Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологическая оценка склоновых земель малых водосборов Липецкой области

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка склоновых земель малых водосборов Липецкой области"

ВОРОНЕЖСКИЙ ВОЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Стрельникова Татьяна Дмитриевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ МАЛЫХ ВОДОСБОРОВ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.0036 - геоэкология

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени Кандидата географических наук

Воронеж - 2004

Работа выполнена в Воронежском военном авиационном инженерном институте

Научный руководитель

доктор географических наук, доцент Рязанцев Вениамин Константинович

Официальные оппоненты

доктор географических наук, профессор Смольянинов Владимир Митрофанович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Панков Яков Владимирович

Ведущая организация - Комитет по земельным ресурсам и землеустройству

Липецкой области.

Защита диссертации состоится 27 апреля 2004 года в 15 часов на заседании диссертационного совета К 215.007.01 при Воронежском военном авиационном инженерном институте по адресу: 394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков,27.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского военного авиационного инженерного института.

Автореферат разослан «¿5"» марта 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Кандидат географических наук, доцент

В.П.Закусилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования Увеличение общей антропогенной нагрузки на природную среду, сопровождающееся интенсификацией сельскохозяйственного производства, привело в последнее десятилетие к значительному ухудшению состояния земельных ресурсов и деградации почв.

Важнейшими причинами деградации почв являются ускоренное развитие почвенной эрозии и «утомление почв» при их многолетнем использовании в сельскохозяйственном производстве. Очень большое разрушительное воздействие на почвенный покров оказывают процессы водной и ветровой эрозии. В Центрально-Черноземном регионе подверженные эрозии земли занимают 5070% площади от всех сельхозугодий. При этом повсеместно преобладает водная эрозия, которая в наибольшей степени ухудшает состояние пахотных земель. Кроме того, в настоящее время 42,8% пахотных угодий характеризуются низким содержанием гумуса, ежегодная убыль которого в ЦентральноЧерноземном регионе достигает 0,66 т/га.

В лесостепной зоне Центрально-Черноземного региона, по данным Главного управления охраны природы и рационального использования (ГУПР) Липецкой области, площадь эродируемых почв превышает 20% от общей площади сельскохозяйственных угодий. Засолению подвержено не более 5%; подтоплению - 4%, нарушенные почвы - не более 0,02%.

Учитывая, что земельный фонд сельскохозяйственных земель в основном приурочен к приводораздельным склонам малых водосборов, весьма актуальной является задача изучения водноэрозионных процессов на склоновых землях, оценки качества состояния земельного фонда и разработки природоохранных мероприятий по рациональному использованию земельных ресурсов Липецкой области.

Целью диссертационной работы является разработка методики геоэкологической оценки состояния почв склоновых земель малых водосборов Липецкой области и природоохранных мероприятий по рациональному их использованию.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Разработана структура агроэкологического мониторинга склоновых земель.

2. Разработана методика количественной оценки смыва и выноса веществ из почв склоновых земель в условиях северной лесостепи.

3. Проведена геоэкологическая оценка антропогенной деятельности на водно-эрозионные процессы, протекающие на склоновых землях в изучаемом регионе.

4. Предложены природоохранные мероприятия и рекомендации по защите и рациональному сельскохозяйственному использованию склоновых земель.

Объект исследования: склоновые земли малых водосборов Липецкой области.

Предмет исследования: геоэкологическая оценка состояния склоновых

земель Липецкой области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Организация агрооэкологического мониторинга склоновых земель.

2.Методика количественной оценки смыва и выноса веществ из почв склоновых земель Липецкой области.

3. Геоэкологическая оценка состояния почв склоновых земель Липецкой области.

4. Геоэкологическое районирование склоновых земель Липецкой области.

5. Перечень рекомендаций и природоохранных мероприятий по рациональному использованию склоновых земель малых водосборов в сельском хозяйстве Липецкой области.

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

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработана структура агроэкологического мониторинга склоновых земель малых водосборов Липецкой области, используемых в сельскохозяйственном производстве.

2. Разработана методика количественной оценки смыва почв со склоновых земель Липецкой области.

3. Впервые проведено районирование территории Липецкой области по условиям формирования местного стока и смыва и выноса веществ из почв со склоновых земель малых водосборов.

4. Произведена геоэкологическая оценка состояния почв склоновых земель малых водосборов Липецкой области.

Теоретическая значимость работы состоит в обосновании и разработке модели агроэкологического мониторинга склоновых земель в региональном масштабе и геоэкологической оценки факторов антропогенной деятельности на склоновые земли малых водосборов Липецкой области.

Практическая ценность работы. Результаты исследований и выводы могут быть использованы в проектных организациях, в комитетах экологии и природных ресурсов для землеустроительных расчетов, геоэкологической оценки сельскохозяйственных земель и разработки проведения природоохранных мероприятий для Центрально-Черноземных областей.

Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов наблюдений. В диссертации использованы материалы наблюдений по 17 метеорологическим и 18 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 водно-балансовым 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 и рядов наблюдений государственной сети Росгидромета, проведением экспериментальных исследований в соответствии со стандартными требованиями, корректным применением методов исследования при решении поставленных задач и апробированных методик обработки исходных материалов, согласованием полученных результатов с данными фактических наблюдений.

Реализация и апробация работы. Результаты, полученные автором в процессе исследования (в рекомендациях по рациональному использованию склоновых земель малых водосборов), внедрены в АОО Росгипрозем Липецкой области и используются в учебном процессе Липецкого института усовершенствования учителей, Липецкого государственного педагогического университета и Экол ого-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, 2002г.), межвузовских научно-практических конференциях Липецкого госпедуниверситета, института усовершенствования учителей (Липецк, 2000 - 2003г.), Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации (экологическая безопасность и мониторинг)» (Воронеж 2003г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Личное участие автора заключается в разработке и постановке эксперимента по геоэкологической оценке склоновых земель малых водосборов, в теоретическом и методологическом обосновании методики полевых исследований; геоэкологической оценке состояния склоновых земель малых водосборов Липецкой области и районировании территории по характеру состояния склоновых земель; исследовании и обобщении результатов и формулировании выводов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом 128 страниц, библиографического списка, состоящего из 107 наименований, а также 8 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 «ИЗУЧЕННОСТЬ СОСТОЯНИЯ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ В ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ и ОРГАНИЗАЦИЯ их АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА» рассмотрена изученность режима местного стока и смыва с сельскохозяйственных земель малых водосборов, предложена структура агроэкологического мониторинга склоновых земель малых водосборов по бассейновому принципу. Одним из наиболее существенных факторов ухудшения состояния земель Липецкой области является эрозия почв и вынос веществ в растворенном виде. Водной эрозии почв подвержены практически все виды сельскохозяйственных угодий. Важнейшим фактором эрозии является сток. Несмотря на значительные

успехи, достигнутые в этой области, исследования больших и средних речных бассейнов, стоковые и эрозионные процессы, протекающие на малых' водосборах, пока еще изучены недостаточно.

Впервые вопросы стока и смыва с малых водосборов, на которых и формируется собственно местный сток, были подняты в работах И.И. Долинино-Иванского, А.Д. Дубаха, СИ. Небольсина и П.П. Надеева.

Основная задача мониторинга земель малых водосборов заключается в установлении наиболее общих закономерностей процессов формирования стока и смыва с учетом индивидуальных черт каждого водосбора в различных физико-географических условиях.

Агроэкологический мониторинг склоновых земель лучше всего вести по бассейновому принципу, так как речной бассейн (РБ) является самостоятельной геосистемой (ГС) с законченным циклом формирования природных процессов.

Структура агроэкологического мониторинга склоновых земель включает в себя пять блоков.

Первый блок характеризует наличие и качество исходной информации о состоянии склоновых земель и факторов, их обусловливающих.

Второй блок включает в себя анализ особенностей функционирования и режима изучаемого объекта.

Третий блок дает геоэкологическую оценку роли природных и антропогенных факторов, оказывающих влияние на состояние стока и смыва почв со склоновых земель малых водосборов.

Четвертый блок представляет собой систему управления и контроля за качественным состоянием склоновых земель.

Пятый блок представляет собой выходную информацию с мониторинга для решения практических задач.

Система мониторинга склоновых земель малых водосборов проводится в рамках целостного природного образования - малого водосбора, составными частями которого являются компоненты ландшафта (климат, воды, почвы, ли-тогенная 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) аэро-фото-космических наблюдений; 4) результатов теоретических и эмпирических исследований; 5) геоэкологических данных.

Во втором разделе «ОСНОВНЫЕ ПРИРОДНО-ЛАНДШАФТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ В ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ» рассмотрены природные условия Липецкой области, определяющие состояние земель малых водосборов, приведены характеристики геолого-гидрологических условий, склонового стока, почвенного и растительного покрова.

