Учебник по эрозии почв
Erosional sculpted forms from open bedrock channels in a variety of lithologies are described, classified, and illustrated. The resulting typology demonstrates both the diversity of bedforms in bedrock channels and the existence of features common to many channels and lithologies. This investigation develops a consistent nomenclature and places the study of bedforms in bedrock channels on a rational foundation along with that of their sedimentary counterparts.
В пособии обоснована необходимость организации и проведения натурных инструментальных наблюдений за сдвижением береговых склонов, описаны необходимые для этого приборы, их поверки и юстировки.
В монографии описаны основные методы и методические подходы к изучению эрозионно-гидрологических и дефляционных процессов, приборы для учета стока и смыва почвы, для ветроэрозионного мониторинга – как общеизвестные, так и разработанные в ходе исследований, осуществлявшихся авторами в Институте охраны почв УААН и ВНУ им. В.Даля, в отделе борьбы с эрозией почвы ВНИАЛМИ. Сделан их анализ, даны примеры использования и полученные результаты.
Монография предназначена для аспирантов и студентов агрономических и экологических специальностей, может быть полезна специалистам в области сельского хозяйства, агроэкологии и охраны почв.
Книга посвящена описанию наиболее распространенных экзогенных геологических опасностей, связанных с действием поверхностных вол и ветра (эрозия и аккумуляция, сели, переработка берегов морей и водохранилищ, формирование болот и заболоченных земель, дефляция), подземных вод (карст и суффозия, разжижение, набухание и усадка пород, просадочность лёссов, подтопление территорий, деформация земной поверхности при извлечении подземных вод), гравитационных склоновых процессов (оползни, осыпи, обвалы). Рассматриваются основные условия и факторы развития опасных экзогенных геологических процессов, степень их изученности, особенности распространения на территории России, прогноз, мониторинг и методы борьбы с этими процессами намечены перспективы дальнейших исследований на урбанизированных территориях.
Книга предназначена как для специалистов, занимающихся вопросами безопасности и снижения ущерба от природных и природно-техногенных катастроф, так и для руководителей административных и планирующих органов, страховых компании тех регионов России, где проявляются опасные экзогенные геологические процессы
Источник
Научная электронная библиотека
14. Виды деградации почв
Дефляция (выдувание, ветровая эрозия) – развевание ветром тонкозернистых частиц почвы (снег, песок, пыль). В степях дефляция порождает черные бури, в пустынях – песчаные: самум, хамсин.
Денудация (геологическая эрозия) – главный физико-химический процесс, выравнивающий поверхность. Снос продуктов выветривания и разрушения с гор и выпуклостей и их отложение в понижениях выравнивает рельеф.
Разновидность денудации – растворяющая и просачивающая деятельность воды (карстовые и суффозионные процессы).
Корразия (обтачивание) – механическая обработка обнаженных горных пород при помощи переносимых ветром твердых частиц, шлифовка, высверливание и обтачивание.
Эоловые отложения – перенос и аккумуляция наносов, твердого материала. Это вторичные отложения песков, реже лессов, перемещаемые ветром в местах морских, элювиальных, ледниковых (зандры), дельтовых и террасово-долинных (речных) накоплений.
В каменистых пустынях ветер выдувает мелкие частицы и обтачивает скалы, разрушая их, придавая причудливые формы. В песчаных пустынях образует барханы – холмы серповидной формы, движущиеся со скоростью до 5 км/год, а также гряды, бугры. На побережьях рек и морей под действием дневного бриза формируются песчаные холмы – дюны, которые можно видеть на побережьях Балтики, Бискайского залива Франции.
В распаханных степях и полупустынях нередки пыльные бури, верхний слой почвы вместе с семенами, всходами они срывают и переносят на десятки километров, которыемоткладывается в понижениях.
Наиболее мощные отложения происходят в тропических и субтропических пустынях, где сильные ветры препятствуют закреплению поверхности растительностью (например, Сахара в Африке, Такла-Макан в Китае).
Деятельность текущей воды
Эрозия (от лат. «разъединение») – мощный экзогенный процесс рельефообразования текущими потоками воды.
На месте славного побега
Весной растопленного снега
Потоки мутные текли
И рыли влажну грудь земли.
Руслан и Людмила. А. С. Пушкин
Эрозия – процесс отрыва, переноса и отложения почвы стоком временных водных потоков, размыв или смыв почв под действием текущих вод (водная) и ветра (ветровая или дефляция, рис. 42).
Распашка склонов ведет к смыву за год 10–15 т/га. До 80 % сельскохозяйственных угодий мира подвержено эрозии, овраги съедают до 2 млн т. в год. Эрозионные процессы – доминирующие виды деградации почв (рис. 43, табл. 12).
Рис. 43. Виды деградации почв
В сельском хозяйстве различают также пастбищную, ирригационную, лесохозяйственную и сельскохозяйственную виды эрозии (Апарин и др., 2006). Классификация и диагностика эродированных зональных типов почв приводим по В. Ф. Валькову и др. (2006).
Черноземы мощные и среднемощные всех подтипов, типичные, обыкновенные и южные. Слабосмытые – гор. А смыт на 30 %. Среднесмытые – гумусовые горизонты смыты на 30–50 %. Сильносмытые – гор. А полностью смыт и частично – В1 и В2.
Каштановые почвы. Слабосмытые – смыто до 30 % первоначальной мощности гумусовых горизонтов (АВ1), в пашню вовлекается верхняя часть гор. В1. Среднесмытые – смыто 30–50 % мощности гор. АВ1, при вспашке значительная часть или весь гор. В1 вовлекается в пахотный слой. Сильносмытые – смыта большая часть гумусового слоя, распахивается гор. В2, цвет пашни приближается к цвету почвообразующей породы.
Показатели потери почв при эрозии (Вальков и др., 2002)
Слабая или отсутствует
Более емко этот процесс отображен поэтом.
Гонимы вешними лучами
С окрестных гор уже снега
Стекали мутными ручьями
На потопленные луга.
Евгений Онегин», 1 глава. А. С. Пушкин
К ΙΙΙ тысячелетию до н. э. племена, населявшие евразийский континент, распространили свой хозяйственный уклад примитивных земледельцев от Сирии до Хингана и Минусинской котловины по окраинам центральноазиатских пустынь и Сахары. Низкий уровень техники земледелия вызвал уничтожение дернового покрова – вытаптывание пастбищ, уничтожение населением деревьев и кустарников для топлива (рис. 44).
Встречный процесс временного иссушения степных и пустынных зон, происходивший во ΙΙ-м тысячелетии до н. э., усугубил выветривание легких степных почв и способствовал распространению пустынь. Сократились площади, пригодные для земледелия и выпаса. Разрушение почв и увеличение площадей развеваемых песков вызвало ухудшение условий жизни, культурный спад, связанный с изоляцией племен, разобщенных большими пространствами вновь образовавшихся пустынь (Гумилев, 2008).
В середине ΙV века отмечено восстановление травянистых степей на месте пустынь, Великая степь стала пригодна для кочевого скотоводства, ее заселили древние тюрки, создав в VΙ веке Великий каганат, ограниченный пределами степной зоны (Гумилев, 2008). За период в две тысячи лет (с ΙΙΙ века до н. э.) учеными отмечено три периода усыхания степей, каждый раз сопровождавшийся выселением кочевников к окраинам Великой степи и за ее пределы (Гумилев, 2008).
Виды эрозии (рис. 39):
– склоновая, плоскостная эрозия – талые снеговые и дождевые воды смывают со всей площади склонов продукты выветривания;
– линейная или русловая – текущие воды формируют речные долины, овраги;
– боковая – размывает берега водоток, склоны долины;
– попятная, регрессивная – верховья оврага врезаются в водораздельное пространство, удлиняя водоток (рис. 45).
Рис. 45 Виды эрозии
Сели – временные грязекаменные потоки большой разрушительной силы, перемещают к подножиям гор массу обломочного материала (рис. 46).
Абразия (лат – «соскабливание») – разрушение волнами прибоя надводного и подводного берегов водоема в местах действия ветровой волны (до глубины 20 м). Этот процесс понижает и выравнивает бере-
говую полосу морей, озер, водохранилищ. В результате образуются бенчи (подводные наклонные поверхности), надводные уступы в твердых породах (клифы, ниши, бухты, пещеры). Из продуктов разрушения берегов формируются осыпные террасы (рис. 47).
Переохлаждение, мерзлота. Большая часть территории России (60 %) расположена в условиях вечной мерзлоты (рис. 48, 49).
Рис. 48. Переохлаждение, мерзлота.
Рис. 49. Мерзлота
Стихийные бедствия. Землетрясения, наводнения, ураганы, извержение вулканов (рис. 50).
Результатом интенсивной добычи, деятельности предприятия Оргсинтез (Волжский), который закачивает в грунтовые слои химические отходы, было землетрясение, которое произошло 24.12.91 г. в Камышинском, Николаевском и Котовском районах, мощностью 5 баллов.
Рис. 51. Наводнение
Большинство видов деградации вызвано антропогенной деятельностью.
· Девегетация – потеря растительного покрова. Причины: вырубка лесов, перевыпас, пожары, сбор урожая (рис. 52)..
Рис. 52. Девегетация
· Дегумификация – потеря гумуса или плодородного слоя. Возможна в результате снижения мощности гумусового горизонта (эрозия, дефляция) или усиления процессов минерализации органических соединений.
Скорость формирования гумусового горизонта составляет в луговых почвах 0,8–1,0 мм в год до 0,1 и меньше в светло-каш-тановых. Потери продуктивности почв за счет снижения содержания гумуса за последние пятьдесят лет составляют 38 млрд. тонн в год на площади 300 млн. га (табл. 13, 14).
Скорость формирования гумусового горизонта (Геннадиев, 1990)
Горно-луговая, горные лесо-луговые почвы
Черноземы оподзоленные, типичные
Черноземы южные, темно-каштановые, дерново-подзолистые
Подзолы и подзолистые
Потери продуктивности почв
Площадь потерь, млн га
Среднегодовые темпы потерь, млн га
Кол-во потерь Сорг, млрд т в год
Почвоутомление – резкое снижение урожая при бессменном возделывании культур. В почве накапливаются метаболиты, токсины, специфичные для этих культур. Посев сопровождается размножением вредных насекомых, появлением сорняков, истощением почвы (рис. 53).
Рис. 53. Почвоутомление
· Отчуждение земель для несельскохозяйственного использования неизбежно. Издержки связаны с тем, что изымают плодородные почвы там, где можно было обойтись низкопродуктивными. Одна из причин – земля фактически не имеет реальной стоимости. Последняя должна быть такой, чтобы стимулировала вложение средств в использование для неземледельческих целей бедных, часто бросовых земель (рис. 54).
Рис.54. Отчуждение земель
Городские почвы отличает большое количество антропогенных включений, высокая доля насыпного грунта. Для большинства урбаноземов характерно отсутствие естественных почвенных горизонтов, сочетание в профиле почвы различных искусственных слоев, обилие строительного и бытового мусора (Безуглова и др., 2012). В результате запечатывания прекращается поступление органического вещества. Почвы города, не зависимо от материнской и подстилающей породы, характеризуются сильным переуплотнением с поверхности, в результате значительно повышается опасность засоления, развития эрозии (Безуглова и др., 2012).
· Образование бесструктурных кор. Причины: переуплотнение из-за использования тяжелой техники, нарушения технологии орошения (рис. 55).
Рис. 55. Переуплотнение
Опустынивание. Термин ввел в обиход в 1949 г. Анри Обревиль в докладе «Климат, леса и опустынивание в тропической Африке».
Опустынивание признано глобальной экологической проблемой. Это общий результат комплекса процессов деградации, на 87 % вызванных антропогенной деятельностью (рис. 56, 57).
«С биосферной точки зрения следует рассматривать явления опустынивания и почвенного засоления как глобальную проблему мирового значения», – считает В. А. Ковда (1981, с. 40).
Антропогенное опустынивание возникает в результате нерациональной хозяйственной деятельности человека.
Рис. 57. Каменистые пустыни
Ученые и исследователи выделяют следующие основные виды опустынивания:
– в условиях дождевой агрокультуры (неорошаемые угодья, богара – на неорошаемых сельскохозяйственных угодьях.
– ирригационное – проявляется на поливных землях практически повсеместно.
– скотоводческое – вызвано потерей растительного покрова и уплотнением почв при перевыпасе скота. По образному выражению В. А. Ковды (1978, с. 26) растительность и дернина районов Средиземноморья, Ближнего и Среднего Востока, Центральной Азии были буквально «съедены» бесчисленными стадами, численность которых с доисторических времен непрерывно возрастала.
– техногенное – разрушение растительного и почвенного покрова техническими средствами (машинами, механизмами) при проведении строительных, сельскохозяйственных работ, изысканий.
– химическое опустынивание – результат промышленного загрязнения воздуха, почв и вод.
Опустынивание начинается в периоды сильных засух, когда почва особо уязвима. При нарушении растительного покрова почва сама усиливает собственную засушливость: высокое альбедо песчаных и каменистых почв приводит к иссушению верхних слоев атмосферы и снижает количество осадков.
Пустыни разделяют на песчаные, которые занимают 50 % общей площади пустынь или 4,6–7,0 млн км2, и каменистые, отличающиеся сложным гетерогенным рельефом.
Песчаные пустыни – самые благоприятные для жизни пространства. Пески поглощают водяные пары из воздуха, конденсируют их при перепаде температур. Наиболее богатые пастбища в пустынях расположены на закрепленных песках. Здесь сосредоточено большинство фауны. На песках барханов формируются особые почвы, которые скрепляют пески карбонатными и гумусовыми накоплениями.
Опустынивание представляет собой экономическую, социальную и экологическую проблему, во многом – результат нерационального природопользования, осложненного напряженностью естественных факторов. Опустынивание – обобщающее название комплекса причин и процессов, которые приводят к потере продуктивности и часто, необратимой деградации почв.
Особенность этого процесса в том, что изначально он носит региональный, подчас локальный характер. И его масштабы разрастаются из-за усиления антропогенной нагрузки.
Опустынивание интенсивно и в настоящее время. Граница Сахары ежегодно передвигается к югу на 1,5–10 км. Сведение лесов достигает 11 млн га в год (Апарин и др., 2006). Девегетация – прямой путь к проявлению эрозии, а затем и опустыниванию.
· Вторичное засоление. Часто его причина – низкое качество оросительной воды, нарушение технологии, отсутствие дренажа. До 60 % воды фильтруется в грунт (рис. 58).
Рис. 58. Вторичное засоление
Затопление, заболачивание, разрушение водами водохранилищ. При строительстве плотин на Волге и Каме затоплено 2,4 млн. га земель. В итоге происходит затопление пойменных и надпойменных террас, подъем уровня грунтовых вод и подтопление, размыв и уничтожение почв (рис. 59).
Рис. 59. Затопление
Загрязнение и химическое отравление почв. «Виновники» – все отрасли народного хозяйства, а также военные действия, атомная радиация, полигоны, аварии, пожары (рис. 60).
Исторические примеры традиционного землепользования свидетельствуют о преобладании процессов деградации над окультуриванием. Описывая состояние лесной зоны Европейской части России, В. В. Докучаев писал: «все это так очевидно, так неизбежно, что, собственно, и не нуждается ни в каких доказательствах» (1994, с. 53.).
Фитотоксичность почвы – это свойство почвы подавлять рост и развитие высших растений. Необходимость определения этого показателя возникает при мониторинге химически загрязненных почв или при оценке возможности использования в качестве удобрений или мелиорантов различных отходов: осадков сточных вод, компостов, гидролизного лигнина. Фитотоксичные свойства почв определяют по следующим показателям:
— прорастание семян (всхожесть; дружность , скорость и энергия прорастания (Остроумов, 1990, Смирнова и др., 2005, Звягинцев и др., 2005, Киреева и др., 2009, Васильев и др., 2012, Петрова и др., 2014, Гайворонская и др., 2014);
— интенсивность начального роста проростков (длина корней, высота зеленой части проростков, воздушно-сухая масса корней и зеленых проростков (Бабьева, Зиновьев, 1989 ,Зубкова и др., 2004, Маячкина и др., 2009, Петрова и др., 2014, Андреевская, 2014, Гайворонская и др. , 2014, Околелова и др., 2014. 2015).
Источник