Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Агроэкологический мониторинг водно-эрозионных и гидроморфных земель Окско-Донской равнины

ВАК РФ 25.00.26, Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологический мониторинг водно-эрозионных и гидроморфных земель Окско-Донской равнины"



На правах рукописи

Золотарев Олег Анатольевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВОДНО-ЭРОЗИОННЫХ И ГИДРОМОРФНЫХ ЗЕМЕЛЬ ОКСКО-ДОНСКОЙ РАВНИНЫ

Специальность 25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Воронеж - 2004

Работа выполнена в Липецком государственном педагогическом университете и Воронежском государственном педагогическом университете

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Ахтырцев Анатолий Борисович

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Федотов Владимир Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Жердев Владимир Николаевич

1 Ведущая организация -

АОО РосГипрозем Липецкой области

Защита диссертации состоится « » 2004 года в часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 Воронежского государственного педагогического университета по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского государственного педагогического университета

Авторефератразослан « 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент

В.И. Шмыков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В современных условиях интенсивного ведения хозяйства возникают негативные процессы, влияющие на качество земельных ресурсов.

Важнейшими причинами деградации почв являются ускоренное развитие водной эрозии, а также заболачивание и переувлажнение почв, вызванные рядом природных и антропогенных факторов. Наблюдается также «утомление почв» при их многолетнем использовании в сельскохозяйственном производстве. В неудовлетворительном состоянии находятся и земли кормовых угодий, которые нуждаются в природоохранных мерах.

В этой связи весьма актуальными являются изучение состояния и проведение оценки качества земельных ресурсов и принятие мер по снижению интенсивности водно-эрозионных процессов и переувлажнения на пахотных землях и разработки мероприятий по рациональному использованию и охране земельных ресурсов изучаемого региона.

Целью диссертационной работы является разработка структуры агро-экологического мониторинга земель сельскохозяйственных угодий Окско-Донской равнины и рекомендаций по рациональному их использованию. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Оценка качественноого состояния земель сельскохозяйственных угодий Окско-Донской равнины.

2. Разработка структуры агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения для Окско-Донской равнины.

3. Установление влияния ландшафтных, климатических и антропогенных факторов на качественное состояние сельскохозяйственных угодий.

4. Разработка рекомендаций по природоохранным мероприятиям и рациональному использованию земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины.

Объект исследования - земли сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины.

Предмет исследования - природные и антропогенные процессы, обусловливающие состояния рассматриваемых земель.

Положения, выносимые на защиту:

1. Качественная оценка земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины.

2. Структура агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения для Окско-Донской равнины.

3. Методика расчета основных параметров смыва и выноса питательных веществ из почв земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины. I 'I .1 ...

4. Методика картографирований с ^^шшшм материалов дистанционного зондирорния. гПицНЬ»! !лУЛ

5. Эколого-хозяйственное районирование земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины.

6. Рекомендации по проведению природоохранных мероприятий и по рациональному использованию земель сельском хозяйстве изучаемого региона.

Методы исследования - сравнительно-географический, структурно-генетический, аналитический, статистический.

Научная новизна заключается:

1. В разработке структуры агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины.

2. В разработке методики количественной оценки смыва почв с земель в условиях Окско-Донской равнины.

3. В использовании материалов аэрофотосъемки (АФС) и космофото-съемки (КФС) при картографировании деградированных земель.

4. В проведении эколого-хозяйственного районирования Окско-Донской равнины по качественному состоянию земель сельскохозяйственного назначения.

5. В разработке рекомендаций по рациональному использованию земель сельскохозяйственного назначения изучаемого региона.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке структуры аг-роэкологического мониторинга; обосновании и разработке методики и экологической оценки влияния антропогенных факторов деятельности на земли сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины.

Практическая ценность работы. Результаты исследований и выводы могут быть использованы в проектных организациях, в комитетах экологии и природных ресурсов для землеустроительных расчетов и эколого-хозяйственной оценки сельскохозяйственных земель и обоснования организации агроэкологического мониторинга и проведения природоохранных мероприятий в исследуемом регионе.

Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов наблюдений. В диссертации использованы материалы наблюдений по метеорологическим и гидрологическим станциям и постам, расположенным в Липецкой области, с периодом наблюдений с 1928-2003 годы (за стоком, осадками, снежным покровом, влажностью и промерзаемостью почвогрунтов); справочники и ежегодники по земельным ресурсам, климату, стоку для исследуемой территории, режимные наблюдения за стоком по воднобалансовым станциям (Нижнедевицкая, Каменная степь); экспериментальные исследования Воронежского госагроуниверситета (с 1968 по 2003 гг.); материалы облводхо-зов, гипроводхозов, Комитетов по охране природных и водных ресурсов по Липецкой области и полевые исследования, в которых участвовал автор (с 1997 по 2003 гг.). Все полевые наблюдения проводились согласно рекомендациям для экспериментальных репрезентативных бассейнов.