Вследствие географического положения Липецкой области, в центре лесостепной зоны Русской равнины, ее ландшафту свойственны переходные черты от западной (украинской) лесостепи к лесостепи Заволжья. В разделе рассматриваются природные особенности исследуемого региона, которые одновременно являются параметрами агроэкологического мониторинга, характеризующими условия, в которых формируются склоновые земли малых водосборов. Наибольшее внимание уделено почвенному покрову, как самому важному ландшафтному компоненту с сельскохозяйственной точки зрения. Формирование почвенного покрова происходит под воздействием многих факторов. Важнейшие из них — климат, растительность, характер подпочв и рельефа, а также хозяйственная деятельность человека.

В результате исследований было выявлено, что, в соответствии с почвообразовательными процессами, в направлении с северо-запада на юго-восток происходит и смена почвенных полос. В исследуемом регионе она характеризуется заметной пестротой, которая объясняется сильно расчлененным рельефом, многообразием сочетаний факторов и условий почвообразования и ярко выраженной зональностью. Полоса оподзоленных и выщелоченных черноземов располагается к востоку и юго-востоку от серых лесных почв. Особенно характерны для исследуемого региона типичные тучные черноземы. На Окско-Донской низменности ими покрыта большая часть Липецкой области. Западнее Дона область распространения их несравненно меньше. По содержанию перегноя тучные черноземы самые плодородные почвы в пределах описываемой области. Содержание перегноя в них колеблется от 8 до 12%. Тучные черноземы наиболее мощные: толщина перегнойного горизонта достигает у них 100— 120 см.

В третьем разделе «МЕТОДИКА РАСЧЕТА СМЫВА ПОЧВ СО СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ МАЛЫХ ВОДОСБОРОВ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ» представлена разработанная методика расчета смыва с земель малого водосбора Липецкой области.

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

где Я - величина суммарного смыва со склона, т/га, К 0— эрозионный коэффициент характеризующий объем смыва на 1° крутизны склона; Ь - слой склонового стока, мм; с - коэффициент сопротивляемости движению воды; - уклон водотока, в градусах.

Отрыв и перенос частиц почвы со склона малых водосборов будет производиться лишь в том случае, если сила, развиваемая водным потоком, превзойдет силу сцепляемости почвенных частиц, т.е. сила движущейся воды, действующей на частичку почвы, находящейся на склоне, уравновешивается силой сопротивляемости размыва равной силе цементации почвенных частиц.

Принципиальным отличием предлагаемой расчетной схемы смыва почв со склонов малых водосборов является то, что в расчетную схему не входит такой параметр, как длина склона. Он косвенно учитывается водностью потока, которая зависит при микручейковом стекании от водности потока (т.е. слоя

стока). Отрыв почвенной частицы в конкретной точке склона зависит от следующих гидравлических параметров: скорости потока и его водности. Скорость потока, в свою очередь, зависит от уклона склона. Изменение этих параметров в различных точках склона определяет интенсивность водно-эрозионного процесса.

Смыв почв со склонов зависит от сезона года (вследствие особенности изменения состояния почв и факторов формирования стока).

В период весеннего снеготаяния расчет склонового смыва почвы

осуществляется по формуле 1, где главным фактором сопротивляемости размыву является степень цементации частиц, которая обусловлена глубиной промерзания и влажностью почв. Как показали исследования (за исключением за-дернованности), 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. Результаты расчетов представлены на рис. 1 в виде зависимости величины склонового смыва от уклона склона, глубины промерзания почв и объема стока.

В летне-осенний период расчет суммарного смыва со склонов производится по зависимости его величины от объема стока и уклона склона. Результаты расчета приведены на рис. 2. В этот период сопротивляемость почвенных частиц размыву определяется в первую очередь типом и характером самой почвы, ее состоянием, видом и качеством агротехнической обработки.

При оценке смыва со склонов необходимо учитывать, что в конкретных случаях действительная величина смыва может сильно отличаться от расчетной из-за расхождения морфометрических параметров конкретного склона с осред-ненными. 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 для Липецкой области представлены в виде карт-схем нормы смыва (рис. 3, 4) и его временной изменчивости через значения коэффициента вариации годового смыва (рис. 5).

Результаты исследования показывают следующее.

Распределение весеннего смыва почв со склоновых земель малых водосборов в условиях Липецкой области 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).

