Полимасштабные оценки варьирования эродируемости почв в условиях высокой неоднородности почвенного покрова северной лесостепи среднерусской возвышенности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Важным направлением эрозиоведения является изучение эродируемости почв, т. е. ее способности противостоять смывающему действию водного потока и капель дождя. Значения эродируемости почв используются в эрозионных моделях и позволяют рассчитывать темпы смыва/намыва. Цель исследования заключалась в оценке эродируемости почв и варьирования данного показателя на разных по площади участках в северной части Среднерусской возвышенности. Установлено, что эродируемость почв (К-фактор) определяется преимущественно содержанием органического вещества. Средние значения К-фактора серых лесных почв, в 1.5 раза выше, чем у несмытых черноземов. С увеличением степени эродированности возрастают значения К-фактора, например в ряду: не-, слабо-, средне- и сильносмытых черноземов со следующими средними значениями: 38, 42, 44, 57 кг ч/(МДж мм) соответственно. Серые лесные почвы в большей степени подвержены риску деградации от эрозии, чем черноземы, при прочих равных условиях, за счет их большей эродируемости и меньшей мощности гумусированной толщи. Применение различных способов интерполяции значений К-фактора слабо повлияло на изменения средних расчетных по модели WaTEM/SEDEM темпов эрозии почв, даже в условиях высокой контрастности почвенного покрова. При изменении масштабного уровня оценок эродируемости почв (переходе от среднего к крупному масштабу, либо от крупного к среднему масштабу) отклонение средних расчетных темпов эрозии почв составило менее 15%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. В. Фомичева

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: mkomissarov@mail.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

А. П. Жидкин

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: mkomissarov@mail.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

М. А. Комиссаров

Уфимский Институт биологии УФИЦ РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mkomissarov@list.ru
Россия, пр-т Октября, 69, Уфа, 450054

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Положение и рельеф участков исследования с точками опробования почв: a – участок “Мценский” (природно-климатические зоны: 1 – лесная, 2 – лесостепная, 3 – степная; 4 – границы Среднерусской возвышенности); b – участок “Мценский” (границы: 5 – участка, 6 – полей); c – участок “Ломовец” (границы водосбора обозначены зеленым цветом).

Скачать (436KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Варьирование показателей в разных типах почв на участке “Ломовец” и “Мценский”: a – содержание органического вещества (%); b – количество илистой фракций (<0.002 мм, %); c – К-фактор (кг ч/(МДж мм).

Скачать (150KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Параметры варьирования К-фактора на участке “Мценский” в серых лесных почвах (a) и черноземах (b) разной степени эродированности: 0 – несмытые, 1 – слабосмытые, 2 – среднесмытые, 3 –сильносмытые.

Скачать (95KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вариограммы эродируемости почв во всех точках обследования малого водосбора “Ломовец” (a); во всех точках обследования участка “Мценский” (b); в точках с серыми лесными почвами участка “Мценский” (c); в точках с черноземами участка “Мценский” (d).

Скачать (239KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Средние темпы эрозии почв на малом водосборе “Ломовец”, рассчитанные на основе разных способов интерполяции К-фактора: a – среднее арифметическое по точкам обследования; b – “простой кригинг”; c – “сплайн”; d – “обратно взвешенных расстояний” по данным в точках обследования участков: 1 – “Ломовец”, 2 – “Мценский”.

Скачать (92KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Средние темпы эрозии почв на участке “Мценский”, рассчитанные на основе разных способов интерполяции К-фактора: a – среднее арифметическое по точкам обследования; b – “простой кригинг”; c – “сплайн”; d – “обратно взвешенных расстояний”.

Скачать (67KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах