Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эрозионные процессы на сельскохозяйственных землях Хакасии

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Артеменок, Валентина Николаевна, Иркутск

61 • УУ -11/91-6

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Сибирское отделение

Институт географии

На правах рукописи

Артеменок Валентина Николаевна

ЭРОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

ЗЕМЛЯХ ХАКАСИИ 11.00.04- геоморфология и эволюционная география

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научные руководителя: доктор географических наук, профессор Л.Н.Ивановский; кандидат географических наук О.И.Баженова

Иркутск - 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................4

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ СКЛОНОВОГО

СМЫВА В СТЕПЯХ ХАКАСИИ.................... 16

1.1. Природные условия........................................................16

1.1.1. Рельеф............................................................................18

1.1.2. Климат...................................... 21

1.1.3. Почвы и растительность........................ 26

1.2. Антропогенные факторы, влияющие на развитие эрозионных процессов .................................................................31

ГЛАВА 2. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ ЭРОЗИИ И ИХ ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

2.1. Методика оценки потенциального смыва почв от ливневых осадков......................................... 36

2.2. Эрозионный индекс осадков........................ 37

2.3. Эродируемость почвы.............................. 43

2.4. Эрозионный потенциал рельефа...................... 47

2.5. Почвозащитные свойства агроценозов................. 52

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ЭРОЗИОННЫХ

ПРОЦЕССОВ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЛЯХ

3.1. Режим выпадения атмосферных осадков................ 57

3.2. Интенсивность развития эрозии по результатам маршрутных и полустационарных исследований................ 60

3.3. Экспериментальное исследование методом искусственного дождевания....................................... 66

3.4. Водная эрозия обрабатываемых склонов............... 73

3.5. Сравнение величин рассчитанного потенциального смыва

с данными натурных измерений...................... 82

3.6. Ритмичность эрозионных процессов................... 86

ГЛАВА 4. ЭРОЗИОННОЕ ЗОНИРОВАНИЕ ЗЕМЕЛЬ ДЛЯ НАУЧНОГО

ОБОСНОВАНИЯ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ..................................... 95

стр.

4.1. Зонирование сельскохозяйственного ареала по степени

эрозионной опасности...................................................95

4.2. Выделение категорий склоновых земель............................98

ГЛАВА 5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СКЛОНОВЫХ

ЗЕМЕЛЬ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ХАКАСИИ............................ЮЗ

5.1. Почвозащитные комплексы..................................................104

5.1.1. Противоэрозионная организация территории..................104

5.1.2. Агротехнические приемы...........................108

5.1.3. Лесомелиорация и гидротехнические приемы..................111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................115

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................118

ВВЕДЕНИЕ

"В России нет ни одного крупного региона, который для защиты почв от эрозии, не нуждается в пр оти в о эр о з и о н н ы х мероприятиях, поскольку в каждом имеются площади, смыв с которых многократно превышает допустимый уровень" ( Литвин, 1997,стр.595 ). Не является исключением в этом отношении и территория степной зоны республики, где расположено 90 % ее сельскохозяйственных угодий. В условиях неустойчивого природного равновесия степей и лесостепей Хакасии значительная часть сельскохозяйственных земель подвержена ускоренной эрозии, снижающей плодородие почв. Эрозия земель является одним из основных факторов, препятствующих повышению эффективности использования сельскохозяйственных угодий. Рациональное использование земельных ресурсов требует первоочередного решения такой проблемы, как создание и совершенствование почвозащитных, противоэрозиошю устроенных агроландшафтов. Принципы и методы создания почвозащитных природно технических систем должны основываться на знании региональных особенностей эрозионных процессов, их количественной оценке и анализе влияния деятельности человека.

"Эрозия почв является результатом сложного взаимодействия многих природных факторов и хозяйственной деятельности человека" ( Сурмач, 1976, стр.6). По определению Г.И.Швебса ( 1974, стр.5 ) ; "...под водной эрозией следует понимать часть процесса денудации, которая состоит из разрушения, перемещения и отложения частиц почвы и пород под действием дождя и текущей воды и определяется законами падения капель и движения водных потоков." Разрушение и перемещение, с одной стороны, и аккумуляция, с другой, - процессы, сменяющие друг друга во времени и пространстве. Различаются области преобладающего выноса и преобладающей аккумуляции. Единство размыва, переноса и аккумуляции подчеркивал Г.В.Лопатин ( 1952 ), называя их разными звеньями единого процесса.