В террасном районе, где уклон склонов невелик, смыв почв составляет всего лишь 0,6-0,7 т/га. На Окско-Донской низменности смыв

Рисунок 1

Зависимость мутности (р, кг/м3) от величины стока ф, мм,) глубины промерзания почвы (1-10 см, 2 - 50 см, 3 - 90 см, 4 -130 см), при различной крутизне склонов i ^ - i=l°, б - i=2°, в - i=3°, г - i=4°, д -1=5°, е - i=6°) в весенний период при среднемноголетних сроках снеготаяния. Агрофон - пашня

Рисунок 2 Зависимость мутности (р, кг/м*) от величины стока ф, мм) при различной крутизне склонов (1, в градусах) в летне-осенний период. Агрофон -пашня

Рисунок 3. Карта-схема М 1: 1 500 000 средаемноголетиего смыва почв ^=Т/га) со склоновых земель малых водосборов Липецкой области за весенний период. Агрофон - пашня.

Границы районов с однородными значениями величин смыва

Рисунок 4. Карта-схема М 1:1 500 000 среднемноголетнего смыва почв (Я, Т/га) со склоновых земель малых водосборов Липецкой области за летне-осенний период. Агрофон - пашня.

Границы областей с однородными значениями величин смыва

Рисунок 5. Карта-схема М 1: 1 500 000 коэффициентов вариации (Су) годового смыва почв со склоновых земель малых водосборов Липецкой области

Изолинии коэффициентов вариации смыва почв

несколько ниже и составляет 0,25-0,50 т/га. На Среднерусской возвышенности смыв возрастает с 0,75 до 1,2 т/га.

В теплый период времени на Среднерусской возвышенности смыв почв возрастает до 1,5 -1,75 на северо-западе и до 2,0-2,25 т с га.

Таким образом, суммарный смыв почв со склоновых земель за год на Среднерусской возвышенности составляет от 2,25 до 2,9 т/га. В террасном районе Дон - Воронеж величина годового смыва почв со склонов находится в пределах 0,9 - 1,4 т/га, а на Окско-Донской низменности эта величина снижается до 0,55- 1,1 т/га.

На исследуемой территории в картине пространственного распределения выноса растворенных веществ резко различаются два района: Среднерусская возвышенность и Окско-Донская низменность.

На Среднерусской возвышенности величины выноса растворенных веществ резко возрастают от периферии с 0,5 т/га до 1,0 т/га и более. В пограничных территориях с Окско-Донской низменностью (правобережный склон долины р. Дон) наблюдается «барьерное» (т.е. почти скачкообразное изменение) количественное изменение выноса описываемой величины с 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 Липецкой области наиболее легкорастворимыми породами являются карбонаты кальция и магния. Если выразить вынос растворенных веществ со склоновых земель в виде слоя, то его величина на Среднерусской возвышенности составит от 40 до 60 микрон, а на Окско-Донской низменности - около 10 микрон.

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

Общие суммарные почвенные потери на склонах Среднерусской возвышенности достигают до 3,0 т/га, а на Окско- Донской низменности эти величины снижаются до 0,7-1,1 т/га.

Особенности склонового смыва с земель малых водосборов 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 1,7.

Исследования, проведенные в работе, подтвердили также факт наличия для малых водосборов синхронности в колебаниях жидкого и твердого стока во времени. В работе, на основе проведенных расчетов, установлено, что значения коэффициентов вариации смыва почв (Суя ) имеют достаточно тесную связь с коэффициентами вариации местного стока (С>о-) Аналитическое выражение этой зависимости имеет вид:

Сук = 0,054-Суд-Н0'68, (2)

где Н- средняя высота водосбора, м.

Среднее отклонение теоретических значений CVR ОТ ИХ эмпирических величин по данной зависимости превышает ±20.0%.

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 связанности. Легкие почвы начинают развееваться раньше, чем тяжелые. Кроме вышеперечисленных свойств, важное значение имеет также степень защищенности почв и увлажнение.

Проведенная в работе оценка состояния склоновых земель позволила осуществить геоэкологическое районирование Липецкой области по условиям формирования, состояния почвенного покрова и смыва со склоновых земель (рис. 6).

Ричунок 6. Карта- схемаМ 1: \ 500000 геоэкологического районирования

склоновых земель малых водосборов Липецкой области

по особенностям формирования смыва и выноса

в растворенном виде гоггательиых веществ с почв

(1 - северо-западный, II - юго-западный, Ш - центральный,

IV - юго-восточный)

Границы районов

Всего оыло выделено 4 района (I район - Северо-западный, II район -Юго-западный, III район - Центральный район, IV район - Юго - восточный). Каждый из выделенных районов характеризуется своими геоэкологическими

показателями по качественному составу земель и характеру протекания в них процессов водной эрозии и особенностями выноса питательных веществ из почв.

Практическое значение данного вида районирования заключается в том, что оно позволяет выявить наиболее типичные склоны-эталоны малых водосборов и дает возможность получить суждение о природных условиях неизученных территорий Липецкой области по аналогии с изученными, которые по комплексу элементов природной среды относительно однородны, а также производить географическую интерполяцию выявленных эколого-почвенных закономерностей. Данный вид районирования позволил выявить новые закономерности эрозионных и других почвенных процессов, а также дифференцированно производить аналитические расчеты и делать фоновые прогнозы.

В четвертом разделе «ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА склоновых ЗЕМЕЛЬ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ» проведены анализ современного состояния земель Липецкой области и геоэкологическая оценка влияния на них факторов хозяйственной деятельности.

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, происходит декальцинация, развиваются процессы эрозии, что приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур на малых водосборах Липецкой области.

Исследования показали, 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% в 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.

Установлено, что в результате эрозии с гумусовой долей может теряться до 30% вносимых удобрений и ядохимикатов. Отчуждаемые с пашни удобрения и ядохимикаты вызывают усиленное загрязнение окружающей среды, особенно водных объектов.

Геоэкологическая оценка состояния почв склоновых земель малых водосборов Липецкой области позволила выявить ряд негативных процессов характерных для них: дегумификация, изменение кислотности, переуплотнение, биологический и химический токсикоз, последствия проведения орошения.

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 культура-

и

ми 0,6-0,8 т/га; пропашными - 1,7-1,9; под черными парами - 2-4 т/га.

Динамика кислотности почв. В Липецкой области более 63% пахотных

земель имеют повышенную кислотность и нуждаются в химической мелиорации. Согласно агрохимическим обследованиям почв, среднегодовое уменьшение щелочно-кислотного баланса (рН) составляет около 0,3 рН. Процессу под-кисления 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 воднораство-римого 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 недоступной растениям воды возрастает на 10%. При плотности почвы свыше 1,3 г/см3 получение максимального 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 для повышения плодородия почв агрохимические средства имеют существенные недостатки, так как загрязняют почву токсичными соединениями. Серьезную опасность представляют примеси токсичных элементов, в том числе тяжелых металлов, которые в удобрениях составляют значительное количество.

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 Липецкой области 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 Липецкой области, 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 сельско-

хозяйственных культур на 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 Липецкой области 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.

Полученные результаты типизации земель позволили разработать рекомендации по снижению негативных процессов на территории Липецкой области.

Предотвращение эрозии и борьба с ней, а также улучшение эродированных земель малых водосборов предполагают целый комплекс различных мероприятий.

Организацинно-хозянствеиные мероприятия обеспечивают правильную структуру посевных площадей и севооборотов, размеры и конфигурацию каждого поля севооборота, размещение дорог, лесополос и населенных пунктов. Правильная 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 склоновых земель необходим дифференцированный подход к их использованию. Так на землях Окско-Донской низменности, где наблюдается слабое переувлажнение, осуществлять посев многолетних трав и кормовых культур. На среднепереувлажненных землях следует производить фитомелиорации путем посева люцерны. Сильно переувлажненные земли с уровнем грунтовых вод 0,8-2,0 м нуждаются в сплошном залужении межзападинных пространств.

Для снижения процессов эрозии на склоновых землях Среднерусской возвышенности с крутизной более 3° нельзя проводит распашку земель, а на землях с крутизной до 3° проводить контурную вспашку.

Противоэрозионные агротехнические и лесомелиоративные мероприятия считаются 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, 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 таких вспашке и посеве образующиеся на поверхности борозды и гребни будут препятствовать поверхностному стоку и смыву почв, обогащать поля влагой.

Лесомелиоративные приемы являются частью противозрозионных меро-

приятий. Грамотно созданная система лесополос регулирует и значительно снижает поверхностный сток; защищает почву от смыва талыми и ливневыми водами и от выдувания ветром.

В заключении приводятся основные выводы по результатам исследований:

1. Анализ состояния изученности процессов, протекающих на склоновых землях малых водосборов Липецкой области, показал, что одним из основных факторов, снижающих качество земельных ресурсов и плодородие почв, является водная эрозия. Причиной усиления водно-эрозионных процессов является повсеместная распашка склоновых земель.

2. В диссертации разработана структура агроэкологического мониторинга склоновых земель малых водосборов. Она включает в себя пять основных блоков. Решение задач и содержание блоков определяются природно-антропогенными процессами, протекающими на склоновых землях.

