Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эрозия серых лесных почв и миграция биогенных веществ с талым стоком

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эрозия серых лесных почв и миграция биогенных веществ с талым стоком"



ШИРЯЕВА Тпива Николаеве»

ЭРОЗИЯ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ И МИГРАЦИЯ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ С ТАЛЫМ СТОКОМ

Смцшыость 03.MI.li - "Экологи«"

Автореферат диссертации иа соискание учено* степей шипдап селмткшЛспмпы! наук

Орел - 2М4

Диссертационная работа выполнена в лаборатории ландшафтной экологии Института фундаментальных проблем биологии РАН

Научный руководитель - доктор биологических наук В.Н. Демидов

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор АЛ1. Стнфеев, кандидат биологических наук АД. Флссс

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и зашиты почв от эрозии РАСХН.

Зашита состоится ч/^Г» /Нук^^СЛ- 2004 г. в часов на заседании

Диссертационного Совета ЙМ 220.052.01 при Орловском государственном аграрном университете по адресу: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного аграрного университета по адресу: г. Орел, бульвар Победы, 19. Просим принять участие в работе совета или прислать свой отзыв в двух экземплярах, 5зверенных печатью.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь , -

Диссертационного Совета Т.Ф.Макеева

Обтай характеристика работы

Актуальность темы. Сохранение биосферы Земли и почвы, как се незаменимого компонента, является насущной проблемой; стоящей перед человечеством. На сеюдняшний день в области охраны почвы н, в частности, зашиты ее от зрении достигнуты значительные результаты, как у нас в стране, так и за рубежом,

В последнее десятилетне серьезное внимание уделяется исследованиям, направленным на углубленное изучение механизма взаимодействии потоков води и почвы. Особо следует отметить исследования, направленные на раскрытие механизма взаимодействия талой воды с мерзлой почвой. Отличительной особенностью исследований протекания эрозионных процессов при снеготаянии является то, что полученные результаты позволяют более полно понять и раскрыть механизм протекания процессов, а именно, процессов тепломассообмена на границе раздела сред почва-вода-воздух. В нашей стране такие исследования находятся на стадии организации режимных наблюдений. В связи с. этим нами были проведены исследования по изучению закономерностей смыва серых лесных почв в период весеннего снеготаяния и выноса биогенных элементов (Ы, Р^Оь КзО) потоками талой воды.

Цель работы. Изучить закономерности смыва серых лесных почв -при снеготаянии и миграции биогенных элементов с целью разработки методов количественной опенки величин эрозионных потерь почвы.

Для достижения поставленной пели требовалось решение следующих плач:

• выявить закономерности смыва мерзлой и оттаивающей почвы потоками талой воды;

• определить величину размывающей скорости потоков на основании изучения ' механизма протекания процессов массообчена;

• оценить интенсивность миграции биогенных элементов с талой водой.

Научная новизна работы: I. Установлена зависимость мутности потоков талой воды н интенсивности смыва почвы от температуры воздуха и состояния верхнего слоя почвы. Впервые получена зависимость интенсивности смыва почвы от скорости потока воды и среднесуточной температуры воздуха.

3. Проведена оценка связи размывающей скорости потока с показателями протпвозрознонной СТОЙКОСТИ почвы.

4. Построена карта-схема среднего смыва серых лесных почв с зяби для нейтральных районов ЕТР.

5. Впервые оценена интенсивность миграции биогенных элементов в зависимости от расхода талой воды в потоке.

Практическая значимость исследований

Результаты исследований могут быть использованы при оценке потенциальной опасности эрозии почв и проектировании противоэрозионных мероприятий на серых лесных почвах ЕТР. Модифицированная модель среднего смыва почвы от стока талых вод может служить основой для создания компьютерной программы проектирования противоэрожонных мероприятий па расчетной основе.

Результаты исследований миграции бнофильных элементов с талым стоком могут быть использованы для прогноза горизонтальной их миграции с жидким стоком в агролакдшафтах.

Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертационной работы, от проведения полевых экспериментальных наблюдений да—анализа—и-об|

полученных результатов, выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Основные положения, выносимые на защиту: <

1. Установление закономерностей разрушительного воздействия потоков талых вод на почвенный покров,

2. Определение значений разрывающей скорости потоков талой поды в зависимости от показаний среднесуточной температуры воздуха и расчет потерь почвы.

3. Показатели противоэрозионной стойкости серых лесных почв и их практическое значение для оценки величин смыва.

4. Экологическое значение оценки механизма миграции биогенных элементов с талой водой.

Апробация работы -

Основные результаты исследований обсуждались на; конференции молодых ученых (Пушино, 1999), Международной научной конференции «Изучение и охрана биологического разнообразия ландшафтов Русской равнины» (Пенза,. 1999), Международном Симпозиуме «Функции почв в биосферно-геосферных системах» (Москва, 2001), Международной научной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие» (Пушнио, 2001).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы и 1 работа прилета к опубликованию.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 141 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (158 источника, в том числе 13 зарубежных авторов) и 5 приложений. Работа иллюстрирована 30 рисунками и 10 таблицами.

Содержание диссертации

Введение, Рассматривается проблема сохранения почвы, как части биосферы. Сравнивается уровень развитая эрозионных исследований в нашей стране в настоящее время и в прошлом.

Глава 1. Исследования процесса эрозии почв при снеготаянии на современном этане

В первой главе приводятся сведения о современном состоянии исследований эрозионных процессов. Рассматриваются общее понятие водной эрозии и особенности процесса смыва почвы при снеготаянии. Сделан подробный анализ основных матечагтических моделей расчета потерь почвы, вызываемых талым н дождевым стоком. В последнем разделе главы дается понятие противоэрозионной стойкости почв (ИСП) и анализируются. основные факторы, обуславливающие устойчивость ее к размыву.

Глава 2. Объект н методы исследований

Объектом исследования служили серые лесные почвы разной степени смьггссти. расположенные на территории опышо-полевой станции Института фундаментальных i

проблем tinu.ioniH (ИФПБ) РАН (вблизи г. Пущин» Московской области). Территория района исследований находится в северной части лесостепиой зоны с преобладанием jpotnit почв от стока талых вод. Полевые наблюдения проводилась с 1999 по 2001 годы на склоне юго-восточной экспозиции водосбора малой р. Любожихи (правого притока р, Оки), Почвенный покров части склона представлен слабо» н среднесмытыми серыми лесными почвами,' Содержание гумуса в пахотном слое — 2,0 - 2,3%- Сумма поглощенные оснований - 12,5 - 18,9 мг-эквЛОО г почвы, pH-6,S-6,8. Гумусовый

гори юнг по гранулометрическому составу тяжелосуглинистый. Плотность сложения пахотного горизонта варьировала в годы исследований от 1,14 г/см1 до 1,34 г/см1, Лгрофон — зяблевая вспашка на глубину 20-22 см и посев озимой пшеницы.

Плотность сложения почвы определялась в точках отбора образцов на влажность по методу Качи некого в 3-кратной новторностн (Вадюннна, Корчагина, 1973). Порочность агрегатов почвы определялась керосиновым методом. Средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов (J,, м) талой почвы и в потоках определялся по методу Саввинова путем мокрого просеивания почвы на сктах при се исходной влажности. Сцепление почвы (г/кг) - методом Цытовича при исходной влажности после быстрого затопление ее поверхности и насыщения ее до водовмсстимости.

Определение гидравлических параметров потоков (расхода воды, глубины н живого сечения потока, средней скорости потока) и интенсивности смыва почвы проводились в полевых условиях. Расход воды в потоках определялся путем взятия проб талой воды та определенное время и измерением ее объема мерным цилиндром. Глубина потока измерялась через каждый сантиметр по его ширине линейкой с «полня нш ком». Площадь живого сечения определялась планиметром по соответствующему рисунку на миллиметровке. Расчет средней скорости потока производился делением расхода на площадь живого сечения. Дтя расчета интенсивности смыва почвы отбирались пробы воды определенного объема на мутность.

В связи с тем, что глубина потоков была разная, средние скорости потока (V) переводились в дойные по формуле Гончарова (1954):

V4~l,25V/lg(6,15 Н/Д), (1)

где 11 - глубина потока, Д - высота выступов шероховатости дна (Д=0,7Л„).

Касательное напряжение потока у дна (т, н/м2) рассчитывалось по формуле (Кузнецов, Гендугов, 1997):

T-O.OÎpoVi1, (2)

где pj - плотность воды (1000 кг/м*).

Смыв почвы при снеготаянии определялся по уравнению потерь почвы, разработанному сотрудниками кафедры эрозии почв,МГУ (Kuznetiov eual., 1998) с учетом параметра ßp Уравнение имеет следующий вид:

(3)

где <j - интенсивность смыва почв, г/м**с; т - касательное напряжение потока па поверхность почвы, н/м*; t\ - соответственно, скорость и донная размывающая скорость потока, м/с; и - постоянная, определяемая экспериментально; ЬР — параметр массобмена при скорости, равной размывающей, т.е. Bp-(qV/x)p.

Температура воды в потоке, поверхности почвы, воздуха измеряли ртутными термометрами.

Содержание в талой воде N-KOj" н N-NII4* определялось с помощью нонселективных электродов. К* - пламениофотометрическн и PjOj — колориметрически с аскорбиновой кислотой (Агрохимические методы..., 1975; Киселев и др., 19S3).

Математическая обработка экспернмпггальных данных проводилась па ПК с использованием программ «Microsoft Excel» и «SigmaPlot».

В наших расчетах были использованы данные среднесуточной температуры воздуха, предоставленные сотрудниками Биосферной станции Приокско-Террзсиого заповедника.

Глава 3. Закономерное™ развития эрюнонных процессов при скеготаанин и методы их оцеикн

3.1. Особенности протекания процессов снеготаяния И интенсивности смыва почвы. Провезенный анализ результатов наших наблюдений за скоростью воды в потоках н интенсивностью смыва почвы на зяби по дням в 1999 и 2000 тт. (в 2001 г. стока не было) показал, что динамика снеготаяния и процессы формирования смыва почвы имеют общие закономерности. Следует отметить, что каждый год может иметь свои индивидуальные особенности. В наших исследованиях в 1999 г. процессы эрозии протекали более интенсивно. Величины интенсивности смыва в этом году были на порядок выше, чем в 2000 г. Однако, если сравнивать интенсивность процессов в пределах одного года, то можно заметить, что закономерности поэтапности формирования смыва присутствуют.

Данные за отдельные дни делились нами на две группы. Так, 30 марта 1999 г. одна труппа данных отражала резкое увеличение интенсивности смыва с 143,2*10'' до 597,0*10"' кг/м*»с в сравнительно небольшом диапазоне изменения донных скоростей потоков (от 7,4 до 9,2 см/с). Это связано с быстрым оттаиванием верхнего слоя почвы и последующим обрушиванием берегов ручьев. Другая группа данных характеризовала небольшую интенсивность смыва (от 33,0*10"' до 88,6*10'5 кг/м^с) при достаточно высоких скоростях потоков (от 13,1 до 18,1 см/с). Эта группа данных, так же как и данные за 31 марта 2000 г., характеризуют начальный период снеготаяния, когда почва еще не оттаяла н потому обладает высокой устойчивостью к размывающему действию потоков талой воды (табл. 1).

Таблица 1

Показатели интенсивности смыва почвы (ф и донных скоростей потоков (Уд) на зяби

Лага Время, Уд, см/с I ч*10% Дат* Время, Ул,си/с

час-мви 1 кг/ч * с чяс-мя» кг/и'* с

1999 ГСП 2000 гол

30 марта 14-32 18,1 42,2 31 марта 12-50 13,9 6.7

14-50 14,8 88.6 13-30 9,7 5,2

15-28 13,1 52,0 15-20 7.1 1,8

16-05 14,7 33,0 15-« 7.5 4.0

16-10 6.6 1.4

30 марта 12-20 8,7 235,0 1 апреля 10-30 6.9 1,9

12-И 83 143,2 11-10 8,6 3,0

13-06 7.4 283,2 11-35 10,7 и

14-19 8,4 165,8 13-10 10,6 27

15-52 9А- 597,0 13-45 11,1 37,3

15-30 11,9 80,7

31 марта - 11-17 9,6 80,6 2 апреля 11-20 11.1 52,0

12-08 гл 41,6 • 12-10 13.2 75,5

16—13 - 7,0 9,8 13-40 10,3 зи

12-21 . - 16 194.8 14-40 8.0 15,8

12-15 - 9,6 104,6

12-55 ■ 7.6 35,8

2 апреля 10-50 6.7 120,6

11-13 . 17,4 139,4

11-30 , 13,5 126,4

13-27 19.1 313,0

Среднее 11,4 1393 93 23

Дни 31 марта, 2 апреля 1999 г. и 1 апреля 2000 г. соответствуют наиболее опасному в эрозионном отношении периоду, когда смыв почвы максимален. В эти дни

наблюдалось возрастание скоростей и, соответственно, увеличение- интенсивности смыва почвы. 1

2 апреля 2000 г. был последним днем формирование потоков. Этот день типично характеризует заключительную фазу снеготаяния, коп» потоки двигаются по уже намытым руслам и постепенное снижение скоростей ведет к постепенному снижению смыва почвы.

Известно, что растительный покров обладает важными почвозащитными свойствами. Растения, благодаря своей надземной массе и корневой системе, оказывают определенную роль в снижении смыва почвы, С целью изучения влияния растительности на повышение противоэрознонной стойкости серой лесной почвы в 1999 году 31 марта, 1 и 2 апреля проводились исследования на поле с посевом озимой пшеннцы (табл. 2). '

Анализ результатов полевых наблюдений на эяби и озимых в 1999 году показал, что на поле с посевом озимой пшеницы эрозионные процессы протекали несколько иначе, чем на зяби. Хотя, в целом, динамика снеготаяния по рассмотренным выше этапам на примере зяби носила аналогичный характер. Средняя интенсивность смыва почвы на зяби в 1999 году составила 139,3x10"* кг/ы'хс, а на поле с посевом озимых этот показатель был несколько меньшим и составил П 6,4x10"5 кг/м'хс. При этом среднее значение донной скорости потоков на зяби составила . 11,4 см/с, в то время как на озимых оно равнялось 8,7 см/с (табл. 1, 2). Меньшие значения скоростей потоков и величин смыва на озимых по сравнению с зябью говорят о том, что растения озимой

пшеницы ' ослабляют эродирующее воздействие потоков талой воды на почвенный . покров в период снеготаяния,

3.2. Зависимость мутности потоков талой воды н интенсивности смыва на зяби от температуры воз' духа и поверхности почвы. Температурный режим, складывающийся в период снеготаяния,, играет ведущую роль^в формировании стока талых вод. От температуры воздуха будет зависеть интенсивность таяния снега и, соответственно, водоотдача из него. При резком нарастании дневных н повышении среднесуточных температур - воздуха процессы снеготаяния проте' кают наиболее интенсивно, что в свою очередь способствует быстрому формированию- ручейковой сети. Роль температурного режима выражается в наибольшей степени при освобождении почвы из-под снега. В это время начинается оттаивание почвы с поверхности, и при наличии потоков она подвергается интенсивному смыву. Одним из показателей, характеризующих. интенсивность выноса почвы потоком, является' содержание почвенного мелкозема в потоке (мутность веды в

Таблица2

Показатели интенсивности смыва почвы (ф и донных скоростей потоков (Уд) на посевах озимых в (999 г.

Дата Время, ЧхЮ,

час-мин «м/с кг/м'хс

31 марта 14-55 16,6 581,2

16-32 8,6 250,0

15-30 6Л 20,6

15-57 7.5 ' 12,0

16-27- 6,0 9Д

1 апреля 11-17 8.9 7-1,8

12-3 Я 8,0 69,4

14-45 13.6 217,6

П-42 3.4 2.6

15-01 13,9 138,2

11-30 9,9 118,6

11-55 7,8 28.6

14-22 8,4 217,0

15-15 11,3 180,0

2 ал ре.ли 11-50 8,5 93,0

12-26 6.2 98.6

12-58 4,3 38.2

13-17 5,9 66,4

14-55 10,6 43,8

15-29 67,8

Спел нее 3,7 116,4

потоке). Естественно, что этот показатель будет зависеть как от температуры воздуха, так и от температуры поверхности почвы.

В связи с этим, нами провешен аналог данных содержания мелкозема в воде н температуры воздуха и почвы в верхнем 0-5 сантиметровом слое. Анализировались результаты как наших исследований (1999, 2000 гг.), так н имеющиеся литературные данные за 1986 н 1996 гг. (Кузнецов, Демидов, 2002).

На рисунках I и 2 показана зависимость мутности потоков от температуры воздуха и почвы, соответственно. Из рисушюв видно, что содержание мелкозема в веще нарастает в диапазоне температур от 3,5 до 10° для воздуха н от 1° до 8® дая почвы. В дальнейшем мутность потоков не зависит от температуры. В наших исследованиях при температуре воздуха около 10,4° и при температуре почвы около 9,6° имело место полное оттаивание почвы, и потому дальнейший отрыв почвенных части восил характер, не зависящий от температурных показателей. В этот период существенное вяияине на насыщение потока ыелкогемом оказывают другие факторы, такие как скорость потока, сформнрованностъ русла, обрутенве почвы берегов н др.

-4 * ♦

у-1

-

1 1

10

15 20

р, На

2$

30

К

Рмс.1. Зависимость мупюств потоков на зяби (р) от температуры воздуха (І) в 1986,1996; 1999,2000 гг.

112

г!

2 2

: 1

♦

• 1 ..

г-І,9Ьа(і) + 4,85 И* - 0,76

* ■ і ■ 1 К» • 1

11- 1 і

і

ю

р.2?/-

30

Рис. 2. Зависимость мутности потоков на зкби (р) от температуры открытой почвы (і) в 1986,1996,1999,2000 гг.

№ графиков видно, что обе -зависимости описываются логарифмическими уравнениями. Однако следует отметить, что ..зависимость мутности потоков от температуры почвы имеет более тесную связь (1^0,76) по сравнению с зависимостью мутности от температуры воздуха (^0,63). Бмее низкое значение коэффициента детерминации для зависимости мутности потоков воды от температуры воздуха в отличие от зависимости мутности от температуры опертой почвы можно объяснить тем, что температура воздуха влияет на формирование мутности опосредованно, через температуру почвы. ;

Аналогичные зависимости были получены при изучении влияния температурных показателей на интенсивность смыва почвы (рис. 3 и 4)., .

4*10*. кгУм1*«:

Рис. 3. Зависимость иіггенснвікили смыва почвы от температуры открытой почвы (1) на эябн в 1986,1996,1999,2000гг.

Рис.4. Зависим ость интенсивности смыва (ч) от температуры воздуха (0 иа мби в 1986,1996,1999,2000 гг. .

ЗД Зависимость мутиоста от рісіолі воды в потоках. Анализ результатов наблюдений, проведенных нами в 1999 и 2000 гадах на зяби и озимых и данных, полученных на зябн в 1986 н 1996 годах М.С. Кузнецовым н II.Н. Демидовым (2002), показал следующее (рис. 5 ы 6).. , .

о

Мутность талой воды в потоках, как на зяби, так и на озимых возрастает с увеличением ее расхода. Эта закономерность описывается линейными зависимостями, представленными на рисунках.

Рис. 5. Зависимость мутиости {р) от расхода воды в потоке (О) на зяби (1986,1996,1999,2000 гг.)

2« 15 10 5 0

!

♦ * ♦ ^ 1 1 ■ . 1

1

♦ у=17,65х+2Л 1

К'= 0,78 '

0.2

0,4 0,6

О, Л/с

03

Рис. 6. Зависимость мутности (р) от расхода воды в потоке (О) на озимых в 1999 г.

3.4. Определение донной размываюшей скорости потока по жспериментальньш данным. Одним из основных количественных .параметров, характеризующих противоэрозиенную стойкость почвы, является донная размываюшая скорость потока волы. Этот параметр является наиболее объективным показателем, характеризующим механизм протекания эрозионного процесса.

Для нахождения донной размывающей скорости потока результаты наших нолевых наблюдений н имеющихся литературных данных были разбиты на группы с учетом сходимости среднесуточной температуры воздуха в дни исследований (табл. 3). Нами бьтн выделены следующие интервалы среднесуточных температур воздуха: до 3е С; ог 3® до 4° С; от 4° до'4,5е1 С; 4,5° и 5° С и свыше 5® С. Шаг разбиения составил 0.50,6°С (табл. 3).

Анализ данных, представленных в таблице 3 показывает, что период весеннего снеготаяния, когда среднесуточная температур воздуха находится в интервале 4-5° С, является наиболее опасным в эрозионном отношении. В почве в это время после циклов промерзания-оттаивания нарушены структурные связи. При опаивании она становится чрезвычайно податливой к эродирующему воздействию временного водного потока. До этого интервала (4-5" С) для отрыва почвенных частиц необходима

большая. размывающая скорость, а, следовательно, почва обладает большей ПротіїВОЭрОЗИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ, вследствие 101 о, что «на находится в мерзлом или слабомерзлом состоянии. После же установления среднесуточной тсчперат>ры свыше 5е С почва, как правило,. находится уже в оттаявшем состоянии. Русла временных водных потоков сформировались, а выступы шероховатости дна имеют минимальную величину. Поэтому для отрыва почвенных частиц требуется большая размывающая скорость. Наибольшее значение этою пока>аіеля - 15,1 см/с нами получаю при среднесуточной температуре 5,5-5,6° С.

Таблица 3

Показатели среднесуточной температури воздуха, значения дойной разчываюшей

скорости (V<j) и параметра на з«бп и озимых

Дата Средиесуто ЧІІЯП температура*, *С' Удр, cWc 11,x10і

Зябь

1 апреля 2000 г. 2.9 8,4 0,004

28 и 29 марта 1986 г. 3.5 и 3,9 10,7 0.06

7и8апреля J996r. 4,3 н 4,4 4,4 0.14

3 t марта 1999 г. и 2 апреля 2000 г. 5 и 4.9 7.7 0.02

30 марта и 2 апреля 1999г. 5,6 н 5.5 15,1 0.51

• Озимые

31 марта, I и 2 апреля 1999 г. 5; 5,4; 5,5 6.3 0.07

Примечание: — использовались данные срелі«есуіочнь(кіеміі(раї}р воід>ха, паїучснние

на Биосферной станции Приомко-Террасно*о заповедника.

Анализ результатов определения лонной разминающей скорости но эксперимeiгтальиым данным, полученным п 1999 юду в потоках на ноле с озимой пшеницей, показал, что среднесуточный температурный режим (5°-5,5п С), складывающийся в дни наблюдений 31 Mapia, 1 и 2 апреля, mменялся в пределах 0,5° С. В силу этого, данные за эти дни били объединены в одну ipjiniy (табл. 3). В результате графического определения было получено значение донной размыкающей скорости, равное 6,3 см/с. Относительно низкое значение Удр объясняется тем, что почва при подготовке к посеву подвергалась неоднократным обработкам агротехническими орудиями. Это способствовало ее распылению и, как следствие, уменьшению диаметра почвенных агрегатов. Результаты определения рлчера средневзвешенного диаметра водопрочных atpeiaToe талой почвы на посевах с озимыми в 1999 году показали, что они били равны 0,42 мм, в то время как на почке, вспаханной под зябь—0,6t мм,

3.5. Параметр мяссообмена (Вр) и но значенне п опенке счыва почвы талыми водами. Параметр Вр — ото параметр массообмсна, нрн скорости, ранной размывдюшей, т.е. О нслесообрашости использования данною нарамора и

о ею связи со среднесуточной температурой впервые Сило указано М.С. Кушсновым с соавторами (Kuznetsov et al„ 1998). Исслсдонателн разработали математический подход к определению Вр» Согласно этой методике на первом этане подтиер делается наличие экспоненциальной связи между параметром массооСмена <qV/i)) и энергетическим параметром потока (V^VVa3). Далее конкретное значение Вр можно полупи и по графику зависимости 1п(Вр) от (Уде'/Ул2)- Анализ зависимости !п(НР) or (V^/V,^) подтвердил наличие экспоненциальной связи между интенсивностью счика терм оэрозионн ого типа и отношением квадратов скоростей. Конкретные значения параметра Bf, полученные нами, предстзплени в таблице 3.

В связи с тем -по, экспериментальное определение параметра 1)р достаточно трудоемко, а в то же время при расчете величин смыва почвы необходимо иметь этот показатель, нами после получения ■■ конкретных значений Вр был проведен анализ изменения указанного • параметра в зависимости от значений среднесуточной температуры воздуха. Как видно на рисунке 7, с повышением температуры происходит плавное увеличение значений параметра В^. ,

Таким образом, располагая показаниям и среднесуточной температуры воздуха можно рассчитывать, значения; параметра Вр,. являющегося важным аргументом -уравнения потерь почвы - при -снеготаянии, разработанногосотрудниками кафедры эрозии почв МГУ.

Рис. 7. Зависимость параметра (Вр) от среднесуточной температуры воздуха (О

3.6. Верификация уравнения потерь почвы при спсгогаямнп. Верификация' уравнения 3 проводилась по данным полевых наблюдений, полученных нами в 1999 и 2000 гг., и по литературным данным (Кузнецов, Демидов, 2002) за 1986 и 1996 гг. Анализировались различные гидравлические параметры потоков, интенсивность смыва, величины донной размывающей скорости, полученные по методике М.С.Кузнецова (1981), значения параметра Вр с учетом показаний среднесуточной температуры воздуха. , . -

В результате преобразования вышеуказанного уравнения и подставления найденных нами значений эмпирического коэффициента а были получены зависимости, описывающие величину смыва почвы, следующего вида: для зяби

.0,24-

V 1

при Улр'/Уд^! и

186.15-—' ' д

9=2,8 10 ' приУдр1^!

(4)

«86.15^

для озимых

д = 2,75 »Я« и

"л

(£6.1

, Д

я = 0,03 " Гр° ехр(-0а4-*Н при У^/уМ

(5>

(6)

<7)г

1£б.15т~ Л !

Относительная ошибка расчета ло формулам 4, 5 и б, 7 при указании* выше значениях: Вр н Vjp составила по модулю 46,3% - для зяби н 43,3% - для озимых. Коэффициент корреляции между экспериментально полученными значениями интенсивности смыва и рассчитанными по вышеуказанным зависимостям значениями интенсивности смыва равен 0,8 для зяби (рис. 8) и 0,89 для озимых (рис. 9).

Таким образом, нами было верифицировано уравнение, позволяющее рассчитывать интенсивность смыва почвы в период весеннего снеготаяния.

350

300

250

^ 100 о1

ISO

100 50

о

Рис. 8. Зависимость между экспериментально полученными (q) и рассчитанными (qp) значениями интенсивности смыва почвы на зяби-

Ч

Рис. 9. Зависимость между экспериментально _ полученными (ц) и рассчитанными значениями интенсивности смыва почвы на поле ■ под озимой пшеницей

3.7.' Влняпне своНст * почвы иа величину смыва мри снег о гаяним. В настоящее время для прогнозирования величин смыва почвы при снеготаянии наиболее разработанным и экспериментально обоснованным является уравнение Г.П. Сурмача (1979). В связи с этим нами был проведен анализ зависимости между различными коэффициентами этого уравнения (/*«, Рші. /V <«.. Рщ. 7) и теоретически обоснованными М.С. Кузнецовым и В.М. Гендугоаым (1997) величинами размываюшей скорости потока (табл. 4). Вышеуказанные коэффициенты хорошо отражают почвенные свойства и характеризуют противоэрозионную стойкость почвы (II).

■ Проведенный нами анализ показал, что средняя по глубине величина размывающей скорости (У?) потока талой воды связана с показателем II

....... "hv- 1 (Ш95*-2Л01:

і.. ■ К1 - ОД *"Г -

іГ4*^ t -і — ♦ # І------ -----^ .

0 100 • 200 300

экспоненциальной зависимостью. Для слабосмытых поча эта зависимость описывается уравнением вила: • ' '

11=42,73е-|ШУ» . (в)

Аналошчныс зависимости нами 6u.ni получены для несмытых, срелнссмытых, силыюсмышх и весьма сил ыюсмытыч почв.

Таблица 4

Исходные значения почвенных коэффициентов (/V Л«!, <ч, Р1 Сщ), эро ¡ионного коэффициента (т) уравнения Г.П. Сурмача (1979) для расчета смыва, вшиваемою стоком талых вод, н величины рлчывающей скорости для разных типов поча

Тип >(№1ЬЯ Г„м/с | Р. І Р.„ I у | П, | П, | П, | П, | П,

Леї чіово-лолкписпіе на моренной н десовнлном суглинках

3«С(. 0,19 1,23 0,95 4.00 4.67 5,06 5.66 6.31 7,01

Шииые 0.24 1,23 0,45 1,40 1,64 1.77 1,98 2.21 2,46

Мплрми 1 г. 0,24 1,23 0,95 - 1.80 2,1 2,28 2.55 2,84 3,16

Мн.трти И г. 0,54 1,23 0.95 0,42 0,49 0,53 0.59 0.67 0,75

Серзі лесШЯ

Зябь 0.19 1,15 0,95 4,00 4.37 4,72 5,29 5.90 6.55

0)нмие 0,24 1.15 0.95 1.40 из 1,65 1.85 2.07 230

Мп.трэвы 1 г. 0,24 1,15 0,95 1,97 2,12 2.38 2.66 2,95

Мн.тгзви II г. 0.34 1,15 0,95 0,42 0,45 0,49 0,55 0.61 0,69

Каштаніївая

0,17 1,15 0,95 4,00 4,Ї7 4,72 5,29 5.90 6.55

Оіичьіс 0.24 1,15 0,95 1,40 1,53 1.65 1,85 2.07 230

Мп.ірми 1 г. 0.24 1,15 0,95 1,80 1,97 2.12 238 2.66 2.95

Ми.іравн 11 г. 0.34 1.15 0,95 0,42 0,45 0.49 0.55 0.61 0,69

Светло-каштановая

0.13 ЮЗ 0.95 4,00 4.67 5,06 5.66 631 7.01

Оіичьіс 0124 1,23 0.95 1,40 1.64 1,77 1,98 2,21 2.46

Мн .травы 1 г. 0.24 1,23 0,95 1,80 V 2,28 2.55 2.84 3.16

Мн.травы II г. 0.Ї4 1,23 0,95 0.42 0,49 033 0,54 0,67 0.75

Чернотеи типичный мошиый н обыкновенный

Зібь 0.19 1,00 0,95 4,00 3.8 4.1 4.М) 5,13 5.70

(Нины« 0.24 1,00 0,95 1,40 'г» 1,44 1,61 1,80 1.80

Мчлрзви 11. 0.24 1,00 0,95 1.80 1.71 1.85 2.07 2.31 2.57

МндрЭВЫ II г. 0,34 1.00 0,95 0.42 0.39 0.43 0,47 0.51 0.59

Нричечлиие: II), И*. II), 1Ц, П^-соотктсткпно, несмыгые, слабо—, средне-, сильно —и весьма сильиосмытые гючеы.

Ц связи с тем, что установлена существенная связь между этими показателями, мы попытались заменить почвенные показатели уравнения Г.П. Сурмача на показатель, характеризующий нротивоэрозноннуто стойкость почвы (П), разработанный нами. Это связало с тем. что размывающая- скорость, на .наш взгляд, наиболее полно характеризует устойчивость почвы.к размыву. Подставив,полученный показатель, связанный экспоненциальной зависимостью с размывающей скоростью потока, в уравнение Г.П. Сурмача (1979,1992), мы получили следующее уравнение:

где.ІСл — средняя величина смыва ог стока талых вод на отрезке склона (гг=75 м) на. расстоянии і от водораздела, т/га; К, гир — эмпирические коэффициенты, зависящие от -вомслывасмоП кулыуры, от* направленняі рядков.относительно. горизонталей ■ н

состояния поверхности почвы; Р - уклон отрезка а (Р=Ща), град - средний многолетий (или годовой) слой стока талых вод с разных сельскохозяйственных угодий или сток заданной обеспеченности, мм; і - показатель степени прн Р, к -постоянный коэффициент, определяемый расчетным путем; А - коэффициент, характеризующий влияние агротехнически* и лесомелиоративных приемов на уменьшение стока и смыва. Дая зяби П-6,03, для озимых и многолетних трав 1 г.п. П"1,8б и для многолетних трав И г.п. П-0,51,

Проверка модифицированного уравнения Г.П.Сурмача проведена по результатам обобщения литературных данных величин стока талых вся и смыва почвы с 1964 по 1997 годы. Отклонение расчетных значений среднего смыва почвы от фактического не превышало 18%.

На основании карты-схемы изолиний среднего стока талых вод на зяби, разработанной М.С. Кузнецовым и В.В. Демидовым (2002), и с использованием модифицированной формулы (9) нами были рассчитаны средние значения смыва серых лесных почв ЕТР на зяби в период снеготаяния и построена соответствующая карта-схема (рис. 10). На карте-схеме видно, что нарастание величин среднего смыва почвы происходит с юга на север. Картг-схема может быть использована для практического применения в целях прогнозирования смыва почвы и проектирования различных противоэрозиен ных мероприятий.

Глава 4, Миграция Биогенных веществ с талым стоком Применение тех или иных приемов и мероприятий не всегда бывает эффективным в отношении снижения выноса химических веществ со стоком воды и смываемой почвой (Шатилов и др., 1974; Рындыч, Лвтушенко, 1987). Поэтому для всестороннего обоснования рационального и экологически сбалансированного применения минеральных удобрений на склоновых землях и разработки мероприятий по охране почв важно располагать данными о потерях биогенных веществ с поверхностным твердым и жидким стоком.

Нами были проведены исследования по изучению закономерностей выноса ajoia, фосфора и калия с поверхностным стоком талых вод в период весеннего снеготаяния. Наблюдения проводились в полевых условиях одновременно с изучением

гидравлических параметров потоков и определения их эрозионных характеристик. Причем на период проведення наблюдений на* данном склоне в течении 5 предшествующих лет не вносилось минеральных и органических удобрений.

Нами анализировались, изменения концентрации азота, фосфора и калия в зависимости от расхода талого стока. Результаты анализа показали, что максимальные концентрации соответствуют минимальным расходам талой воды. При возрастании расхода наблюдается снижение содержания химических веществ в талой воде. Это иллюстрирует приведенный ниже графический анализ зависимости концентрации нитратного азота от расхода талой воды.-. '

На рисунках И и 12 показано изменение концентрации ЬШОГ от расхода волы в потоках талой воды, соответственно, на зяблевой вспашке н посевах озимой пшеницы. Как видим, характер изменения концентраций N-N01" в обоих вариантах близкий. При этом следует отметить, что при расходах воды близких к 1 л/с концентрация N-N01" в талой воде стабилизируется на уровне 1 мг/л.

3

и %2

а

і'

05' О

О ОД 0,4 ПА 0,8 I

Рис. 11. Зависимость концентрации (С) N-N01' от расхода талой воды (О) на склоне с зяблевой вспашкой.

5

4

I

СГ 2

I

о

' 0 0.2 0,4 0,6 0.8 1

Q,.Vc

Рис. 12. Зависимость концентрации (С) N-N0)" от расхода талой воды (Q)

па склоне с посевом озимой пшеницы.

Характер изменения концентрации N-NH** от расхода близок к изменениям N-NOf (рис.13, 14). Отличие заключается в величинах концентрации. Оки у N-NH<+ значительно ниже, по сравнению с диапазоном концентраций N-NO)". Тем не менее, можно констатировать, что, так же как и в первом случае, при расходах талой воды близких к I л/с, концентрация N-NH«* стабилизируется на уровне 0,1 мг/л.

-... - 1 "imc?" r'-O.SI

»

Г-"

1

Рис. 13. Зависимость концентрации (С) N-NH4* от расхода талой воды (Q) на склоне с зяблевой вспашкой.

Q,a/c

Рис, 14. Зависимость концентрации (С) N-NH«* ог расхода талой води (Q) на склоне с посевом озимой пшеницы.

Во всех случаях анализа зависимость концентраций форм азота от расхода воды хорошо описывается степенными зависимостями и характеризуется высокими величинами достоверности аппроксимации (R1).

Рассмотрение содержания P;Oj в талой воде в период весеннего снеготаяния показало, что в отличие от приведенного выше материала по азоту, здесь не наблюдается четко .выраженной закономерности. Это можно объяснить тем. что фосфор менее подвижен, и в силу этого изменение его концентрации не будет зависеть от расхода воды.

Анализ содержания KiO в воде талого стока показал, что зависимость его концентрации от расхода воды занимает промежуточное положение между агаюч и фосфором. Закономерность изменения концентрации практически одинаковая как прн стоке воды на вспашке, так и на поле с озимыми. При этом, начиная с величины расхода волы 0,8-1 л/с н выше, концентрация KjO стабилизируется на уровне 0,5-0,6 м г/л.

Следовательно, провезенные исследования показали, что на склоновых землях, где длительное время не вносились минеральные и органические удобрения, концентрация биогенных веществ в талом стоке, в первую очередь, зависит от нх содержания в снеге перед снеготаянием,

выводы

1. Аналігз дневной динамики снеготаяния на зяби и на поле с посевом озимой пшеницы покатал, 'по разрушение почвенного покрова определяется энергетическими характеристиками потока, между интенсивностью смыва почвы и донной скоростью потоков наблюдается линейная зависимость. • -

2. Результаты проведенных исследований и анализ литературных данных позволили выявить, что смыв почвы талыми водами, .как правило, идет по термоэрознойному типу. При этом установлено, что величина параметра массобмсна (Вр) зависит от среднесуточной температуры воздуха. * '

3. Сопоставление полученных значений донных размывающих скоростей потоков на зяби со значеннями среднесуточных температур воздуха позволило выявить наиболее опасный в эрозионном отношении период весеннего снеготаяния, когда среднесуточная температура воздуха составляет 4-5® С. В указанном интервале температур почва имеет наименьшую противоэрозионную стойкость.

4. Наиболее устойчива. почва к воздействию потоков талой воды при среднесуточной температуре воздуха выше 5° С.

5. Проведена верификация теоретического уравнения потерь почвы, разработанного сотрудниками кафедрой эрозии почв МГУ, где использовались полученные нами значения В? и н показания среднесуточной температуры воздуха.

6. Установлена связь между величинами размывающей скорости потоков (Vp) талой воды для разных типов почв и произведением параметров (/*„, Р, iu, Р, t„),' характеризующих почвенные свойства, и значениями эрозионного коэффициента (у) уравнения Г.ІІ. Сурмача. Это позволило модифицировать данное уравнение. Отклонение расчетных значений величин смыва почвы от фактических не превышало 18%. ....... -

7. Построена карта-схема среднего смыва' серых лесных почв с зяби для центральных районов ЕТР, в основу. которой положены рассчитанные по модифицированному уравнению величины смыва.

8. выявление закономерности изменения концентрации калия, нитратного и аммонийного азота в талой воде от се расхода показало, что на склоновых землях с зяблевой вспашкой н посевом озимой пшеницы без длительного внесения удобрения вынос биогенных вешеств с талым стоком будет зависеть, главным образом, от их содержания в снеге. '

і Практические рекомендации'

Результаты исследований смогут быть использованы при оценке потенциальной опасности эрозии почв на серых лесных почвах ЕТР. Удовлетворительная верификация уравнения потерь почеы при снеготаянии, разработанного сотрудниками кафедры эрозии почв МГУ, позволяет продолжать работу по ее совершенствованию и последующему внедрению в практическое использование. Модифицированная модель среднего смыва почвы от стока талых вод и полученная карта-схема могут использоваться для разработки компьютерной программы в целях проектирования проти воіро тонных мероприятий на расчетной основе. .

Результаты исследований концентрации биофильных элементов в талом стоке могут быть использованы дія прогноза горизонтальной миграции этих веществ с жидким стоком в агроландшафтах. . _

В целом, полученные результаты могут быть интересны эрозиоведам, экологам, почвоведам, географам, агрономам.

1Я

Список публикаций

1. Горбунова Т.Н. Изучение показателей протнвоэрозионной стойкости почв в моделях эрозии гтри снеготаяния // Сб. Мат-лов Международ. Науч. Конфер. "Изучение и охрана биологического разнообразия ландшафтов Русской равнины". Пенза, 1999, с.350,

2. Горбунова Т.Н. Противоэрознонная стойкость почв в моделях эрозии при снеготаянии // Мат-лы IV Пущин, конф. молод, ученых. "Физико-химические проблемы почвоведения". Пущи но, 1999, с.12,

3. Kuznetsov M.S., Demidov V.V,, Gendugov V.M., Shiiyaeva T.N. Laws о Г thawing soil detachment by water flow // Materials of the Inter. Simposium "Functions of Soils in the Geosphere-Biosfere Systems". M.: MAXPress, 2001, p. 202-203).

4. Ширяева ТЛ. К вопросу опенки протнвоэрозионной устойчивости почв при снеготаянии И Мат-лы Международ. Науч. Конфер. "Биологические ресурсы и устойчивое развитие". Мзд-во НИА-Природа, 2001, с. 253-254.'

5. Демидов В.В., Ширяева ТЛ. Потерн бнофильных веществ при снеготаянии на эродированных серых лесных почвах. // Агрохимия, 2004 (в печати).

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Орловского областного комитета государственной статистики 302001, г. Орел, пер. Воскресенский, 24 подписано в печать 16.03.2004 г. Формат 60x84 Ш б Печать офсетная. Усл. пл. 1,1 . Заказ № 20 Тираж 100 экз.

t/ъ

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Ширяева, Татьяна Николаевна

Введение.

Глава 1. Исследование процесса эрозии почв при снеготаянии на современном этапе.

1.1. Геологические, сельскохозяйственные и экологические аспекты проблемы эрозии почв.

1.2. История развития эрозиоведения.

1.2. Водная эрозия почв и ее виды. Особенности процесса эрозии при снеготаянии.

1.3. Факторы водной эрозии почв, вызываемой талыми водами.

1.5. Модели прогнозирования процессов эрозии почв при снеготаянии.

1.6. Противоэрозионная стойкость почв (ПСП) и ее показатели.

Глава 2. Объект и методы исследования.

Глава 3. Закономерности развития эрозионных процессов при снеготаянии и методы их оценки.

3.1. Особенности протекания процессов снеготаяния и интенсивности смыва почвы.

3.2. Зависимость мутности потоков талой воды и интенсивности смыва почвы на зяби от температуры воздуха и поверхности почвы.

3.3. Зависимость мутности от расхода воды в потоках.

3.4. Определение донной размывающей скорости потока по экспериментальным данным.

3.5. Параметр массообмена (Вр) и его значение в оценке смыва почвы талыми водами.

3.6. Верификация уравнения потерь почвы при снеготаянии.

3.7. Влияние свойств почв на величину смыва при снеготаянии.

Глава 4. Миграция биогенных веществ с талым стоком.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эрозия серых лесных почв и миграция биогенных веществ с талым стоком"

В эпоху глобализации, развития генно-инженерных методов, экологических катастроф и существования такого ужасающего явления как международный терроризм, потрясающих мир своими политическими, научными, социальными последствиями, многие другие проблемы уходят на задний план. Среди последних выделяется экологическая проблема деградации почв в результате ее эрозии, оставлять без внимания которую, на наш взгляд, недопустимо. Следует подчеркнуть, что в нашей стране в настоящее время в связи с экономическими неурядицами земля рассматривается в основном как объект землеустройства, поэтому вопросы почвенных исследований, как и многих других, финансируются недостаточно. Тогда как еще 20 лет назад в бывшем СССР проблеме эрозии почв уделялось очень большое внимание. Во многих регионах научно-исследовательскими учреждениями велись разносторонние исследования по данной проблематике.

Актуальность темы. Сохранение биосферы Земли и почвы, как ее незаменимого компонента, является насущной проблемой, стоящей перед человечеством. На сегодняшний день в области охраны почвы достигнуты значительные результаты, как у нас в стране, так и за рубежом.

Учеными нашей страны разрабатываются количественные методы оценки и прогнозирования процессов эрозии почв, методы проектирования противоэрозионных мероприятий. Экспериментально-теоретическое направление исследований ведется при детальном изучении механизмов взаимодействия потока воды и почвы. Особо следует отметить исследования, направленные на раскрытие механизма взаимодействия талой воды с мерзлой почвой. Энергетические характеристики потоков и реакции почвы на их воздействия отражаются в математических моделях смыва почв. В настоящее время накоплен большой опыт по созданию таких моделей в России и за рубежом. В существующих моделях, как правило, имеется почвенный блок, характеризующий свойства почв противостоять разрушительному действию потока. Часто параметры, входящие в уравнения, определялись экспериментально или были получены расчетным путем.

В последнее десятилетие уделяется серьезное внимание исследованиям, направленным на углубленное изучение механизма взаимодействия потоков воды и почвы. Отличительной особенностью исследований протекания эрозионных процессов при снеготаянии является то, что полученные результаты позволяют более полно понять и раскрыть механизм протекания процессов, а именно, процессов тепло-массо-обмена на границе раздела сред почва-вода-воздух. В нашей стране такие исследования находятся на стадии организации режимных наблюдений. В связи с этим нами было проведено изучение закономерностей смыва серых лесных почв и выноса биогенных элементов (N, Р2О5, К20) потоками талой воды. Объектом исследований послужили серые лесные почвы разной степени смытости (юг Московской области).

Цель работы. Изучить закономерности смыва серых лесных почв при снеготаянии и миграции биогенных элементов с целью разработки методов количественной оценки величин эрозионных потерь почвы.

Для достижения поставленной цели требовалось решение следующих задач:

• выявить закономерности смыва мерзлой и оттаивающей почвы потоками талой воды;

• определить величину размывающей скорости потоков на основании изучения механизма протекания процессов массо-обмена;

• оценить интенсивность миграции биогенных элементов с талой водой.

Научная новизна работы:

1. Установлена зависимость мутности потоков талой воды и интенсивности смыва почвы от температуры воздуха и состояния верхнего слоя почвы.

2. Впервые получена зависимость интенсивности смыва почвы от скорости потока воды и среднесуточной температуры воздуха.

3. Проведена оценка связи между размывающей скоростью потока и показателями противоэрозионной стойкости почвы.

4. Построена карта-схема среднего смыва серых лесных почв с зяби для центральных районов ЕТР.

5. Впервые оценена интенсивность миграции биогенных элементов в зависимости от расхода талой воды в потоке.

Практическая значимость исследований.

Результаты исследований могут быть использованы при оценке потенциальной опасности эрозии почв и при проектировании противоэрозионных мероприятий на серых лесных почвах ЕТР. Модифицированная модель среднего смыва почвы от стока талых вод может служить основой для создания компьютерной программы проектирования противоэрозионных мероприятий на расчетной основе.

Результаты исследований миграции биофильных элементов с талым стоком могут быть использованы для прогноза горизонтальной их миграции с жидким стоком в агроландшафтах.

Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертационной работы, от проведения полевых экспериментальных наблюдений до анализа и обработки полученных результатов, выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Установление закономерностей разрушительного воздействия потоков талых вод на почвенный покров.

2. Определение значений размывающей скорости потоков талой воды в зависимости от показаний среднесуточной температуры воздуха и расчет потерь почвы.

3. Показатели противоэрозионной стойкости серых лесных почв и их практическое значение для оценки величин смыва.

4. Экологическое значение оценки механизма миграции биогенных элементов с талой водой.

Апробация работы.

Основные результаты исследований обсуждались на: конференции молодых ученых (Пущино, 1999), Международной научной конференции «Изучение и охрана биологического разнообразия ландшафтов Русской равнины» (Пенза, 1999), Международном Симпозиуме «Функции почв в биосферно-геосферных системах» (Москва, 2001), Международной научной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие» (Пущино, 2001). По теме диссертации опубликовано 4 работы и 1 работа принята к опубликованию.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Ширяева, Татьяна Николаевна

Выводы

1. Анализ дневной динамики снеготаяния на зяби и на поле с посевом озимой пшеницы показал, что разрушение почвенного покрова определяется энергетическими характеристиками потока, между интенсивностью смыва почвы и донной скоростью потоков наблюдается линейная зависимость.

2. Результаты проведенных исследований и анализ литературных данных позволили выявить, что смыв почвы талыми водами, как правило, идет по термоэрозионному типу. При этом установлено, что величина параметра массообмена (Вр) зависит от среднесуточной температуры воздуха.

3. Сопоставление полученных значений донных размывающих скоростей потоков на зяби со значениями среднесуточных температур воздуха позволило выявить наиболее опасный в эрозионном отношении период весеннего снеготаяния, когда среднесуточная температура воздуха составляет 4-5° С. В указанном интервале температур почва имеет наименьшую противоэрозионную стойкость.

4. Наиболее устойчива почва к воздействию потоков талой воды при среднесуточной температуре воздуха выше 5° С.

5. Проведена верификация теоретического уравнения потерь почвы, разработанного сотрудниками кафедрой эрозии почв МГУ, где использовались полученные нами значения Вр и V^ и показания среднесуточной температуры воздуха.

6. Установлена связь между величинами размывающей скорости потоков (Vp) талой воды для разных типов почв и произведением параметров (PWi PMeXt Рэ сли Рэ ст), характеризующих почвенные свойства, и значениями эрозионного коэффициента (у) уравнения Г.П. Сурмача. Это позволило модифицировать данное уравнение. Отклонение расчетных значений величин смыва почвы от фактических не превышало 18%.

7. Построена карта-схема среднего смыва серых лесных почв с зяби для центральных районов ЕТР, в основу которой положены рассчитанные по модифицированному уравнению величины смыва.

8. Выявление закономерности изменения концентрации калия, нитратного и аммонийного азота в талой воде от ее расхода показало, что на склоновых землях с зяблевой вспашкой и посевом озимой пшеницы без длительного внесения удобрения вынос биогенных веществ с талым стоком будет зависеть, главным образом, от их содержания в снеге.

Практические рекомендации

Результаты исследований могут быть использованы при оценке потенциальной опасности эрозии почв на серых лесных почвах ЕТР. Удовлетворительная верификация уравнения потерь почвы при снеготаянии, разработанного сотрудниками кафедры эрозии почв МГУ, позволяет продолжать работу по ее совершенствованию и последующему внедрению в практическое использование. Модифицированная модель среднего смыва почвы от стока талых вод и полученная карта-схема могут использоваться для разработки компьютерной программы в целях проектирования противоэрозионных мероприятий на расчетной основе.

Результаты исследований концентрации биофильных элементов в талом стоке могут быть использованы для прогноза горизонтальной миграции этих веществ с жидким стоком в агроландшафтах.

В целом, полученные результаты могут быть интересны эрозиоведам, экологам, почвоведам, географам, агрономам.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Ширяева, Татьяна Николаевна, Орел

1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.

2. Алифанов В.М. Палеокриогенез и современное почвообразование. Пущино, 1995. 320 с.

3. Арманд Д.Л. Географическая среда и рациональное использование природных ресурсов. М.: Наука, 1983. 239 с.

4. Барабанов А.Т., Ломакин. М.М. Зачернение снега и сток талых вод // Науч.-тех. бюллет. «Защита почв от эрозии», Курск, 1974. С. 20-25.

5. Барабанов А.Т., Петелько А.И., Иванова В.А. Анализ влияния природных и антропогенных факторов эрозионно-гидрологического процесса // Сб. научн. тр. «Фитомелиорация Нечерноземья», вып.1 (107), Волгоград «ВНИАЛМИ», 1996. С. 56-71.

6. Барабанов А.Т., Тубольцев Е.Я. Использование соломы как удобрения // Науч.-тех. бюллет., Курск, 1987, вып. 3 (54) 87. С. 57-60.

7. Барабанов А.Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии. Волгоград, 1993. 155 с.

8. Бобрицкая М.А. Поступление азота с атмосферными осадками и вынос его из почвы лизиметрическими водами // Почвоведение. 1963. №9. С.21-29.

9. Боголюбова И.В., Бобровицкая Н.Н и др. Методические рекомендации по учету поверхностного стока и смыва почвы при изучении водной эрозии. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 88 с.

10. Болотов А. О рублении, поправлении и разведении лесов. 1766.

11. Борец В.П. Фитомелиорация склоновых земель. Орел, 1999. 371 с.

12. Брауде И.Д. Противоэрозионная агролесомелиорация в лесостепных районах Европейской части СССР. ВНИАЛМИ. М.: изд-во министерства сельского хоз-ва, 1958. 15 с.

13. Брауде И.Д. Эрозия почв, засуха и борьба с ними в ЦЧО. М.: Наука, 1965. 140 с.

14. Брауде И.Д. Рациональное использование эродированных серых лесных почв Нечерноземной зоны РСФСР. М.: Лесная промышленность. 1976. 72 с.

15. Будыко И.М., Ефимова Н.А., Лугина К.М. Современное потепление // Метеорология и гидрология, 1993, №7. С. 29-34.

16. Булаткин Г.А. Эколого-энергетические аспекты продуктивности агроценозов. Пущино. ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1986. 209 с.

17. Бурыкин A.M. Устойчивость почв к водной эрозии // Почвоведение, 1987, №12. С. 110-120.

18. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследований свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 400 с.

19. Воейков А.И. Снежный покров, его влияние на климат и погоду и способы исследования. Записки русского географического общества по общей географии, т. XVIII, №2, Спб, 1885. С. 186-192.

20. Воронин А.Л., Кузнецов М.С. Опыт оценки противоэрозионной стойкости почв.// Сб.: «Эрозия почв и русловые процессы», вып. 1, М., 1970. С. 99-115.

21. Воронцов Н.Н. Экологические кризисы в истории человечества. Соросовский образовательный журнал, №10, 1999. С. 2-10.

22. Гаршинев Е.А. Изучение водорегулирующей роли противоэрозионных насаждений на серых лесных почвах Центральной лесостепи. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. с/х. наук. Воронеж, 1971, 24 с.

23. Гендугов В.М., Кузнецов М.С., Халилов М.С., Иванюта А.А. Новый подход к оценке эродирующего действия потока на почву // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. Почвоведение, 1997, №2. С. 37-42.

24. Герасименко В.П. Оценка рационального регулирования стока на пашне для обоснования оптимальных противоэрозионных мероприятий (на примере ЦЧЗ) // НТБ по проблеме «Защита почв от эрозии», вып. 2(21)-79, Курск, 1979. С. 58-67.

25. Герасименко В.П. Теоретические основы регулирования водной эрозии на пашне // Почвоведение, 1988, №10. С. 108-116.

26. Герасименко В.П. Среднемноголетний смыв почвы на пашне в различных природных и сельскохозяйственных угодьях // Почвоведение, 1995, №5. С. 608-616.

27. Голубчиков С.Н., Долгов С.В. Гидроэкологические последствия реформ // Энергия, 2002, №8. С. 18-31.

28. Гончаров В.Н. Основы динамики русловых потоков. JL: Гидрометеоиздат, 1954.451 с.

29. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1995 году». М.: «Экос-информ», 1996. 452 с.

30. Гуссак В.Б. Эродируемость почв, пути ее исследования и некоторые связанные с ней проблемы // Автореф. докт. дис. Ташкент, 1959. 41 с.

31. Дежкин В.В. Природопользование. М.: изд-во МНЭПУ, 1997. 88 с.

32. Демидов В.В. Закономерности эрозии почв лесостепной зоны при снеготаянии как научная основа системы почвозащитных и природоохранных мероприятий. // Автореф. дис. док. биол. наук. М. 2000. 48 с.

33. Демидов В.В., Никитишена И.А., Личко В.И. Потери азота на эродированных серых лесных почвах при снеготаянии. // Агрохимия, 1994, № 12. С. 3-8.35,36,37,38,39