Multiscale Estimates of Soil Erodibility’ Variation Under Conditions of High Soil Cover Heterogeneity in the Northern Forest-Steppe of the Central Russian Upland

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

One of the important scopes in erosion science is the study of soil erodibility, i. e. its ability to resist the destructing action of water flow and raindrops. The values of soil erodibility are used in erosion models and make it possible to calculate the rate of soil matter loss/accumulation. The purpose of this study was to assess the soil erodibility and variation of this indicator in different scale areas in the northern forest-steppe of the Central Russian Upland. It has been established that the calculated indicator of soil erodibility (K-factor) is depended mainly by the content of organic matter. The average K-factor values of unwashed grey forest soils are more than one and a half times higher than those of unwashed chernozems. With an increase in the degree of erosion, the values of the K-factor also increase, for example, in the series: non-, weakly, medium- and strongly eroded chernozems with the following average values: 38, 42, 44, 57 kg h/(MJ mm), respectively. It has been found that grey forest soils are much more liable to risk of degradation from erosion than chernozems, other things being equal, due to their greater erodibility and lower thickness of the humus layer. The use of various methods of K-factor interpolation had little effect on changes in the average soil erosion rates calculated by the WaTEM/SEDEM model, even under conditions of high soil cover contrast. With a change in the scale level of soil erosion estimates (transition from a medium to a large scale, or from a large to a medium scale), the deviation of calculated average soil erosion rates was less than 15%.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. V. Fomicheva

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: mkomissarov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119017

A. P. Zhidkin

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: mkomissarov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119017

M. A. Komissarov

Ufa Institute of Biology UFRC RAS

Author for correspondence.
Email: mkomissarov@list.ru
Russian Federation, Ufa, 450054

References

  1. Глушко А.Я. Влияние водной и ветровой эрозии на земельный фонд юга европейской части России // Известия Дагестанского гос. педаг. ун-та. Естественные и точные науки. 2010. № 1. С. 75–85.
  2. Гогичаишвили Г.П. Эродируемость пахотных почв Грузии в период ливневого стока // Почвоведение. 2012. № 2. С. 218–218.
  3. ГОСТ 12536–2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.
  4. ГОСТ 26213–91. Почвы. Методы определения органического вещества.
  5. Жидкин А.П., Смирнова М.А., Геннадиев А.Н., Лукин С.В., Заздравных Е.А., Лозбенев Н.И. Цифровое моделирование строения и степени эродированности почвенного покрова (Пороховский район Белгородской области) // Почвоведение. 2021. № 1. C. 17–30. http://doi.org/10.31857/S0032180X21010159
  6. Заславский М.Н. Эрозия почв. М.: Мысль, 1979. 243 с.
  7. Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Аветян С.А., Шишконакова Е.А., Каштанов А.Н. Карта агрогенной эродированности почв России // Доклады РАН. Науки о Земле. 2020. Т. 493. № 2. С. 99–102. https://doi.org/10.31857/S2686739720080095
  8. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
  9. Козлов Д.Н., Жидкин А.П., Лозбенев Н.И. Цифровое картографирование эрозионных структур почвенного покрова на основе имитационной модели смыва (северная лесостепь Среднерусской возвышенности) // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2019. № 100. С. 5–29. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-100-5-35
  10. Кузнецов М.С. К вопросу о методике исследования эродируемости почв // Эрозия почв и русловые процессы. 1973. Вып. 3. С. 126–134.
  11. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П., Григорьев В.Я. Методы изучения эрозионных процессов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 104 с.
  12. Кузнецова И.В. Агрофизическая характеристика типичных мощных черноземов Курской области // Агрофизическая характеристика почв степной и сухостепной зон Европейской части СССР. М.: Колос, 1977. С. 38–52.
  13. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. 200 с.
  14. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г., Добровольская Н.Г., Кирюхина З.П., Литвин Л.Ф. Эродируемость модельной почвы различной плотности // Почвоведение. 2011. № 8. С. 995–999.
  15. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г., Добровольская Н.Г., Кирюхина З.П., Краснов С.Ф., Литвин Л.Ф. Влияние температуры воды и влажности почвы на эродируемость образцов чернозема (модельный опыт) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 890–896. https://doi.org/10.7868/S0032180X14070107
  16. Ларионов Г.А., Добровольская Н.Г., Кирюхина З.П., Литвин Л.Ф. Влияние взвешенных наносов на эродируемость почв // Почвоведение. 2008. № 7. С. 871–876.
  17. Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноз водной эрозии. М.: Колос, 1970. 239 с.
  18. Мирцхулава Ц.Е. К вопросу устойчивости связных грунтов размыву // Тр. Грузинского НИИГиМ. 1957. Вып. 18–19. С. 485–493.
  19. Мищенко А.В., Карпова Д.В., Иванова Е.А., Абдулханова Д.Р., Петросян Р.Д. Структурное состояние пахотных серых лесных почв Владимирского ополья при различных способах обработки // Агрохимический вестник. 2020. № 5. С. 9–16. https://doi.org/10.24411/1029–2551–2020–10061
  20. Несмеянова Г.Я., Пацукевич 3.В. Эрозионно-опасные земли Нечерноземной зоны РСФСР // Эрозия почв и русловые процессы. М., 1981. Вып. 8. С. 30–41.
  21. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: Академия, 2004. 408 с.
  22. Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории Европейской части СССР и борьба с ними. М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1948. Т. 1. 307 с.
  23. Соболев С.С., Пономарёва С.И. К изучению противоэрозионной стойкости почв // Почвоведение. 1945. № 9–10. С. 495–496.
  24. Соболь Н.В., Габбасова И.М., Комиссаров М.А. Влияние различной интенсивности дождей и крутизны склонов на развитие эрозии почв в Южном Предуралье (модельный опыт) // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1134–1140. https://doi.org/10.7868/S0032180X17090064
  25. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 256 с.
  26. Сухановский Ю.П. Модификация методики дождевания стоковых площадок для исследования эрозии почв // Почвоведение. 2007. № 2. С. 215–222.
  27. Швебс Г.И. Формирование водной эрозии, стока наносов и их оценка. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 184 с.
  28. Addis H.K., Klik A. Predicting the spatial distribution of soil erodibility factor using USLE nomograph in an agricultural watershed, Ethiopia // Int. Soil Water Conserv. Rev. 2015. V. 3(4). P. 282–290. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2015.11.002
  29. Alekseev V.V., Aleksandrov R.I., Vasiliev S.A., Chuchkalov S.I. Study of the relation between soil erodibility and hydrological characteristics // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 341(1). P. 012110. https://doi.org/10.1088/1755–1315/341/1/012110
