От чего зависит объем смытой почвы при снеготаянии

Закономерности формирования поверхностного стока и смыва почвы в период весеннего снеготаяния на территории агроландшафта и их влияние на качество речных вод

Анализ результатов четырёхлетних исследований формирования талого стока и смыва почвы на территории водосборного бассейна малой реки Любожихи показал, что поверхностный сток и смыв почвы оказывает влияние не только на интенсивность проявления эрозионных процессов, но и на химический состав речных вод.

Ключевые слова: эрозия, водосборный бассейн, талый сток, смыв почвы, химический состав

Analysis of the results four years of research of the snowmelt runoff formation and soil loss on the catchment area of the small river Lubozhikha showed that surface runoff and soil washout has an influence not only on the intensity of erosion processes, but also on the chemical composition of river waters.

Keywords: erosion, catchment area, snow melt runoff, soil washout, chemical composition

Введение

Эрозия почвы, вызываемая формированием поверхностного стока в период весеннего снеготаяния, отличается большей продолжительностью, но меньше выражена, чем ливневая. Потери почвы от эрозии при снеготаянии составляют чаще всего несколько тонн с гектара (Заславский, 1983). Эрозия проявляется тогда, когда почва не защищена растительностью, находится в мерзлом состоянии или имеет низкую водопроницаемость. Смыв происходит, в основном, в местах движения концентрированных потоков талой воды по освободившейся из-под снега почве, главным образом, в результате разницы температур между воздухом, водой и почвой.

Известно, что главными источниками поступления наносов в реки служит поверхность водосборов, подвергающаяся эрозии в период дождей и снеготаяния, и сами русла рек, размываемые речным потоком (Маккавеев, Чалов, 1984; Кузнецов, Глазунов, 2004).

Существует ещё один важный аспект негативного проявления водной эрозии. Твердый сток и растворенные в поверхностном стоке химические вещества, представленные остатками удобрений и ядохимикатов, являются сильным и постоянно действующим источником загрязнения речных вод и донных отложений (Керженцев, Майснер, Демидов и др., 2006).

Известно, что твердый сток обратно пропорционален площади водосбора. В связи с этим, очевидно, что наибольшая часть смытого материала, по большей части в виде крупных частиц, оседает в нижних частях склонов, в балках, поймах, в лесах и на лугах. Лишь 1 % наиболее мелких фракций почвы транспортируется в крупные реки и моря. В мелкие реки и водоемы доходит 3—5 % твердого стока (Кузнецов, Демидов, 2002). Вместе с почвой по таким же направлениям мигрирует часть удобрений, пестицидов, микроэлементов и продукты загрязнения почв промышленными предприятиями.

Вопросами изучения процессов миграции химических элементов занимаются ученые, как в нашей стране, так и за рубежом. По данным отечественных исследователей осадки холодного периода года содержат значительные количества химических ингредиентов. Больше всего поступает сульфат-иона (8, 5 кг/га), кальция (4, 1 кг/га), хлорид иона (3, 8 кг/га), гидрокарбонат-иона (3, 2 кг/га), нитрат-иона (2, 9 кг/га) и иона аммония (1, 8 кг/га). Кроме этого, за осенне-зимний период наблюдается миграция химических элементов из почвы в снег, которая зависит от градиента температур и концентрации веществ в почве. Миграция биогенных веществ с продуктами эрозии составляет 65 % от их потерь с урожаем (Кузнецов, Демидов, 2002).

Цель исследования

Цель наших исследований состояла в оценке закономерностей проявления эрозионных процессов на территории водосборного бассейна малой реки и влиянии поступающих со смытой почвой и поверхностным стоком химических веществ на качество речных вод в период весеннего половодья.

Для выполнения цели исследований на модельном водосборе малой реки Любожихи в период весеннего снеготаяния с 2007 по 2010 года проводились режимные наблюдения за стоком талых вод, смывом почвы и химическим составом паводковых вод.

Материалы и методы

Экспериментальный водосбор расположен на юге Московской области вблизи г. Пущино, (юг Московской области). Географическое положение определяется следующими координатами: 54 о 45 ¢ —54 о 49 ¢ северной широты и 37 о 26 ¢ —37 о 36 ¢ восточной долготы. Площадь до створа наблюдений — 18, 9 км 2 , из которых на долю пашни приходится 9, 9 км 2 , лес — 7, 1 км 2 . Остальные 1, 9 км 2 находятся под лугами, балками, лощинами, оврагами, дорогами, постройками и т.д.

Река Любожиха относится к малым рекам, с длиной менее 10 км и площадью водосбора до 50 кв. км. Данный тип рек характерен для большей территории России, и сток малых рек, по большей части характеризует формирование стока крупных рек. Данный бассейн является характерным для правобережья р. Оки, как по сельскохозяйственной освоенности, так и по почвам (Атлас…, 2003).

Почвенный покров водосборного бассейна р. Любожихи представлен серыми лесными почвами, которые подразделяются на 2 подтипа: серые лесные и темно-серые лесные. Более половины общей площади территории изучаемого бассейна занимают серые лесные средне- и тяжелосуглинистые почвы на покровных суглинках (Алифанов, 1995).

В результате многовековой распашки серых лесных почв и проявлению на этой территории достаточно высоких темпов эрозионных процессов темно-серые лесные почвы подверглись деградации и разрушению.

Учет жидкого стока проводился с помощью трапецеидального водослива, установленного, в замыкающем створе водосбора. Регистрация высоты водного потока на водосливе проводилась при помощи автоматизированной системы ISCO-6700 с модулем ISCO-730. Данная система также позволяет производить в заданном временном режиме отбор 24 литровые пробы воды для определения химического состава и содержания почвенного материала.

Определение содержания химических элементов в воде и смываемой почве проводилось стандартными методами по следующим показателям: pH — потенциометрически; Са 2+ и Mg 2+ — комплексонометрическим методом; К + и Na + — пламеннофотометрически; HCO₃ — — титрованием кислотой в присутствии индикатора метилового оранжевого; Cl — — аргенометрическим методом; SO₄ 2— — весовым методом; P₂O₅ — аскорбиновым методом; N-NH₄ + — фотоколориметрически; N-NО₃ — — по разнице N (общ. мин.) и N-NH₄ + (Агрохимические методы. 1975; Аринушкина, 1970).

Результаты и обсуждение

Формирование поверхностного стока зависит от атмосферных осадков, выпадающих на водосборную территорию. В период весеннего снеготаяния определяющую роль в формировании стока играет снежный покров и запасы воды в нём. Результаты наблюдений за высотой снежного покрова и запасами воды в нём перед снеготаянием с 2007 по 2010 годы показали, что средняя высота снежного покрова перед снеготаянием колебалась от 19 см в лесу до 40 см на прочих территориях. Запасы воды в снеге с учетом выпадения осадков за период снеготаяния по годам колебались от 83, 6 мм до 123, 0 мм (таблица 1).

Таблица 1 — Средняя высота снежного покрова (d) и запасы воды в нем (S) на водосборной территории

Источник

Поверхностная эрозия почв

Талые и ливневые воды, стекая по поверхности земли, разрушают ее. Вода стекает не в виде слоя, равномерно покрывающего поверхность склона, а небольшими струй ками, более или менее равномерно рассеянными по поверхности склона.

При движении вниз по склону каждая струйка воды промывает русло, взмучивая и унеся с собой частички почвы. Частицы почвы, уносимые водой с полей, называют твердым стоком. По мере движе ния по склону мелкие струйки могут сливаться в крупные, промывая для себя и более глубокие русла. После окончания стока поверхность пашни бывает изрезана бороздками (водороинами).Если поперек склона натянуть мерную ленту и на протяжении 50 м промерить у всех пе ресекших эту линию бороздок ширину и глубину, то можно вычислить суммарную площадь сечения всех водороин в квадратных метрах. Умножив полученную величину на 1 м, получим приближенно объем почвы в кубических метрах, унесенной поверхностным стоком воды с 50 м 2 учетной площадки (метод учета С. С. Соболева). Закладывая такие учетные площадки в разных частях склона (верхней, средней, нижней), можно учесть смыв со всей площади.

Количество смытой почвы можно определить и по степени мутности воды. Для этого необходимо определить вес твердого стока в 1 л или 1 м 3 воды и учесть количество воды, стекающей с данной площади во досбора. Это можно делать, измеряя сток воды в лощинах и балках.

В центрально-черноземной зоне средняя величина ежегодного смыва почвы с 1 га пашни местами достигает 200 м 3 и более, особенно во время ливня.

Значительная часть твердого стока выносится в моря, остальная оседает в балках, прудах, долинах рек и в водохранилищах.