Достоверность результатов работы подтверждается качеством исходных материалов наблюдений, государственной сети Росгидромета; проведением экспериментальных исследоваий в 'соответствии со стандартными требованиями; корректным применением методов исследования при решении поехав-

ленных задач и апробированных методик обработки исходных материалов.

Реализация и апробация работы. Результаты, полученные автором в процессе исследования (Рекомендации по рациональному использованию земель сельскохозяйственных угодий) внедрены в АОО Росгипрозем Липецкой области и используются в учебном процессе Липецкого госпедагогического университета и Эколого-политологического института по дисциплине «Геоэкология».

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции, посвященной памяти С.С. Семенова-Тянь-Шанского (Липецк, 2002 г.), межвузовских научно-практических конференциях Липецкого госпедуниверситета, (Липецк, 2000 -2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Личное участие автора заключается в обобщении и анализе фондовых и опубликованных материалов, в разработке и постановке эксперимента по качественной оценке состояния земель сельскохозяйственных угодий, в теоретическом и методологическом обосновании методики полевых исследований, в эко-лого-хозяйственном районировании территории Окско-Донской равнины по характеру качественного состояния земель сельскохозяйственных угодий; исследовании и обобщении результатов и формулировании выводов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом страниц, библиографического списка, состоящего из наименований, а также приложений.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность работы, поставлены цели и задачи исследования, определены основные научные положения исследования. Охарактеризована научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе «Агроэкологический мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины» рассмотрены факторы, обусловливающие состояние земель сельскохозяйственного назначения, произведена оценка их качества и рассмотрены основные принципы организации аг-роэкологического мониторинга.

Одним из наиболее существенных факторов ухудшения состояния земель Окско-Донской равнины является эрозия и переувлажнение почв, вынос растворимых веществ. Водной эрозии почв подвержены частично все виды сельскохозяйственных угодий на склоновом типе земель. Переувлажнение почв широко развито на недренированных плоскоместьях Окско-Донской равнины.

Проведенный анализ современного состояния земель исследуемого региона показал, что почвы в результате длительного использования в пашне претерпевают негативные изменения: ухудшается структура пахотного слоя, снижается содержание гумуса и элементов питания, растет гидролитическая кислотность, снижается сумма поглощенных оснований, развиваются процессы эрозии и переувлажнения, что приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Исследования показали также, что интенсивное развитие эрозионных процессов приводит к потере плодородия почв. Так, в эродированных почвах содержание гумуса понижается: до 4,2-5,6% - в слабосмытых; до 3,3-3,5% - в среднесмытых и до 2,0-2,9% - сильно смытых обыкновенных черноземах. С гектара пашни ежегодно теряется 400-600 кг гумуса, 15-20 кг азота, до 200 кг калия. Убыль органического вещества возрастает до 1 т/га в год. Со склонов сносится значительная часть вносимых удобрений, пестицидов и других химических препаратов, применяемых для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Выявлено, что за последние 15 лет на Окско-Донской равнине площади переувлажненных земель возросли на 1215%.

В результате эрозии может теряться до 30% вносимых удобрений и ядохимикатов, которые вызывают усиленное загрязнение окружающей среды, особенно водных объектов.

Проведенный анализ состояния качества земель сельскохозяйственного назначения показал насущную необходимость организации специальных наблюдений в целях предотвращения негативных процессов, обусловливающих снижение качества земель.

Эту задачу призван решать агроэкологический мониторинг (рис. 1).

В исследуемом регионе наиболее значительные работы в этом направлении принадлежат ПС. Русинову, ВЛЖердеву, Б.П. Ахтырцеву, В.Д. Сушкову, Л.Б. Ах-тырцевуи др.

Основная задача агроэкологического мониторинга земель заключается в установлении наиболее общих закономерностей процессов, обусловливающих качество земель сельскохозяйственного назначения (рис. 2).

Структура агроэкологического мониторинга земель включает в себя шесть блоков (рис. 3).

Первый блок включает в себя сбор всей имеющейся информации об изучаемом объекте и в случае необходимости организации наблюдений в целях получения новой необходимой информации. Важнейшее место здесь занимает организация и постановка активного эксперимента. Этот блок характеризует наличие и качество исходной информации о состоянии земель сельскохозяйственного назначения и факторов, их обусловливающих.

Второй блок включает в себя обобщение и анализ всей собранной информации, входящей в первый блок. Результаты анализа позволяют выявить особенности функционирования и режима изучаемого объекта.

В третий блок поступает информация из второго блока, где, уже

Рис. 1. Общая структура системы государственного экологического подразделения

Рис. 2. Общая классификация функционального предназначения системы экологического агромониторинга

земли с-х назначения

Блок I

Сбор информации

Блок II

Экологический агромониторинг земель с-х угодий

к я з о.

5 I к I

о,

я а

Объек г исследования (земельные ресурсы региона)

Блок III

Обобщение и анализ информации

Модель представления об объекте

Задачи исследования

— макро-(фсдеральный) - Пространственно-временные закономерности свойств объекта

1

мезо-(региональный) —» Внутри зональные закономерности свойств объекта

4

локальный

Анализ совокупности процессов и факторов, определяющих свойства и качества объекта

Предмет исследования

Оценка состояния земельных ресурсов региона

Блок IV

Блок V

Выявление роли факторов на режим и характер функционирования изучаемых объектов

Оценка состояния изучаемого объекта

Механизм и контроль за качеством объекта

Блок VI

Выходная информация Земельный кадастр

Административное управление

Гидромелиоративные мероприятия по рациональному природопользованию и изучения качества земельных ресурсов

Рис. 3. Структурная схема функционирования экологического агромониторинга земель

полученные результаты анализа позволяют создать модель представления об изучаемом объекте и поставить дальнейшие задачи исследования. Они в свою очередь определяются масштабом охвата территории:

на макро- (федеральном) уровне на первый план выходят задачи выявления пространственно-временных закономерностей свойств изучаемых объектов;

на мезо- (региональном) уровне выявляются внутризональные закономерности основных свойств изучаемого объекта;

на локальном уровне проводится анализ совокупности процессов и факторов, определяющих основные свойства и качество изучаемых обьектов.

Решение задач третьего блока позволяет создать информационное обеспечение о роли природных и антропогенных факторов на режим и характер функционирования изучаемых объектов, т.е. определить задачи четвертого блока данного мониторинга. В этом блоке выходной информацией является установление оценки состояния земель сельскохозяйственного назначения.

Пятый блок данной структуры мониторинга решает задачу выявления механизма контроля качества изучаемого объекта.

Шестой блок, на основе информации пятого блока, позволяет создать систему управления по регулирования качеством земельных ресурсов и ор!ани-зовать мероприятия по охране и рациональному использованию земельных ресурсов. Выходной информацией этого блока являются кадастровые данные о конкретных земельных объектах данного региона.

Система агромониторинга земель проводится в рамках целостного природного образования, составными частями которого являются компоненты ландшафта (климат, воды, почвы, литогснная основа, а также влияние антропогенеза).

Для выявления негативных явлений при развитии водной эрозии, деградации почв и пастбищ, подтоплении, заболачивании, переувлажнении, засолении, загрязнении почв необходимо знание большого количества геоэкологических параметров склоновых земель. Это требует широкого привлечения самой различной геоэкологической информации: 1) материалов земельно-кадастровых справочников; 2) материалов наблюдений сетевых метеорологических и гидрологических и специальных станций и постов Гидромета; РФ, а также временных пунктов наблюдений, действующих при экспедиционных исследованиях; 3) дистанционных наблюдений; 4) результатов теоретических и эмпирических исследований; 5) геоэкологических данных.

Предотвращение эрозии и борьба с ней, а также улучшение эродированных и рациональное использование переувлажненных земель сельскохозяйственного назначения предполагают целый комплекс различных мероприятий.

Во втором разделе «Климатические и ландшафтные параметры агро-экологического мониторинга Окско-Донской равнины», которые являются одновременно и параметрами агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения, рассмотрены природные условия изучаемого региона, определяющие состояние земель сельскохозяйственного назначения, приведена характеристика геолого-гидрологических условий, характеристики

склонового стока, почвенного и растительного покрова.

Природные особенности исследуемого региона во многом предопределяют условия, в которых формируются земли сельскохозяйственных угодий. Наибольшее внимание в данном разделе уделено почвенному покрову как самому важному ландшафтному компоненту с сельскохозяйственной точки зрения.

В исследуемом регионе почвенный покров характеризуется заметной пестротой, которая объясняется сложным рельефом и многообразием сочетаний факторов и условий почвообразования и ярко выраженной зональностью. В пределах Окско-Донского плоскоместья и примыкающей к нему исследованной части Бузулукской равнины отчетливо выделяются ниженазванные почвенные подзоны:

1. Подзона выщелоченных черноземов, выщелоченных лугово-черноземных и луговых почв, серых лесных почв с пятнами серых поверхност-но-глеево-элювиальных и болотно-глеевых почв по западинам.

2. Подзона типичных черноземов, обычных лугово-черноземных и луговых почв с пятнами осолоделых солонцеватых и засоленных почв по западинам и лиманам.

Между первой и второй подзонами выделяется переходная полоса шириной 40-60 км, в которой наряду с выщелоченными подтипами почв значительное участие в структуре почвенного покрова (СПП) принимают типичные подтипы, появляются осолоделые и солонцеватые почвы по западинам. Степень выщелоченности почв постепенно и закономерно ослабевает в юго-юго-восточном направлении с одновременным нарастанием степени их карбонатно-сти, солонцеватости и засоленности.

В третьем разделе «Эколого-хозяйственная оценка состояния земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины» проведен анализ качественного состояния земель сельскохозяйственного назначения. В исследуемом регионе они составляют более 80% от всей территории исследуемого региона. Из них на долю пахотных земель приходится" 80%, кормовые угодья занимают до 18,5% и на долю многолетних насаждений приходится около 1,5%.

Результаты анализа позволили дать в работе количественно-качественную оценку основным негативным процессам, протекающим на землях сельскохозяйственных угодий Окско-Донской равнины. Это эрозия, переувлажнение, дегумификация, изменение кислотности, переуплотнение, биологический и химический токсикоз, последствия проведения орошения.

Истощение почвы в результате выноса питательных веществ с урожаем приводит к ухудшению ее качества и разрушению.

Скорость протекания эрозионных процессов увеличивается при неправильном применении агротехники. Прежде всего - это распашка и вовлечение в интенсивное использование эрозионно-опасных земель без должной противо-эрозионной защиты, распашка вдоль склона и участков с большими уклонами, а также неправильно установленная специализация хозяйства.

Вследствие развитых эрозионных процессов безвозвратно теряются пло-

дородные слои почвы и сносятся в водоемы. Смытые почвы содержат меньше илистых и глинистых фракций, в них накапливаются грубые частицы, главным образом песок. С увеличением смытости почв возрастает их бесструктурность, ухудшается водопроницаемость и аэрация, снижается скважность.

Водная эрозия является главным фактором резкого сокращения содержания и запасов гумуса в смытых черноземах. По сравнению с несмытыми черноземами запасы гумуса в верхнем полуметровом слое сокращаются: в слабосмы-тых черноземах - на 18-23%, среднесмытых - на 48-52 и сильносмытых - на 6575%.

В настоящий момент земли сельскохозяйственных угодий испытывают воздействия ряда негативных процессов. Около 10% от всей площади сельскохозяйственных угодий подвержено эрозии. Площадь заболоченных земель составляет около 5%. Доля переувлажненных земель составляет около 15% и площадь земель, подверженных засолению, составляет около 0,5%.

В основу определения интенсивности процессов водной эрозии, протекающих на пахотных землях, был положен подход, основывающийся на гидравлических расчетах. На ее основе была разработана методика расчета смыва с пахотных земель для изучаемого региона.

Она использует собой комплексный подход, учитывающий сезонные климатические и ландшафтные факторы, влияющие на формирование местного склонового стока. Основой методики расчета является выражение

где R - величина суммарного смыва со склона, т/га, К- эрозионный коэффициент характеризующий объем смыва на 1° крутизны склона; h - слой склонового стока, мм; с - коэффициент сопротивляемости движению воды; г - уклон водотока, в градусах.

Отрыв и перенос частиц почвы происходит только в том случае, когда сила, развиваемая водным потоком, превзойдет силу сцепляемости почвенных частиц. Смыв почв со склонов зависит от сезона года (вследствие особенности изменения состояния почв и факторов формирования стока).

В период весеннего снеготаяния расчет смыва почвы с пахотных земель производится с учетом того, что главным фактором сопротивляемости размыву является степень цементации частиц, которая обусловлена глубиной промерзания и влажностью почв. Как показали исследования (за исключением задернованности), другие факторы, в том числе и тип почвы, не оказывают заметного влияния на степень цементации почвенных частиц. Сила отрыва и переноса почвенных частиц для исследуемого периода определяется глубиной промерзания почвы и ее влажностью. За период снеготаяния общую массу воды, производящую эрозионную деятельность, можно выразить через объем стока или его слой. Значения эрозионного коэффициента Кэр для данного сезона составляют 0,18 - 0,20 т/га.

В летне-осенний период расчет суммарного смыва почв с пахотных земель производится по зависимости его величины от объема стока и уклона склона. В этот период сопротивляемость почвенных частиц размыву определяется в первую очередь типом и характером самой почвы, ее состоянием, видом

и качеством агротехнической обработки. Значения эрозионного коэффициента в этот сезон составляет 0,25-0,30 т/га.

При оценке смыва почв с пахотных земель необходимо учитывать, что в конкретных случаях действительная величина смыва может сильно отличаться от расчетной из-за расхождения морфометрических параметров конкретного склона с осредненными. В работе приведены соответствующие поправочные коэффициенты.

Для объективной оценки процессов эрозии необходимо прежде всего знание распределения пространственно-временных характеристик основных факторов, определяющих величину смыва и полученные связи смыва со стоком, глубиной промерзания почвы и уклоном.