Перемещение вещества плоскостным, по преимуществу струйчатым, смывом понимают под делювиальным процессом: ( Павлов, 1951 ), а также разрушение и перемещение на небольшое расстояние частиц грунта ударной силой и разбрызгиванием дождевых капель - капельной эрозией ( Тимофеев, 1978 ). Для

возникновения плоскостного смыва необходим уклон поверхности, по которой стекает вода, возможность частиц грунта отделиться и перемещаться под действием воды, т. е. грунт должен быть подготовлен к смыву выветриванием и не защищен или слабо защищен растительностью ( Воскресенский, 1971 ). Плоскостной смыв определяется совокупным действием ряда факторов, важнейшими из которых являются : уклон поверхности и длина склона, податливость самих почв смыву, агротехника и способ хозяйственного использования земель, определяющие наличие и защитную роль растительного покрова, интенсивность и количество осадков, характер снегоотложения и последовательность схода снега на склонах, положение полей с различным агрофоном на склонах и другие.

Наиболее благоприятными условиями для развития делювиальных процессов, по А.Кайе ( 1959 ), А.Шоллею ( 1959 ), Е.В.Шанцеру ( 1966 ), характеризуются семигумидные и семиаридные области, которые В.Пенк ( 1961 ) назвал царством смыва и эрозии.В это царство входят и семиаридные ( степные ) районы Хакасии, где в условиях наиболее резко выраженного дефицита влаги сформировались опустыненныс степи ( Куминова, 1974 ), почвы которых обладают низкой п р оти в о эр о з и о и н о й устойчивостью. Фитоценозы этих степей представлены ксерофитами, ксеропетрофитами, имеющими слабую почвозащитную способность. Решающим фактором для возникновения процессов смыва и реализации этих благоприятных предпосылок выступает ливневой характер выпадения дождей.

Ущерб, причиняемый эрозией почв, выражается прежде всего в сокращении мощности гумусовых горизонтов почв, потере питательных веществ, ухудшении физических и биологических свойств почв, недоборе сельскохозяйственной продукции, заилении и зарастании водоемов и других негативных последствиях ( Ахтырцев, Савиченко, 1984; Орлов, Реймхе, Ковалева и др., 1988; Коси-нова, Гантеймурова, Танасиенко, 1993; и др. ). Для создания почвозащитных arpo ландшафтов необходимо научное обоснование для получения наибольшего эффекта от противоэрозионных мероприятий. Поэтому основная цель работы заключалась в изучении и учете развития эрозионных процессов для создания перспективных и совершенствования существующих почвозащитных систем земледелия. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи : 1) выявление региональной специфики проявления эрозионных процессов; 2) оцеи-

ка интенсивности их развития ( степени опасности для сохранения земельных ресурсов ); 3) определение площадных размеров ( масштабов пораженное™ сельскохозяйственных земель эрозионными процессами ), К .<•<■•.• - ■■■' ••

Исследования связаны с плановой темой Института аграрных проблем Хакасии СО РАСХН "Разработать и внедрить почвозащитный комплекс на склоновых землях в условиях проявления дефляции и эрозии". В работе приводятся материалы натурных наблюдений автора, полученные : в ходе маршрутных и полустационарных исследований в Южно-Минусинской котловине за период с 1992-1993 гг., экспериментального исследования в 1994 г. методом искусственного дождевания в Уйбатской степи и в лесостепи предгорий Кузнецкого Алатау ( бассейн среднего течения реки Тея ), материалы наблюдений за смывом почв обрабатываемых склонов за период с 1996-1997 гг. в Ширинской степи и предгорьях Батсневского кряжа. В работе используются данные предыдущих исследований, а также материалы специалистов Института аграрных проблем Хакасии.