В ряде зарубежных стран процессы смыва почвы получили очень большое развитие. Так, по данным, приведенным в книге Ж. Дорста (1968), крупнейшая река США — Миссисипи в течение года выносит в океан до 300 млн. т твердого стока, а река Хуанхе в Китае — в сред нем 1890 млн. т при максимальном выносе твердого стока 2643 млн. т, что составляет 50-100 т с каждого гектара площади водосбора. В США, в районе Лос-Анжелоса, смыв почвы с 1 га составляет от 6 до 144 т в год, в Индии, в бассейне Ганга, — 36, в Алжире, в бассейне Уэда и Уджда, — от 45 до 150.

После окончания стока воды поверхность пашни остается покрытой сетью водороин. При обработке почвы водороины заравниваются рядом лежащей землей, поэтому общая толщина слоя почвы уменьшится.

Поскольку почва смывается ежегодно в течение десятков и сотен лет, то умень шение толщины пахотного слоя стано вится весьма ощутимым. Образуются разной степени смытые почвы. В табли це 28 приводится классификация смытых почв.

Приведенная в таблице 28 номен клатура пригодна и для почв, разру шенных ветровой эрозией.

При определении степени смытости почвы необходимо сравнивать мощность генетических горизонтов (А, В) почвенных разрезов на участках, где нет смыва (водоразделы и нераспахиваемые склоны, покрытые растительностью), с участками на распахиваемых склонах.

На разрушительную силу воды, вызывающую смыв почвы, сущест венное влияние оказывают рельеф, тип почвы, растительность, климат и хозяйственная деятельность человека. Ведущим фактором является рельеф местности. При этом большое значение имеет форма склонов поверхности земли. Различают выпуклые, прямые и вогнутые склоны, но могут быть и сложные, состоящие из перечисленных элементов. По С. С. Соболеву, наибольший смыв наблюдается на выпуклых участ ках склонов, где при движении вниз одновременно нарастают крутиз на склона и масса стекающей воды (рис. 34).

На прямых склонах в несколько ослабленном виде, поскольку уклон постоянный, повторяются закономерности смыва почвы на выпуклых склонах. На вогнутых склонах по мере движения вниз хотя и увели чивается масса стекающей воды, но вследствие уменьшения уклона почва смывается меньше, чем на прямом склоне.

Для центрально-черноземной зоны европейской части СССР Д. Л. Армандом (1954) установлена тесная связь между уклоном по верхности земли и степенью смытости почвы (табл. 29).

Степени смытости приведены в таблице 29 по старой классификации, охватывающей смыв гумусового горизонта. Поэтому первые три степени будут соответствовать I классу, четвертая — II классу, а пятая — III классу смытости по новой классификации.

Противоэрозионная стойкость почвы зависит в основном от проч ности ее структурных агрегатов. Наибольшей прочностью обладают верхние горизонты почвы; наименьшей — материнские породы. Черно земные почвы более стойки к смыву, чем другие типы почв. Распыленные, бесструктурные почвы, в том числе и черноземные, легко поддают ся эрозии.

Растительность, особенно естественная, предохраняет почву от эрозии. Под ее влиянием улучшается почвенная структура, повышается ее стойкость к смыву и улучшается способность впитывать воду.

Климат оказывает большое влияние на развитие эрозии. Эрозия, вызываемая талыми водами, распространена в районах, где почва промерзает довольно глубоко, а ливневая — преимущественно на западе и юго-западе европейской части СССР.

Хозяйственная деятельность человека является решающим факто ром в развитии эрозии почв. Неправильное пользование землей привело к усилению эрозии. Познание ее причин дает возможность использо вать более совершенные приемы возделывания почвы и защиты ее от эрозии. В социалистическом обществе этому делу придается общегосударственное значение, что позволяет проводить эффективные ме роприятия в широких масштабах.

Поверхностная эрозия почвы наносит огромный ущерб народному хозяйству страны. В результате смыва верхнего слоя почвы значительные площади пахотных земель в той или иной степени утратили свое плодородие. Кроме твердых частиц, поверхностные воды уносят также много растворенных питательных солей. Почвы средней и сильной смытости окаймляют лощины, балки и долины полосой шириной 100—200 м и более. Зная характер размещения смытых почв и длину гидрографической сети в каком-либо почвенно-климатическом районе, нетрудно подсчитать общую площадь этих почв.

Обобщая данные по урожайности, в качестве первого приближения С. С. Соболев рекомендует следующие бонитировочные коэффициенты при качественной оценке почв: несмытые — 1,0; I — степень смыто сти — 0,5; II степень смытости — 0,2.

Смытые почвы меньше, чем несмытые, содержат гумуса и других элементов пищи растений, поэтому при возделывании на них сельско хозяйственных культур требуется иная агротехника, чем на несмытых почвах. Здесь необходимы более высокие дозы удобрений и специальные приемы обработки почвы.

Кроме снижения плодородия почвы, водная эрозия наносит и другой вред. В результате кольматажа (отложения твердого сто ка) происходит заиление прудов и водохранилищ, мелеют реки, за болачиваются поймы.

В книге Ж. Дорста (1968) приводятся следующие данные из миро вой практики: в водохранилище Уэд-Форд в Алжире емкостью 225 млн. м 3 ежегодное заиление достигает 300 тыс. м 3 ; в водохранилище на р.Стримон (Керкини) в Греции — 5,5 млн. м 3 ; в Гуаньдунском водох ранилище в Китае — 90 млн. м 3 , и оно может выйти из строя через 30-40 лет. В Техасе (США) одно водохранилище на р. Колорадо было заилено на 47% за 7 лет; другое — на 83% за 9 лет.

Следовательно, водная эрозия является грозной опасностью для человечества и требует принятия неотложных мер по ее предотвращению. Наукой и практикой разрабатывается комплекс мер защиты почвы от эрозии, одним из элементов которого является лесомелиорация.

Колесниченко, М.В. Лесомелиорация с основами лесоводства/ М.В. Колесниченко. – М.: Колос, 1971.- 239 с.

Источник

Смыв почвы

Ускоренная эрозия

Нормальная эрозия

Виды водной эрозии

Смыв и размыв почвы

Ускоренная эрозия

Нормальная эрозия

Водная эрозия почв

Неблагоприятные природные явления

Явление разрушения и переноса почвенных частиц и горных пород водами поверхностного стока, ливнями и паводками называют водной эрозией. Различают древнюю и современную водную эрозию. Современную водную эрозию подразделяют на нормальную и ускоренную.

Нормальной эрозией называют незаметные разрушения почвы, которые быстро восстанавливаются благодаря почвообразовательному процессу.

В зависимости от особенностей рельефа и метеорологических условий под воздействием воды и ветра происходит постоянное передвижение частиц почвы и горных пород с общей тенденцией перемещения с повышенных в пониженные места. Без воздействия человека этот процесс протекает очень медленно и больших разрушений не причиняет.

Ускоренная эрозия, как правило, проявляется в районах интенсивного воздействия на поверхность почвы в результате хозяйственной деятельности: распахивание огромных территорий, интенсивной эксплуатации лесов, неудовлетворительного использования пастбищ, несоблюдения противоэрозионных мероприятий. Ускоренная эрозия проявляется в виде смыва и размыва.

Классификация эрозии почв

Смыв почвы – процесс разрушения и переноса почвы рассеянными струйками воды. Начальным видом эрозии является капельная (дождевая) эрозия. Капли дождя обладают большой кинетической энергией, при их падении на незащищённую растительностью почву происходит разрушение (распыление) почвенных агрегатов, их разбрызгивание и последующее перемещение.

Смыв почвы начинается, когда на поверхности склона сформируется слой текущей воды, энергия которого превышает силу сцепления почвенных агрегатов и их водопрочность.

Смыв почвы, вызываемый стоком талых вод, происходит обычно на поверхности, оттаявшего на небольшую глубину слоя почвы. Поступающая от снеготаяния вода насыщает оттаявший верхний слой и приводит его в состояние текучести.

При сравнительно интенсивном таянии снега на поверхности быстро возникает сток, увлекающий частицы почвы из разжиженного её слоя. Во время сильного снеготаяния струйки воды собираются в ручейки, потоки и производят более заметные струйчатые размывы почвы.

После снеготаяния почва на склонах покрыта промоинами и ручейковыми размывами. После её обработки эти неровности обычно разглаживаются. Таким образом, ежегодно происходит удаление по поверхности небольшого слоя почвы и вымывание питательных веществ из почвы, что приводит к значительному обеднению почвы.

Сток дождевых вод при неравномерном выпадении осадков не отличается особой разрушительной силой, вызывая смыв мельчайших частиц почвы.

От степени смытости почв зависит снижение их плодородия, что связано с изменением химического и механического состава, физико-химических свойств, физического состояния, биогенности. При этом в почвах разных генетических типов ухудшение плодородия вызывается различным сочетанием факторов.

Во время ливневых осадков тяжёлые крупные капли дробят почвенные агрегатные фракции на мелкие частицы, которые легко переходят во взвешен­ное состояние и увлекаются текущими водами. При ливневом стоке происходит образование на поверхности почвы мелких и более крупных струйчатых размывов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник