Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Генезис, структура почвенного покрова и свойства почв балочных водосборов правобережья Дона Воронежской области

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Божко, Светлана Николаевна, Воронеж

£1\ 00- £ ¡2 оз - /г

С-'; ч# чг / чУ чУ С^и чУ

/ /

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. К. Д. ГЛИНКИ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

Божко Светлана Николаевна

ГЕНЕЗИС, СТРУКТУРА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И СВОЙСТВА ПОЧВ БАЛОЧНЫХ ВОДОСБОРОВ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ ДОНА ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.03 «агропочвоведение»

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор - В- Д. Иванов

Воронеж - 1999

Содержание

Введение........................................................................................................4

1. Формирование и свойства смытых, намытых и погребенных почв в условиях правобережья Дона Воронежской области (анализ информации и вопросы, поставленные на изучение).................................8

1.1. Закономерности формирования эрозионно-аккумулятивного рельефа..........................................................................................................8

1.2. Формирование процесса смыва-намыва почв......................................12

1.3. Закономерности распространения процессов смыва-намыва почв на балочных водосборах......................................................................16

1.4. Формирование, свойства и классификация почв, подверженных эрозии и аккумуляции..........................................................................18

1.5. Краткие выводы и вопросы, поставленные для изучения...................24

2. Характеристика объектов и методы исследования...............................26

2.1. Почвенно-экологические условия правобережья Дона Воронеж-

ской области.........................................................................................28

2.2. Характеристика объектов исследования..............................................29

2.3. Методологическая концепция..............................................................34

2.4. Методы исследования...........................................................................35

2.4.1. Метод детальной почвенно-эрозионной съемки...............................36

2.4.2. Метод почвенно-геоморфологических профилей.............................37

2.4.3. Метод изучения литологии территории............................................38

2.4.4. Методы изучения интенсивности эрозии..........................................38

2.4.5. Методы исследования водно-физических и физико-химических свойств почв........................................................................................39

3. Генезис, диагностика, классификация почв и структура почвенного покрова ключевых балочных водосборов...............................................41

3.1. Генезис и система диагностических показателей................................41

3.2. Таксономические уровни выделения почвенных признаков...............43

3.3. Структура почвенного покрова балочных водосборов........................47

4. Интенсивность эрозии и аккумуляции на ключевых участках под влиянием различных факторов..............................................................57

4.1. Гидрометеорологический фактор.........................................................57

4.2. Геоморфологический фактор................................................................63

4.3. Почвенно-растительный фактор...........................................................71

4.4. Антропогенный и временной факторы.................................................73

4.5. Интенсивность эрозионно-аккумулятивных процессов......................76

5. Изменение свойств почв под влиянием процессов эрозии и аккумуляции............................................................................................................79

5.1. Морфологические свойства почв.........................................................79

5.2. Водно-физические свойства почв.........................................................91

5.3. Физико-химические свойства почв.......................................................103

5.4. Пути рационального использования и повышения плодородия почв балочных водосборов.............................................................................112

Выводы и предложения.............................................................................119

Список использованной литературы......................................................122

Приложение.................................................................................................142

Введение

Проблема рационального использования природно-ресурсного потенциала и, в первую очередь, земельных ресурсов всегда была и остается в перспективе основой экономического благополучия общества. Сельскохозяйственное производство не только создает жизненно важный продовольственный рынок, но и оказывает не всегда благоприятное воздействие на естественные природные ресурсы. При этом почвы, испытывая на себе техногенные нагрузки, одновременно являются лучшими диагностическими свидетельствами, своего рода, естественным мониторингом состояния агроэкосистем в прошлом, настоящем и будущем.

На территории (ЦЧО) центрально-черноземной области эрозионные процессы получили наиболее широкое распространение во второй половине прошлого столетия. Этому способствовали распашка склонов и сведение лесов [Щербина, 1893]. Воронежская область одна из первых, где в 1900-1901 гг. были начаты систематические работы по борьбе с эрозией почв, но эти работы были недостаточны как в количественном отношении, так и в качественном: они были направлены исключительно на борьбу с линейной эрозией.

Несбалансированное развитие отраслей сельского хозяйства, низкая урожайность сельскохозяйственных культур и огромные потери сырья при хранении и переработке приводили к обоснованному наращиванию объемов производства. Площадь сельскохозяйственных угодий ЦентральноЧерноземного района России составляет 13,6 млн. га, в том числе подвержено эрозии 3,4 млн. га (25,4%), а овраги занимают 143,1 тыс. га (1,0%) [Здоровцов, 1985]. Почвы балочных склонов, днищ балок и овражные почвы занимают соответственно 8,0%, 4,7% и 1,9% от общей площади правобережья Дона Воронежской области [Цыганов, Шепелева, 1980].

На слабосмытых почвах урожайность сельскохозяйственных культур уменьшается на 10-30%, на среднесмытых - почти на 50%. Образующиеся овраги разрушают сельскохозяйственные угодья, разрезают поля на мелкие сложноконтурные участки. Водоемы заносятся эрозионным мелкоземом, что

затрудняет судоходство, вода становиться мало пригодной для питья и бытовых нужд. Овраги дренируют водоносные горизонты, приводят к иссушению больших площадей, ухудшению роста и развития растительного покрова [Лысак, 1981; Каштанов, 1985; Сурмач, 1986; Antognini, 1983; Clark, 1985]. Значительный ущерб от эрозии связан с ухудшением водного режима почв. Так, на различных экспозициях Среднерусской возвышенности запасы продуктивной влаги в метровом слое в районах со слабой эрозией составляют 235-200 мм, в районах с сильной эрозией - 120-100 мм [Кельчевская, 1983].

Актуальность исследования определяется недостаточной изученностью генезиса, структуры почвенного покрова и свойств почв балочных водосборов, особенно их присетьевого фонда, необходимостью детального отображения почвенного покрова при картографировании и дифференцированного подхода к их использованию.

Цель и задачи исследования. В работе поставлена цель - раскрыть формирование и свойства почв, подверженных влиянию эрозии и аккумуляции, на основе детального изучения почвенного покрова и экологических условий балочных водосборов и определить пути рационального их использования.

Для достижения поставленной цели следовало решить ряд задач:

- изучить генезис почв и структуру почвенного покрова балочных водосборов по основным элементам рельефа;

- внести некоторые дополнения в разработку систематики, классификации, диагностики почв и структуры почвенного покрова балочных водосборов на основе генетико-геоморфологического подхода;

- исследовать влияние различных факторов на интенсивность эрозии и аккумуляции в конкретных условиях;

- выявить изменения свойств почв под влиянием этих процессов;

- определить научную и практическую значимость выявленных закономерностей и пути их использования.

Научная новизна. Внесены дополнения в классификацию, изучена диагностика и свойства почв, детально охарактеризована структура почвенного покрова на основе более полного учета генезиса почв и элементарных почвенных процессов (гидроморфизм, смытость, намытость, окарбоначенность, оглеенность, слоистость и др.) по основным элементам рельефа водосбора.

Впервые удалось установить удельный вес почв, различных по генезису, стадиям онтогении и степени влияния на них современного смыва и намыва в почвенном покрове балочных водосборов. Определена генетическая связь между всеми почвами балочных водосборов на основе подхода к денудации и аккумуляции, смыву и намыву как к единому процессу. Установлено, что почвы овражно-балочного комплекса и прилегающих водосборных площадей генетически связаны общими элементарными почвенными процессами и типом местности, формирующим ландшафт, и должны изучать ся совместно.

Защищаемые положения\

- процессы смыва и намыва, денудации и аккумуляции взаимосвязанные и взаимообусловленные оказывают одновременное влияние на свойства почв и структуру почвенного покрова на большей части балочного водосбора;

- почвенный покров дифференцируется по элементам рельефа балочных водосборов, экспозициям склонов, сельскохозяйственным угодьям, характеризуясь различным абсолютным и относительным возрастом, составом почво-образующих и подстилающих пород, влиянием древних и современных эро-зионно-аккумулятивных процессов;

- метод почвенно-геоморфологических профилей совместно с почвенно-эрозионной съемкой позволяет наиболее достоверно проследить генетическую взаимосвязь почв балочных водосборов и детально отобразить в структуре почвенного покрова зоны эрозии, эрозии-аккумуляции и аккумуляции.

Практическая значимость работы состоит:

- в совершенствовании классификации и методики полевого картографирования почв, подверженных влиянию эрозионно-аккумулятивных процессов на основе более полного учета генезиса, стадии эволюции и элементарных почвенных процессов. Данный генетико-геоморфологический подход наиболее объективно отражает многообразие особенностей почв овражно-балочного комплекса.

- в детальном исследовании генезиса, структуры почвенного покрова и свойств почв по элементам рельефа балочного водосбора с учетом эрозионно-аккумулятивных процессов и различных стадий развития почв, что позволяет определить долю различных почв в почвенном покрове овражно-балочного комплекса и дифференцированно подходить к их использованию;

Личный вклад автора. В течение 1996-1998 гг. автором выполнены следующие виды работ:

- проведена сплошная почвенно-эрозионная съемка участка водосборной

площади балки «Лога Репного» (1, 28 км2) в масштабе 1:2000 и остальной

>>

площади водосбора (4,14 км ) в масштабе 1:5000. Всего было заложено 61 основной разрез, 102 полуямы, 65 прикопок и 218 точек бурения;

- заложены 5 продольных и 2 поперечных нивелирных профиля общей длиной 4,7 км на водосборах Лога Репного и Гнилого Лога. По профилям располагались 118 разрезов, 54 из них с отбором образцов и 224 точки бурения;

- изучена литология ключевых водосборов по 6 обнажениям;

- проведена снегомерная съемка, определена глубина промерзания и полевая влажность почв в начале снеготаяния на обоих водосборах в 1996-1998 гг.;

- определена величина смыва и намыва почв по объему водороин на СВ пахотном склоне водосбора Гнилого Лога за 1996-1998 гг;

- рассчитан смыв на СВ склоне водосбора Гнилого Лога за 3 года по формуле Иванова;

- определена водопроницаемость и полевая влагоемкость почв в 17 точках;

- исследованы физико-химические и водно-физические свойства почв в лабораторных условиях. Для этого выполнено 12 видов анализов 247 почвенных образцов;

- результаты полевых и лабораторных исследований обработаны статистическим методом на ПК IBM.

Диссертационные исследования проводились в соответствии с темой кафедры почвоведения Воронежского государственного аграрного университета имени К. Д. Глинки «Формирование устойчивых агроэкосистем и повышение плодородия почв на основе эффективного использования природно-ресурсного потенциала», государственный номер 01.96.0015985.

Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры почвоведения и лично научному руководителю - доктору сельскохозяйственных наук, профессору Иванову В. Д., а также сотрудникам лаборатории массовых анализов ВГАУ.

1. Формирование и свойства смытых, намытых и погребенных почв в условиях правобережья Дона Воронежской области (анализ информации и вопросы, поставленные на изучение).

Процессы смыва и намыва, развиваются вместе с почвообразованием с момента завершения активной стадии формирования рельефа и почвообра-зующих пород. Установлен ряд закономерностей образования, развития и размещения по балочным водосборам процессов эрозии и аккумуляции.

1.1. Закономерности образования эрозионно-аккумулятивного рельефа

Основными элементами рельефа ЦЧО являются водоразделы, речные долины с террасами, ложбины, балки, овраги [Ежов, 1957], встречаются ов-ражно-балочные конусы выноса. Водораздельные пространства Среднерусской возвышенности сформировались по окончании последней трансгрессии Северо-Скандинавского ледника и представляли собой аккумулятивную равнину. В конце плейстоцена началась смена перегляциальных холодных лесостепных ландшафтов современными теплыми, и произошла частичная реставрация плейстоценовой гидрографической сети. К началу раннего голоцена существовали основные междуречья и системы обращенных к долинам склонов [Герасимов, 1941, 1950].

Почвообразующими породами водоразделов служат лессовидные суглинки, на северных склонах древней гидрографической сети - бурые покровные легкие и средние карбонатные суглинки, сформировавшиеся во время перегляциала Московского оледенения; на южных - лессовидный светло-желтый карбонатный суглинок, сформировавшийся в Днепровское оледенение - флювиогляциальные, солифлюкционные продукты разрушения местных коренных пород [Козменко, 1954; Хруцкий, 1985]. Мощность рыхлых пород на южном склоне значительно меньше, чем на северном. На наиболее крутых участках южных склонов они отсутствуют полностью. Здесь встречается мергелистый суглинок, подстилаемый мелом (туронский ярус). В начале голоцена с образованием растительного покрова заканчивается активная стадия рельефообразования и начинает формироваться ПП.

Формирование склонов на территории ЦЧО происходило в течение длительного времени под влиянием ряда активных и пассивных факторов. К активным относится боковой подмыв склонов, распространенный в гумидном климате межледниковья и голоцена, и делювиально-солифлюкционные процессы, развитые преимущественно в перегляциальных условиях, когда происходило выполаживание склонов и заполнение долин и балок продуктами склоновых процессов.

К пассивным факторам относятся глубина, густота расчленения территории и литологический состав почвообразующих пород. При незначительной глубине расчленения солифлюкционные процессы перегляциала привели к выполаживанию склонов до 1-2°, при увеличении глубины расчленения преобладают склоны крутизной более 3°. С увеличением густоты расчленения получают распространение склоны поперечно-выпуклой формы [Марковский, Косцова, Хруцкий, 1979].

Форма склонов во многом определяется литологическим составом рель-ефообразующих пород. На песчаных породах, подверженных боковому подмыву и солифлюкции, развиты короткие склоны продольно-прямых, продольно-выпуклых и поперечно-прямых форм. Меловые породы устойчивы к размывающей деятельности водных потоков, однако неустойчивы к физическому выветриванию. Продукты их выветривания, перемещенные вниз по склонам солифлюкционными и делювиальными процессами, размывались водными потоками. В результате сформировались куполообразные межбалочные пространства с продольно- и поперечно-выпуклыми склонами. На плотных ледниковых суглинках развиты склоны небольшой длины продольно-выпуклой формы [Марковский и др., 1976]. Таким образом, водоразделы и древняя гидрографическая сеть имеют позднечетвертичные ( голоценовые) почвы, но различные почвообразующие породы.

Плоскостная и линейная эрозия постепенно поднимается от гидрографической сети и вызывает последовательную смену форм водоразделов [Сильвестров, 1955]. Развитие рельефа водораздельных пространств, является, в сущности, развитием склонов гидрографической сети. Типы водоразде-

лов (типы эрозионного рельефа) сменяют друг друга по мере распространения смыва почв и роста оврагов [Соболев, 1950]. На широких водораздельных пространствах, расчлененных только речными долинами, постепенно возникает овражно-балочная сеть. По мере сглаживания бровки склоны приобретают выпуклую форму и создают четковидный и куполовидный тип водоразделов. Дальнейшая денудация превращает выпуклые склоны в прямые, а затем в вогнутые, создавая крышевидные и гребневидные водоразделы. Денудация стремиться к полному выравниванию водораздельных пространств путем разрушения возвышенностей, переноса материала разрушения и отложения его в гидрографической сети и других понижениях. Ей противостоит глубинная эрозия. При нескольких фазах глубинной эроз