Рассчитанные пространственно-временные характеристики склонового смыва и выноса веществ с малых водосборов в растворенном виде за год, весенний и летне-осенний периоды и в целом за год для Окско-Донской равнины в работе представлены в виде карт-схем нормы смыва и его временной изменчивости через значения коэффициента вариации годового смыва.

Результаты исследования показывают, что распределение весеннего смыва почв с земель сельскохозяйственных угодий Окско-Донской равнины носит сложный характер. Это связано с тем, что смыв почв зависит не только от стока (распределение которого носит по территории зональный характер), но и от уклона склона (распределение которого по территории регионально). Величины смыва на Окско-Донской низменности составляют около 0,3 т/га.

В летне-осенний период времени пространственный характер смыва изменяется незначительно и составляют в данном регионе около 0,30-0,50 т/га.

Эти данные показывают, что вопреки сложившемуся общему представлению, летне-осенний смыв по своей величине практически не уступает весеннему. При этом наблюдается тенденция того, что по мере продвижению на юг доля летне-осеннего смыва в годовом суммарном смыве все более будет возрастать.

Суммарный смыв почв с земель сельскохозяйственных угодий за год для исследуемой территории составляет 0,5 - 1,0 т/га.

Вынос веществ с почв со склоновых земель происходит не только в виде твердого стока, но и растворенным виде (ионный сток). На исследуемой территории от долины Дона в направлении к Окско-Донской наблюдается «барьерное» (т.е. почти скачкообразное изменение) количественное изменение выноса веществ до 0,2т/га до 0,5 т/га. Для Окско-Донской низменности характерны незначительные величины выноса растворенных веществ с 0,2 до 0,25 т/га с малой изменчивостью данной характеристики в пространстве.

Для исследуемого региона наиболее легкорастворимыми породами являются карбонаты кальция и магния. Если выразить вынос растворенных веществ с земель в виде слоя, то его величина на Окско-Донской низменности составит около 10 микрон.

Таким образом, вынос веществ в растворенном виде с поверхности почв по своему размеру сопоставим с величинами смыва почв.

Общие суммарные почвенные потери на Окско-Донской низменности со-

ставляют 1,0-2,0 т/га (рис. 4).

Особенности склонового смыва с земель сельскохозяйственных угодий Окско-Донской равнины заключаются в значительных колебаниях его величин за многолетний период. Распределение коэффициента вариации смыва носит по территории зональный характер. Наименьшие значения коэффициента вариации отмечаются на севере территории -1,25, к югу величина вариации закономерно возрастает до 1,4.

На сенокосных угодьях, расположенных в звеньях первичной гидрографической сети, имеет распространение линейная (овражная) эрозия. Данные о густоте овражной эрозии в данном регионе приведены на рис. 5.

Естественная противоэрозионная устойчивость почв зависит от содержания в них гумуса, почвенно-поглощающего комплекса, структуры и водопроч-ности агрегатов, гранулометрического и минералогического состава, а также засоленности, карбонатности.

К понижающим противоэрозионную устойчивость почв свойствам относятся: низкое содержание гумуса и преобладание в его составе фульвокислот, низкая емкость поглощения и преобладание в почвенно-поглощающем комплексе катионов натрия и водорода, засоленность, карбонатность, высокая или очень низкая влажность к моменту дождя. Противодефляционная устойчивость почв зависит прежде всего от их гранулометрического состава и связности. Легкие почвы начинают развеваться раньше, чем тяжелые. Кроме вышеперечисленных свойств, важное значение имеет также степень защищенности почв и увлажнение.

Дегумификация почв. В исследуемом регионе отмечается отрицательный баланс гумуса в почвах, который в среднем составляет 0,66 т/га год. Там, где удобрения вносят в очень малых количествах, урожай культур формируется за счет почвенных запасов питательных веществ, освобождающихся при минерализации гумуса. Ежегодная минерализация гумуса под зерновыми культурами 0,6-0,8 т/га; пропашными -1,7-1,9; под черными парами - 2-4 т/га.

Динамика кислотности почв. В исследуемой регионе более 63% пахотных земель имеют повышенную кислотность и нуждаются в химической мелиорации. Согласно агрохимическим обследованиям почв, среднегодовое уменьшение щелочно-кислотного баланса (рН), который составляет около 0,3 рН. Процессу подкисления почв способствует перенасыщенность структуры посевных площадей пропашными культурами и чистым паром, нерациональное использование минеральных удобрений. С ростом кислотности содержание нитратного азота на экспериментальных участках снизилось в 5 раз, а аммонийного - повысилось в 3,5 раза; общее количество минерального азота снизилось в 1,5 раза. Повышение кислотности также сопровождается увеличением содержания воднорастворимого гумуса.

Переуплотнение почв. Воздействие на почву тяжелой техники, тракторов типа Т-150 и «Кировец» приводит к ее значительному переуплотнению, которое сопровождается иссушением, цементацией, растрескиванием пахотного горизонта и значительным снижением средней продуктивности сельскохозяйственных культур. С увеличением уплотнения на 0,1 г/см3 содержание недос

\ У

ч /

г.

4

' 1,5-2,0'т/га

■ < I I

! Ч

!

Рис. 4. Карта-схема пространственного распределения средних многолетних значений годового смыва с сельскохозяйственных угодий Окско-Донской низменности, в т/га.

Рис. 5. Карта схема эколого-хозяйственного районирования Окско-Донской низменности (I р-н - западный; II р-н - центральный; III р-н - восточный; IV р-н - южный).

тупной растениям воды возрастает на 10%. При плотности почвы свыше 1,3 г/см3 получение хорошего урожая сельскохозяйственных культур невозможно.

Биологический токсикоз почв. Распространенным фактором снижения устойчивой продуктивности почв является почвоутомление.

Самым надежным средством предотвращения почвоутомления остается научно обоснованное чередование культур в севооборотах. Из способов основной обработки почвы заметную эффективность в снижении отрицательного действия почвоутомления проявляет отвальная обработка.

Химический токсикоз почв. Используемые в сельскохозяйственном производстве агрохимические средства для повышения плодородия почв имеют существенные недостатки, так как загрязняют почву токсичными соединениями. Серьезную опасность представляют примеси токсичных элементов, в том числе тяжелых металлов, которые в удобрениях составляют значительные количества.

Экологическая нагрузка на почву возрастает не только вследствие несовершенства химического состава агрохимических средств, присутствия в них токсикантов, но и из-за других источников техногенного загрязнения (промышленность и транспорт).

Для северной лесостепи Центрального Черноземья характерно техногенное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. Одним из результатов техногенной миграции элементов является постепенное "ожелезнение" земной поверхности..

Установлено, что в северной лесостепи Центрального Черноземья на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, наблюдается снижение урожайности: зерновых на 20-30%, сахарной свеклы - на 35, картофеля - на 47 и бобовых - на 40%.

Экологические последствия орошения Современные урожаи сельскохозяйственных культур на орошаемых черноземах часто далеки от планируемых и нередко даже ниже, чем на богаре. Одной из главных причин недостаточной эффективности орошаемого земледелия является негативное изменение свойств почвы

В настоящее время в северной лесостепи Центрального Черноземья до 10% орошаемых земель находится в неудовлетворительном мелиоративном состоянии. Причина - несоблюдение требуемых режимов орошения, грубые нарушения агротехники культур, оптимальных сроков посева и ухода за растениями, низкие нормы внесения органических и минеральных удобрений.

В четвертом разделе «Эколого-хозяйствснное районирование Окско-Донской равнины по состоянию сельскохозяйственных земель и рекомендации по их рациональному использованию» проведен пространственно-временной анализ по комплексной оценке качественного состояния земель исследуемого региона. Это позволило выполнить эколого-хозяйственное районирование Окско-Донской равнины по условиям формирования, состояния поч-

венного покрова и оценке водно-эрозионных процессов, протекающих на землях пахотных и кормовых угодий (рис. 5).

Выделено 4 района. Каждый из выделенных районов характеризуется своими эколого-хозяйственными показателями по качественному составу земель и характеру протекания в них процессов водной эрозии и особенностей выноса питательных веществ из почв

Практическое значение такого вида районирования заключается в том, что оно позволяет выявить наиболее типичные склоны-эталоны малых водосборов и дает возможность получить суждение о природных условиях исследуемого региона. Данный вид районирования позволил выявить новые закономерности эрозионных и других почвенных процессов, а также дифференцированно производить аналитические расчеты и делать фоновые прогнозы.

Организационно-хозяйственные мероприятия обеспечивают правильную структуру посевных площадей и севооборотов, размеры и конфигурацию каждого поля севооборота, размещение дорог, лесополос и населенных пунктов. Оптимальная организация угодий и севооборотов обеспечивает наиболее рациональное использование каждого участка земли и предусматривает увеличение производства сельскохозяйственной продукции, и предотвращение эрозионных процессов и повышения плодородия почв.

В целях рационального использования земель пахотных земель и кормовых угодий необходим дифференцированный подход к их использованию. Так, на слабопереувлажненных землях Окско-Донской низменности, рекомендуется насыщать севообороты многолетними травами и кормовыми культурами. На среднепереувлажнснных землях следует производить фитомелиорации путем посева люцерны. Сильно переувлажненные земли с уровнем грунтовых вод 0,82,0 м нуждаются в сплошном залужении межзападинных пространств.

Для снижения процессов эрозии на склоновых землях с крутизной более 5° нежелательно проводит распашку земель, а на землях с крутизной до 5° проводить контурную обработку.

Противоэрозионные агротехнические мероприятия являются вполне эффективным средством борьбы с эрозией и наиболее доступны, при этом не требуют больших затрат средств и труда и являются быстро действующими.