  30. Belasri A., Lakhouili A., Halima O.I. Soil erodibility mapping and its correlation with soil properties of Oued El Makhazine watershed, Morocco // Forestry. 2017. V. 8(9). P. 3208–3215.
  31. Borrelli P., Robinson D.A., Fleischer L.R., Lugato E., Ballabio C., Alewell C., Meusburger K., et al. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion // Nature Commun. 2017. V. 8. P. 2013. https://doi.org/10.1038/s41467–017–02142–7
  32. Buryak Z.A., Narozhnyaya A.G., Gusarov A.V., Beylich A.A. Solutions for the spatial organization of cropland with increased erosion risk at the regional level: A case study of Belgorod Oblast, European Russia // Land. 2022. V. 11(9). P. 1492. https://doi.org/10.3390/land11091492
  33. Centeri C., Szalai Z., Jakab G., Barta K., Farsang A., Szabó S., Bíró, Z. Soil erodibility calculations based on different particle size distribution measurements // Hungarian Geograph. Bull. 2015. V. 64(1). P. 17–23. https://doi.org/10.15201/hungeobull.64.1.2
  34. Imani R., Ghasemieh H., Mirzavand M. Determining and mapping soil erodibility factor (case study: Yamchi Watershed in Northwest of Iran) // Open J. Soil Sci. 2014. V. 4. P. 168–173. https://doi.org/10.4236/ojss.2014.45020
  35. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. 2015. FAO, Rome. 182 p.
  36. McCool D.K., Foster G.R., Mutchler C.K., Meyer L.D. Revised slope length factor for the Universal Soil Loss Equation // Transactions of the ASAE. 1989. V. 32(5). P. 1571–1576. https://doi.org/10.13031/2013.31192
  37. Middleton H.E. Properties of soils which influence soil erosion // USDA. Technical Bulletin. 1930. V. 178. 16 p.
  38. National soils handbook. US Department of Agriculture-Soil Conservation Service // Agriculture handbook. 1983. No. 430. Washington.
  39. Panagos P., Borrelli P., Meusburger K., Yu B., Klik A., Lim K.J., Yang J.E., et al. Global rainfall erosivity assessment based on high-temporal resolution rainfall records // Scientific Reports. 2017. V. 7. P. 1–12. https://doi.org/10.1038/s41598–017–04282–8
  40. Panagos P., Meusburger K., Ballabio C., Borrelli P., Alewell C. Soil erodibility in Europe: A high-resolution dataset based on LUCAS // Sci. Total Environ. 2014. V. 479–480. P. 189–200. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.02.010
  41. Peel M.C., Finlayson B.L., McMahon T.A. Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification // Hydrology Earth System Sci. 2007. V. 11. P. 1633–1644. https://doi.org/10.5194/hess-11–1633–2007
  42. Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., McCool D.K., Yoder D.C. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) // USDA Agriculture Handbook 1997. No. 703. 404 p.
  43. Song Y., Liu L., Yan P., Cao T. A review of soil erodibility in water and wind erosion research // J. Geograph. Sci. 2005. V. 15. P. 167–176. https://doi.org/10.1007/BF02872682
  44. Van Oost K., Cerdan O., Quine T.A. Accelerated fluxes by water and tillage erosion on European agricultural land // Earth Surface Processes and Landforms. 2009. V. 34. P. 1625–1634. https://doi.org/10.1002/esp.1852
  45. Van Oost K., Govers G., Desmet P. Evaluating the effects of changes in landscape structure on soil erosion by water and tillage // Landscape Ecology. 2000. V. 15. P. 577–589. https://doi.org/10.1023/A:1008198215674
  46. Van Rompay A., Verstraeten G., Van Oost K., Govers G., Poesen J. Modelling mean annual sediment yield using a distributed approach // Earth Surface Processes and Landforms. 2001. V. 26(11). P. 1221–1236. https://doi.org/10.1002/esp.275
  47. Wischmeier W.H., Johnson C.B., Cross B.V. A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites // J. Soil Water Conserv. 1971. V. 26. P. 189–193.
  48. Wischmeier W.H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning // Agricultural handbook. 1978. No. 537. Washington. 65 p.
  49. Yang X., Gray J., Chapman G., Zhu Q., Tulau M., McInnes-Clarke, S. Digital mapping of soil erodibility for water erosion in New South Wales, Australia // Soil Res. 2017. V. 56(2). P. 158–170. https://doi.org/10.1071/SR17058
  50. Zhidkin A., Fomicheva D., Ivanova N., Dostál T., Yurova A., Komissarov M., Krasa J. A detailed reconstruction of changes in the factors and parameters of soil erosion over the past 250 years in the forest zone of European Russia (Moscow region) // Int. Soil Water Conserv. Res. 2022. V. 10(1). P. 149–160. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2021.06.003
  51. Zhidkin A., Gennadiev A., Fomicheva D., Shamshurina E., Golosov V. Soil erosion models verification in a small catchment for different time windows with changing cropland boundary // Geoderma. 2023. V. 430. P. 116322. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116322

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1

Download (436KB)
Indexing metadata
3. Fig.2

Download (150KB)
Indexing metadata
4. Fig.3

Download (95KB)
Indexing metadata
5. Fig.4

Download (239KB)
Indexing metadata
6. Fig.5

Download (92KB)
Indexing metadata
7. Fig.6

Download (67KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies