зоной эфемерного ливневого смыва, расположенная в полупустыне Прикаспийской низменности, отличается еще и очень малой вероятностью выпадения ливней — эрозионный индекс осадков здесь 0,5 -1,0 Лзо. Горные области относились к той или иной зоне по соотношению талой и ливневой эрозии в нижних высотных поясах и крупных межгорных котловинах.
Ареалы почвенно-эрозионных зон имеют большую широтную протяженность, н поэтому территория обладает внутренней неоднородностью по расположению и составу подзон их ареалов, обусловленные изменением степени коптнпептальности климата и орографией. Поэтому признаку территория делится па долготные секторы, отличающиеся друг от друга общей структурой зональности — номенклатурой зон, порядком их чередования, особенностями конфигурации ареалов. Всего выделено пять секторов: а) Европейский; б) ЗападноСибирский; в) Восточно-Сибирский; г) Забайкальский и д) Дальне-Восточный. Особая область — субтропики черноморского побережья — единственная территория, где талый смыв отсутствует при максимуме Изо и эрозионного потенциала рельефа.
Наиболее сложна структура Европейского сектора, где отмечается полный набор зон с их закономерной щиротпой сменой. В Западно-Сибирском секторе имеются только три «северные» зоны, но основной массив пахотных земель расположен в пределах зоны преобладания ливневого смыва. В Восточно-Сибирском секторе преобладает талый смыв, но анклавы земледелия высоких равнин и котловин относятся к ареалам тало-ливневого смыва; в их предгорных обрамлениях роль ливневого смыва падает — от равнин к предгорьям запасы во-
Рис. 7 . Почпсшго-зрозношюс рашшироиание сельскохозннсгвспных земель России. Рапшшм. Почвешш-эрототте зоны: ПТ — преобладания талого смына; ТЛ — тало-лшшепого с существенной доле!! талого смыва; ПЛ — преобладания ливневого смыва; Л — ливневого смына; ЭЛ — эфемерного лшшевого еммва. Почпешю-эрозиониые подзоны: он — пасгбшщю-опсиснолчсскоВ н дорожно-коммуна.чъноИ эрозии; оз- очагопо-земледсльчсскон на фоне лесопромышленной эрозии; вз — пыборочно-земледельчсскон н лесопромышленной эрозии; из — прсимушссгпсшю земледельческой эрозии; > — землице.»»,ческой и очагоно-пастбищноК эрозии; зж- земледельческой н пастбищной эрозии; пзс-пястбпщпоп п земледсл!,ческой эронш; пс — плсКшщнои и оазиспо-иррнгациоииоП эрозии.
Горы: ГР — горные системы, освоенные сельским хозяиспшм; иг- с преобладанием талого смына; тл- тало-шшиевого смына; ил- с преобладанием
1Ы в снеге резко возрастают (Орлов, 1981). Хозяйственно освоенная часть Забайкальского :ектора, как и Дальне-Восточного относятся к зоне лнвпевой эрозии, преобладание которой в Забайкалье обусловлено малыми запасами снега, а восточнее — влиянием муссонных ливней: шдекс Язо на Амуро-Зейской равнине и в Приморье достигает максимума (20,0-24,0 ед.). Характерным является рост эрозионного потенциала ливневых осадков с запада на восток и ;го выраженная орографическая инверсия — снижение от центральных депрессий к горам.
Индустриализация сельскохозяйственного производства во многом снивелировала индивидуальность влияния на эрозию региональных систем ведения хозяйства, однако агро-гандшафтные и социально-экономические условия по-прежнему определяют соотношение угодий с различным уровнем интенсивиости эрозии, специфику выборочности хозяйственного освоения, катеиариые связи различных типов эрозии, особенности расположения утопий по отношению к речным системам. По всем этим признакам территория была разделена на несколько типичных ареалов (эрозионных подзон), которые, благодаря преобладающему влиянию климатических факторов, размещаются квазизонально. Выделено шесть почвенно-эрозионных подзон (рис. 7): 1) пастбищно-оленеводческой и дорожно-коммупикационной эрозии; 2) очагово-земледельческой. на фоне лесопромышленной эрозии; 3) выборочно-земледельческой и лесопромышленной эрозии; 4) преимущественно земледельческой эрозии; 5) земледельческой и очагово-пастбищной эрозии; 6) земледельческой и пастбищной эрозии; 7) пастбищной и земледельческой эрозии; 8) пастбищной и оазисно-ирригационной эрозии.
Ареалы первой подзоны располагаются в пределах пояса естественной эрозии. Только па узко локальных участках антропогенно нарушенных земель и при неупорядоченности дорожной сети ЭП проявляется достаточно интенсивно (Григорьев, Сидорчук, 1998) и представляет значимую экологическую проблему. В подзоне очагово-земледельческой эрозии ускоренный смыв почвы, преимущественно при снеготаянии, отмечается литт. па небольших участках нрядолишшх склонов, пастбищная эрозия отсутствует, а влияние лесопромышленной эрозии сказывается лишь при большой расчлененности рельефа. Выборочность земледельческого освоения снижает экологический эффект эрозии и в третьей подзоне, хотя доля пашни на ЕТР составляет здесь до 50% сельхозугодий (Ракитников, 1984), а пахотные массивы часто занимают междуречья (ополья). Для Восточной Сибири вообще характерно крупноочаговое расположение пахотных земель с внутренней земледельческой выборочностью. Здесь часто распахиваются склоны и днища распадков, а их крутые склоны залесены. Пастбищная эрозия на ЕТР не развита, а в Сибири па крутых склонах проявляется активно (Баженова и др., 1997).
Общее влияние ЭП на загрязнете окружающей среды отличается территориальной неравномерностью. Подзоне преимущественно земледельческой ЭП, занимающей обширные территории на востоке Русской равнины, соответствует значительная концентрация пахотных земель, доля которых повышается до 50% общей площади. В то же время пастбищная и лесная растительность достаточно надежно защищают склоны речных долин и задерживают большую часть наносов поступающих с пашни. Совершешю другая картина — в ареалах земледельческой и очагово-пастбищной ЭП. Это — районы сплошной распашки (60-70% общей площади). Почвы пастбищ, вытесненных на крутые склоны суходолов и речных долин, эродируются как за счет автоморфного, так и сбросного стока воды. Их роль в кольматации наносов снижается, а общая относительная интенсивность смыва увеличивается по мере роста дефицита увлажнения, сопровождающегося снижением почвозащитной способности расти-
тельности. На этой территории ЭП оказывает максимально возможное негативное влияние как на сам почвенный покров, так и на экологическое состояние водных ресурсов. Эрозия почв здесь максимально способствует оврагообразованшо и заилению малых рек в связи с отсутствием (низкой эффективностью) «буферных» угодий, поглощающих сток и задерживающих паносы.
На юго-востоке ЕТР, в южном Приуралье, на юге Западной Сибири и в засушливых котловипах восточных горных областей земледелие недавно освоило значительные площади, ранее используемые как отгонные пастбища. Сейчас этот процесс стабилизировался, и в зависимости от соотношений этих угодий можно говорить о преобладании пастбищной шш земледельческой ЭП. Принципиальным отличием от предыдущей подзоны является отсутствие катенарных связей между этими типами ЭП. И те и другие угодья как правило размещаются круппыми массивами, полностью охватывающими весь склоновый водосбор. В Восточной Сибири и Забайкалье взаиморасположение угодий в рельефе сложнее — в засушливых котловинах пастбища чаще занимают пониженные участки, а склоны распахиваются, но и здесь парагенетические связи этих угодий сравнительно слабы.
В горах высотная поясность ландшафта и большая крутизна склонов, обуславливают вертикальпую смену сочетаний различных типов ЭП — от преобладания ареалов выборочно-и преимущественно земледельческой эрозии в предгорьях и межгорных котловинах к земле-дельческо-пастбищной в низкогорьях и пастбищной в горно-степных и субальпийских ландшафтах.
ГЛАВА 5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭРОЗИИ ПОЧВ.
Экологические последствия эрозия почв касаются не только экономических, но и социальных, а в последнее время, по мерс усиления химизации сельского хозяйства, и медицинских сторон жизни общества. Главными являются: а) разрушение почвенного покрова со снижением, вплоть до полной потери, естественного плодородия; б) загрязнение окружающей среды, прежде всего водных ресурсов, минеральными, химическими компонентами почвы и привнесенными в нее веществами; в) перераспределение в ландшафте токсичных загрязнителей; г) деградация верховьев рек и преобразование ландшафтов.
Специфичность влияния ЭП на экологическое состояние среды, определяемое как спецификой процессов смыва в ряду других процессов денудации почв, так и свойствами самой почвы заключается в следующем: 1) природно-антропогенная эрозия наиболее мощный и распространенный по площади фактор перераспределения вещества па равнинах — объем ежегодного смыва с пашни достигает 560 млн. тонн; 2) эрозия — это агент ближнего переноса вещества (Маккавеев, 1981) и рассеянный источник загрязнения — ее действие распространяется только на склоны; 3) смыв почвы сопровождается ее аккумуляцией в пределах склонов и в «ловушках» наносов; 4) смыв почвы дискретен как в отношении сезонов года, так и единичных эпизодов стока, что на фоне изменений временных состояний ландшафта приводит к существенным различиям экологических эффектов; 5) эрозия почв — самоподдерживающийся процесс — эродированность почв увеличивает интенсивность смыва; 6) почва — самовосстанавливающаяся система: к ее деградации приводит лишь эрозия, превышающая темпы почвообразования (допустимый смыв); 7) почвы сельскохозяйственных земель — это единственный компонент ландшафта, в который преднамеренно привносится огромная масса химических веществ-загрязнителей; 8) перемещенный почвенный субстрат может сам рассматриваться как загрязнитель.
Эрозионная деградация почв оценивается категориями эродированности почвенного покрова, устанавливаемыми по мощности смытых генетических горизонтов. Этот принцип заложен в основу крупномасштабных почвенно-эрозпонных съемок на обрабатываемых землях. Доля эродированных пахотных земель России оценивается в 18,9%, пастбищ — 9,9%. Установлены зависимости снижения плодородия от категорий смытости (Соболев, 1948; Заславский, 1979). Однако эта материалы могут служить для оценки современного экологического состояния, а их использование для прогноза затруднительно. Количественный 1грогпоз деградации почвенного покрова должен основываться на территориальном сопоставлении распределений площадей склонов с различной интенсивностью смыва, темпов почвообразования генетических типов почв, мощности снесенного слоя для каждой категории эродированности и учета продолжительности использования земель (Киргохина и др., 1991). Ретроспективный анализ на основе данных карты «Эрозионноопасные земли Европейской части СССР» и статистических распределений интенсивности смыва показал, что расчетные количественные оценки современной эродированности хорошо согласуются с данными почвенно-эрозпонных съемок в областях распространения почв с мощными гумусовыми горизонтами (черноземы, серые лесные), но дают более высокие оценки эродированности почв дерново-подзолистого ряда. Прогнозные оценки (на столетний период) показывают прирост площадей пахотных эродированных почв ЕТР при неизменной агротехнике и севооборотах порядка 5-6%. Значительные перемены произойдут в структуре эродированности — в 1,5-2 раза увеличится площадь среднссмытых почв — за счет сокращения площадей слабосмытых.
Оценка загрязнения окружающей среды требует картографирования процессов смыва и аккумуляции почв в комплексе. Этой цели отвечают карты нового типа, на которых помимо размещения я количественных характеристик интенсивности эрозии отражаются: а) ареалы всех классов и типов поверхностной эрозии И связанные с ними парагенетически формы высших звеньев флювиальпой эрозии (овраги, балки, долины); б) положение основных путей стока склоновых наносов на склонах и в долинах; в) оценка напосо удерживающей способности склоновых и долинных ловушек наносов; г) оценка размещения наносообразуюших участков по отношению к долинам гидрографической сети разных порядков. При региональных оценках; процессы аккумуляции могут характеризоваться зависимостями модулей стока от площади водосбора — коэффициентами «доставки наносов».