В 1939 г. известный почвовед К.П.Горшенин писал : "В Минусинской котловине есть опасность развития и водной и ветровой эрозии. С этой опасностью необходимо безотлагательно начинать борьбу, а там, где эта опасность еще не проявилась, принимать профилактические меры." Первые данные о развитии дефляции в районе Минусинской впадины встречаются в работах Л.И.Прасолова ( 1914 ), Л.К.Стасевича ( 1911 ), М.С.Миретикова ( 1914 ). Основные компоненты природы впадины - геологическое строение, климат, рельеф, почвы, растительность - изучены сравнительно хорошо. Крупный вклад в изучение природных условий и потенциальных сельскохозяйственных возможностей рассматриваемой территории внесла Южно-Енисейская комплексная экспедиция. Научный коллектив экспедиции в течение ряда лет изучал различные стороны природы и сельского хозяйства Минусинской впадины : почвы (Градобоев, Коляго, 1954 ), перспективы развития сельского хозяйства ( Добродеев, 1954 ), ветровую эрозию и методы борьбы с нею ( Громов, 1954 ); в Хакасии : гидромелиоративные мероприятия ( Яворский, 1954 ), лесомелиорацию и полезащитное лесоразведение ( Верховцев, 1954; Фомин, 1954 ). Работы, освещающие отдельные стороны природных условий Минусинской впадины : по

геологии, геотектонике ( Эдельштейн, 1932; Лучицкий, 1960 ), по почвам ( Гор-шенин, 1939; Говар, 1957).

Сотрудниками Хакасской опытной станции в конце пятидесятых - начале шестидесятых годов проводились работы по изучению процессов дефляции почв и разработке приемов борьбы с нею ( П.Ф.Фомин, 1952, 1959, 1962, 1964 ). Изучению факторов смыва и размыва уделялось мало внимания, так как считалось, что эрозия почв в районах обследования проявлялась значительно слабее, чем дефляция. Отмечались лишь наиболее бросающиеся в глаза факты. Необходимо отметить, что в этот период происходило накопление данных об условиях развития процессов дефляции. В 1961-1963 гг. противоэрозионной экспедицией в составе Н.В.Орловского, П.И.Крупкина, М.Н.Польского и др. ( 1963 ) дан анализ природных и хозяйственных факторов эрозии почв, приведены систематика перевеянных почв и краткие сведения о водной эрозии, предложены мероприятия по борьбе с ветровой эрозией почв. В.К.Савостьянов ( 1966 ) в работе "Эрозия почв в Восточной Сибири" отмечает, что "районы Минусинской впадины уже в силу специфических особенностей климата, геологического строения и рельефа заключают в себе потенциальную возможность развития эрозионных процессов .... В годы освоения целинных земель распашка новых площадей велась без достаточного учета особенностей рельефа почв и без применения каких-либо пр о г и в о эр оз и о н н ы х мероприятий. За три года ( 1954-1956 ) только в Хакасии было поднято целинных и залежных земель 425 тыс. га" (стр.9). Комплексные исследования, выполненные в условиях Ширинской степи, представлены в коллективной монографии "Формирование и свойства перевеянных почв" { Польских, Нащокин и др., 1967 ). В данной монографии приводятся материалы по истории формирования перевеянных почв, их свойствам, составу, классификации, отражены особенности их засоления. Научные сотрудники Хакасской опытной станции обобщили многолетний опыт борьбы с дефляцией. В монографии "Почвозащитное земледелие в Хакасии" ( Чебочаков,Берсенев и др., 1974 ) подробно сообщается о полосном земледелии, о способах основной обработки почвы в целях защиты ее от дефляции.

Особенности проявления эрозии, полосное размещение культур, почвозащитная обработка, борьба с эрозией и дефляцией почв при совместном их проявлении, кротивоэрозионные комплексы, внедряемые в Хакасии, описаны в ре-

комендациях "Защита почв от эрозии в Хакасской автономной области" ( 1977 ) и в сборнике научных трудов "Научные основы защиты почв от эрозии в Восточной Сибири" ( 1978 ).

Условия оврагообразования в Южно- Минусинской котловине, развитие, классификация оврагов рассмотрены Р.И.Салюковой ( 1974, 1977 ). Основное внимание в последней публикации уделено склоновым процессам ( возникновению и развитию склонов эрозионной сети ), по словам: автора : "В данной работе сделана попытка рассмотреть оврагообразование в его пространственно-временном разнообразии ... . Важное значение имеет выяснение влияния экспозиции ( солнечной и ветровой ), которые выступают в одном случае факторами, интенсифицирующими процесс, в другом тормозящими его развитие."

В восьмидесятых годах в целях экономического и социального развития страны на 1981-1985 гг. важнейшей задачей в земледелии являлось повышение плодородия почв и урожайности на основе применения зональных научно обоснованных систем ведения хозяйства. В коллективных рекомендациях "Защита почв от эрозии в Восточной Сибири" ( 1981 ) и работе "Зональные системы земледелия Хакасской автономной области" ( 1982 ) на основе анализа и обобщения данных науки и передового опыта предложены системы почвозащитных мер.

С 1971 г. наблюдения за ходом эрозионно-аккумулятивных процессов на степных склонах в Южно-Минусинской котловине ( Койбальская степь ) проводились на базе Новониколаевского степного стационара традиционным методом с помощью металлических реперов. В 1971-1977 гг. они выполнялись И.Н.Рашбой, в 1978-1979 гг. - О.И.Баженовой, ас 1981 г. - Е.М.Любцовой. Информация об ускоренной водной эрозии в Южно-Минусинской котловине содержится в работах И.Н.Рашбы ( 1978 ), Е.М.Любцовой ( 1986 ). Динамике экзогенных процессов посвящена публикация З.А.Титовой ( 1987 ). Закономерности развития малых эрозионных форм ( эрозионных борозд, рытвин, промоин, оврагов ) изучались Е.М.Любцовой ( 1989 ). Эоловые процессы сотрудниками: Института географии СО РАН в Койбальской степи изучались с 1981 г. Интенсивность эоловых процессов оценили З.А.Титова, Е.М.Любцова, С.И.Харахинова ( 1985).

Краткий анализ публикаций по эрозии почв Хакасии позволяет сделать вывод о недостаточной изученности эрозионных процессов. Для такого сельско-

хозяйственного региона ( свыше 1 млн. 759 тыс. га земель сельскохозяйственного назначения ) отсутствуют данные о темпах смыва с пахотных угодий, закономерностях и особенностях развития смыва и размыва ( за исключением Койбаль-ской степи ), эрозионное зонирование земледельческой территории, что позволило бы уточнить систему землепользования и дальнейшее совершенствование почвозащитных агроландшафтов.

Для сбора фактического материала о развитии процессов водной эрозии нами применялся метод полевых геоморфологических экспериментов. Оценка интенсивности поверхностной эрозии на сенокосах и пастбищах в ЮжноМинусинской котловине ( Уйбатская и Койбальская степи ) проводилась с помощью шпилек - металлических реперов ( Балян, Раменский, 1954 ) и по методике В.А.Беляева ( 1976 ). Шпильки устанавливались группами, на каждой площадке не менее 200 штук. Так как точность определения средней величины слоя мелкозема, переместившегося на склоне соответсвенно равняется ± мм,

где п - число шпилек ( Иверонова, 1959 ), точность метода составила ±0,1 мм. Поэтому метод шпилек был использован при определении общей направленности перемещения материала за длительные отрезки времени ( год и более ). Применение этого метода ограничивалось сухими степными склонами южной экспозиции, где подавлены процессы криогенного пучения. Шпильки располагались в пересечениях сети квадратов со стороной в 1 м. Их высота над поверхностью при установке составила 10 см. Всего было организовано 4 площадки ( в районах сс. Весеннее, Куйбышево, Пуланколь, Летник ).

По методике В.А.Беляева в наиболее типичных местах по микрорельефу и травостою закладывались в пределах каждой части склона ( верхняя, средняя, нижняя ) по две постоянные микроплощадки размером ( 50x50 ) см . На склоне северной экспозиции, крутизной 4-12°, 2 км юго-западнее с. Краснонолье было оборудовано 6 микроплощадок и 1,5 км северо-западнее с. Красноозерное, на склоне северо-восточной экспозиции, крутизной 3-10° - 6 микроплощадок. В углах площадки забивались деревянные колышки так, чтобы над поверхностью они возвышались на 2 см. Для измерения смыва и намыва использовался металлический шаблон из толстой проволоки диаметром около 1 см в виде укороченной буквы П длиной 55 см. На длинной стороне шаблона нанесены деления че-

рез каждый сантиметр. Боковые его стороны ( длиной по 5 см ) имеют заостренные концы с зарубкой на 0,5 см от острия. Шаблон устанавливался на деревянные колышки с погружением заостренных концов до зарубки. На площадках все измерения в высоту проводились по двум линиям : верхней - по склону и нижней - через каждые 2 см. Увеличение высоты измерения по сравнению с предыдущим замером свидетельствовало о смыве, уменьшение - о намыве почвы. С