Проведенный в работе анализ позволил выявить наиболее эффективные агротехнические приемы воздействия на величину склонового стока и смыва. К ним относятся гребнистая и поперечная вспашка с почвоуглублением. Они снижают величину стока и смыва до 28%. Склоны же, занятые стерней и залежью, практически не меняют их величину.

Необходима также обработка почв и посев поперек склона, а на сложных склонах - контурная вспашка (по направлению горизонталей). При такой вспашке и посеве образующиеся на поверхности борозды и гребни будут препятствовать поверхностному стоку и смыву почв, обогащать поля влагой.

Лесомелиоративные приемы являются частью противозрозионных мероприятий. Грамотно созданная система лесополос регулирует и значительно снижает поверхностный сток; защищает почву от смыва талыми и ливневыми водами и от выдувания ветром.

Для борьбы с эрозией используются также простейшие гидротехнические сооружения, такие как водоудерживающие валы, устройство лотков и бетонирование «оголовков» верхушек оврагов. Они довольно эффективны и к тому же способствуют дополнительной влагозарядке почв

Большая расчлененность и значительная крутизна склонов Среднерусской возвышенности, где наиболее развита овражная деятельность, предполагает здесь использовать более широко гидротехнические мероприятия по защите почв от водной эрозии. На значительно менее расчлененной Окско-Донской низменности с пологими длинными склонами вполне можно ограничиться первыми тремя видами мероприятий. Наибольшей эффективностью борьбы с эрозией можно достигнуть на основе комплексного подхода с наиболее полным использованием всех видов мероприятий, с конкретным учетом местных особенностей рельефа данного хозяйства.

Выводы:

1. Анализ состояния изученности негативных процессов, протекающих на землях сельскохозяйственных угодий Окско-Донской равнины, показал, что основными факторами, снижающими качество земельных ресурсов и плодородие почв, являются водная эрозия и переувлажнение Причиной усиления водно-эрозионных процессов является повсеместная распашка склоновых, а в ряде случаев даже пойменных земель, а переувлажнение, рассматриваемое как начальная стадия подтопления и заболачивания земель, развивается в последние десятилетия благодаря значительному подъему грунтовых вод на обширных недренированных междуречьях гуминдных ландшафтов.

2. Разработана структура агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. Она включает в себя шесть основных блоков. Решение задач и содержание блоков определяются природными и антропогенными процессами, протекающими на землях сельскохозяйственных утодий.

3. Исследования позволили выявить основные факторы вводно-эрозионных процессов для различных сезонов года. В весенний период основными факторами являются влажность и глубина промерзания почв, агрофон и агротехнические приемы обработки почв. В летне-осенний период - влажность почвы и их агротехническая обработка.

4. Результаты проведенных исследований позволили получить количественные показатели пространственно-временных характеристик смыва почв и выноса веществ из почв пахотных земель Окско-Донской равнины за весенний и летне-осенний периоды в виде карт их нормы и коэффициента вариации. В весенний период величины смыва на Окско-Донской низменности составляет 0,25-0,50 т/га. В летне-осенний период смыв на Окско-Донской низменности -0,3-0,5 т/га.

5. Широкое распространение локального переувлажнения земель в лесостепи выдвигает задачу по их учету, оценке и картографированию. Разработанная методика картографирования переувлажненных земель, эталоны дешифро-вочных признаков и составленные на основе этого фрагменты карт на региональном, районном и объектном уровнях подтверждают возможность успешного решения этой задачи. Существенно значимым при этом является широкое

использование аэрокосмической фотоинформации, что резко повышает точность и возможность полного выявления переувлажненных земель, повышает производительность работ по картографированию, оценке и инвентаризации их.

Суммарный смыв и вынос почв с земель за год невелик и составляет на Окско-Донской низменности менее 15 т/га.

6. Эколого-хозяйственная оценка состояния земель сельскохозяйственного назначения Окско-Донской равнины позволила провести их районирование. Всего было выделено 4 района. Каждый из них характеризуется своими количественно-качественными показателями состояния деградированных земель. Данное районирование позволяет в каждом из районов выделить опорные пункты-эталоны и на основе метода аналогии интерполировать результаты мониторинга на окружающую территорию.

7. Антропогенное воздействие на почвенный покров в результате длительного использования его в пашне вызывают негативные изменения в почвах: ухудшается структура пахотного слоя, снижается содержание гумуса и элементов питания, растет гидролитическая кислотность, снижается сумма поглощенных оснований, развиваются процессы эрозии и усиливается переувлажнение, что приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. К основным отрицательным почвенным характеристикам, обусловленным антропогенными факторами, относятся, прежде всего, дегумифи-кация, иодкисление, переуплотнение, биологический и химический токсикоз.

8. Снижение интенсивности водно-эрозионных процессов, а также улучшение качества эродированных земель малых водосборов предполагают целый комплекс различных мероприятий. Их можно разделить на следующие основные группы: организационно-хозяйственные; агротехнические; лесомелиоративные и гидротехнические. Они позволяют снизить интенсивность водно-эрозионных процессов до 25-28%.

9. Для регулирования и смягчения отрицательного воздействия антропогенеза необходима организация агроэкологического мониторинга склоновых земель малых водосборов на локальном и региональном уровне. Прежде всего требуется строгий учет деградированных и нарушенных почв, составление картограмм по видам антропогенного воздействия, разработка и внедрение почвоохранных технологий, создание Службы охраны почв.

Таким образом, вышеизложенные обстоятельства показывают необходимость проведения агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения в целях их рационального использования. в хозяйстве и Научного обоснования природоохранных мероприятий.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1. Золотарев О.А. Глобальные проблемы и социальный прогресс / В.К. Рязанцев, О.А. Золотарев, СВ. Касьянов // Всероссийская научно-практическая конференция памяти П.П. Семенова-Тянынанского. Тезисы докладов. - Липецк: ЛГПУ, 2002. - С.Ш-М.

2. Золотарев О.А. К вопросу о типологии, классификации и райониро-

вании территории Воронежской области по условиям формирования и режима малых рек / В.К. Рязанцев, О.А. Золотарев, СВ. Касьянов // Деп. ЦСИФ МО РФ, № Б 4927 от 28.01.2002 г. Сб. реф. деп. рук. Серия Б. Вып. 58. - М.: ЦВНИ МО РФ, 2002.- 12 с.

3. Золотарев О.А. Природоохранные аспекты и рекомендации по совершенствованию расчетов при проектировании гидротехнических сооружений на малых водотоках на примере Воронежской области / В.К. Рязанцев, О.А. Золотарев, СВ. Касьянов // Деп. ЦСИФ МО РФ, № Б 4928 от 28.01.2002 г. сб. реф. Деп. рук. Серия Б. Вып. 58. - М: ЦВНИ МО РФ, 2002. - 27 с.

4. Золотарев О.А. Проблемы рационального использования ресурсов местного стока Воронежской области и аспекты природоохранной деятельности / В.К. Рязанцев, ОА. Золотарев, СВ. Касьянов // Деп. ЦСИФ МО РФ, № Б 4926 от 28.01.2002 г. сб. реф. деп. рук. Серия Б. Вып. 58. - М.: ЦВНИ МО РФ, 2002.- 36с.

5. Золотарев ОА. Обоснование методов исследования факторов хозяйственной деятельности на водные ресурсы малых рек / В.К. Рязанцев, О.А. Золотарев, С.В. Касьянов // Деп. ЦСИФ МО РФ, № Б 4929 от 28.01.2002 г. сб. реф. деп. рук. Серия Б. Вып. 58. - М.: ЦВНИ МО РФ, 2002. - № с.

6. Золотарев О.Л. Ресурсы поверхностных вод малых рек и их рациональное использование (на примере Воронежской области) / В.К. Рязанцев, ОА Золотарев, С.В. Касьянов // Учебное пособие. - Воронеж: ВИРЭ, 2002. -28 с.

7. Золотарев О.А. К вопросу о структуре водохозяйственного цикла / Н.В. Бахметьева, О.А. Золотарев, В.А Литвинов, Н.В. Серебрякова, И.И. Зине-ва, В.К. Рязанцев // Научно-технич. журнал «Экология ЦЧО РФ». № 1(2). - Липецк, 2004. - С. 36-38.

8. Золотарев О .А. К вопросу об организации и структуре агроэкологи-ческого мониторинга / Н.В. Бахметьева, Н.В. Серебрякова, О.А. Золотарев, В.К. Рязанцев, В.А. Литвинов, Т.Д. Стрельникова // Экологические проблемы сельскохозяйственного производства. Материалы международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2004. - С. 4-7.

9. Золотарев О.А. Принципы агроэкологического мониторинга / О.А. Золотарев //Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель - Воронеж: ВГЛТА, 2004. - С. 144-146.

10. Золотарев О.А. Геоэкологическая оценка хозяйственного использования водных ресурсов Воронежской области / О.А. Золотарев // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель - Воронеж: ВГЛТА, 2004. - С. 141-144.

Научное издание

Золотарев Олег Анатольевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИИ МОНИТОРИНГ ВОДНО-ЭРОЗИОННЫХ И ГИДРОМОРФНЫХ ЗЕМЕЛЬ ОКСКО-ДОНСКОЙ РАВНИНЫ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Лицензия ЛР№ 040324

Подписано в печать 24.11.2004 г. Формат 60x84 1/16. Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1,3. Уч.-изд, л. 1,2. Заказ 343. Тираж 100 экз.

Воронежский госпедуниверситет. Отпечатано с готового оригинала-макета в типографии университета. 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86.