Для оценки перемещения загрязнителей, прочно сорбируемых почвой, наиболее удобным индикатором является фосфор, поскольку его пространственное распределение хорошо изучено, а его поступление в водоемы вызывает их эвтрофикацию. В основу оценки почвеняо-эрозионного загрязнения поверхностных вод фосфором положеп расчет «условной концентрации», которая представляет собой отношение массы валового фосфора, смытой со склонов водосбора, к объему поверхностного речного стока: Р = (10 • А ■ Б ■ р) / Н; где Р — условная концентрация в поверхностном стоке (мг/л; А — среднемноголетняя интенсивность смыва почвы (т/га); Я — распаханность водосбора (% от общей площади); р — содержание валового фосфора в почве (%); Н- средпемпоголетний слой стока воды (мм).
На основе карты «Эрозионноопасные земли России», сведений о содержании фосфора и слое поверхностного стока были составлены (совместно с З.П. Кирюхиной) карты опасности эрозионного зшрязнения поверхностных вод фосфором на территорию ЕТР и всей сельскохозяйственной зоны России (рис. 8). Анализ карт свидетельствует о больших амплитудах изменения условной концентрации фосфора в хозяйственно освоенных бассейнах — от 0,01 до 40-50 мг/л и выраженной зональности этих изменений, связанной с увеличением с севера на
юг доли обрабатываемых земель, содержания фосфора в почве и снижением в том же направлении слоя поверхностного стока. Однако азональные черты земледельческой освоенности и территориального распределения интенсивности смыва вносят заметные коррективы -условные концентрации в бассейнах некоторых рек юга лесной зоны (бассейны рек Вазузы, Москвы) иочти равны концентрациям в поверхностных водах юга лесостепной зоны (бассейны рек Прони, Мокши). Оценка опасности проводилась с учетом соотношения валовых и растворимых форм фосфора, коэффициентов доставки наносов и влияния на эвтрофикацшо. Большая часть области дерново-подзолистых почв слабо подвержена загрязнению фосфором. Наиболее опасными оказались юг Среднерусской возвышенности, западная часть Ростовской области и равнины Северного Кавказа (концентрация в бассейне р. Калаус — 44 мг/л), а в Сибири — бассейны Абакана и освоенная часть бассейна Ангары. Высока, на уровне возвышенностей ЦЧО, при малом содержании фосфора в почвах, опасность эвтрофикации на северо-востоке земледельческой зоны ЕТР, что объясняется интенсивным смывом и достаточной распаханностью (рис. 5).
сельскохозяйственных землях России. Условная концентрация фосфора (мг/л) и степень экологической напряженности (баллы): 0 — 20.5.
Расчеты ежегодного выноса валового количества и подвижных форм биогенных элементов почвы (калия, азота, фосфора и гумуса), проведенные для всех экономических регионов России, свидетельствуют о сопоставимости объемов эрозионного выноса валовых форм с общим количеством вносимых в настоящее время миперальных удобрений (около 1,5 млн. тонн), но вынос растворимых форм составляет лишь около 9%. Потенциальное загрязнение фосфором поверхностных вод имеет ярко выраженные зональные черты, обусловленные зональными изменениями интенсивности флювиальной денудации на водосборе и снижением слоя поверхностного стока воды (табл. 2).
Проблема почвенпо-эрозиошюй мшрации радионуклидов обострилась после аварии Чернобыльской АЭС, когда большие площади сельскохозяйственных земель на ЕТР были рязнены изотопом цезий-137. Цезий-137 относится к элементам, прочло сорбируемым твой, однако оценки его миграции в ландшафте нуждаются в особом подходе из-за воз-гствия радиации: опасно не только попадание загрязнителя в трофические цепи человека, и само излучение, т.е. внесклоновая аккумуляция представляет непосредственную опас-:ть.
■блица 2. Вынос валового фосфора с пашни и его условная копцептрация в поверхностном стоке некоторых водосборов в разлитых природных зонах
(одосборы рек Природная Слой Средняя интенсив- Вынос Расчетная
зона . стока ность смыва фосфора с концентрация
Источник