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

4. Получены количественные показатели пространственно-временных характеристик смыва почв и выноса веществ из почв со склоновых земель Липецкой области за весенний и летне-осенний периоды, оформленные в виде карт их нормы и коэффициента вариации. В весенний период величины смыва почв со склоновых земель малых водосборов в условиях Липецкой области составляют в террасном районе 0,6-0,7 т/га, на Окско-Донской низменности - 0,25-0,50 т/га, на Среднерусской возвышенности смыв возрастает с 0,75 до 1,2 т/га.

В летне-осенний период смыв почв возрастает на Среднерусской возвышенности до 1,5 -1,75 на северо-западе и до 2,0-2,25 т/га на юго-западе.

Суммарный смыв почв со склоновых земель за год на Среднерусской возвышенности составляет от 2.25 до 2.9 т/га. В террасном районе Дон -' Воронеж величина годового смыва почв со склонов находится в пределах 0,9 - 1,4 т/га, а на Окско-Донской низменности эта величина снижается до 0,55 - 1,1 т/га.

5. Геоэкологическая оценка склоновых земель позволила провести районирование склоновых земель Липецкой области по степени подверженности их эродируемости. Всего было выделено 4 района. Каждый из выделенных районов характеризуется своими количественно-качественными показателями состояния склоновых земель. Данное районирование позволяет в каждом из выделенных районов выделить опорные пункты-эталоны и на основе метода аналогии внутри районов создать представление о состоянии склоновых земель в малоизученных и неизученных хозяйствах Липецкой области.

6. Антропогенное воздействие на почвенный покров в результате длительного использования его в пашне вызывает негативные изменения в нем: ухудшается структура пахотного слоя, снижается содержание гумуса и элементов питания, растет гидролитическая кислотность, снижается сумма поглощен-

ных оснований, происходит декальцинация, развиваются процессы эрозии, что приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. К основным отрицательным почвенным характеристикам, обусловленным антропогенными факторами, следует отнести прежде всего дегумифи-кацию, кислотность, переуплотненность, биологический и химический токсикоз.

7. Снижение интенсивности вводно-эрозионных процессов и борьба с ними, а также улучшение качества эродированных земель малых водосборов предполагают целый комплекс различных мероприятий, которые можно разделить на следующие основные группы: эрозионно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические.

Они позволяют снизить интенсивность вводно-эрозионных процессов до 25-28.%, в то же время являются наиболее доступными, и не требуют больших затрат, средств и труда, и являются быстродействующими.

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 исследования показывают необходимость проведения агроэкологического мониторинга склоновых земель малых водосборов в целях их рационального использования в хозяйстве и научном обосновании проведения природоохранных мероприятий.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Стрельникова Т.Д. Экология и география Липецкой области / Стрельникова Т.Д., Пешкова Н.В., Пыльнева Т.Г. Липецк.-1995.-168 с.

2. Стрельникова Т.Д. Проблемы рационального использования ресурсов местного стока и аспекты природоохранной деятельности в Липецкой области. / Стрельникова Т.Д., Рязанцев В.К. // Сб. Природа Липецкой области и ее охрана, Выпуск 10, Липецк 2000. - Юс.

3. Стрельникова Т.Д. Геоэкологический аспект в оценке взаимодействия природы и общества. / Стрельникова Т.Д., Рязанцев В.К. // Материалы научно-практической конференции «Человек и географическая среда», Орел 2000. -4с.

4. Стрельникова Т.Д. Введение в экологию. / Стрельникова Т.Д., Рязанцев В.К., Горетов В.П., Бондарева Е.В. // Учебно-методическое пособие, Липецк, 2001.-125с.

5. Стрельникова Т.Д. Геоэкологические особенности подземных вод в центрально-черноземной области. / Стрельникова Т.Д Рязанцев В.К., Жердев В.Н., Кондратов СИ. // Экология ЦЧО РФ - Липецк: Изд-во Липецкого эколо-го-гуманитарного института. 2001.- № 2 -2с.

6. Стрельникова Т.Д. Геоэкологическая характеристика химического

режима и состава водных ресурсов центрально-черноземной области. / Стрельникова Т.Д Рязанцев В.К., Жердев В.Н., Кондратов СИ. // Экология ЦЧО РФ -Липецк: Изд-во Липецкого эколого-гуманитарного института. 2001.- № 2 -2с.

7. Стрельникова Т.Д. Характеристика местного склонового твердого стока в центрально-черноземной области / Стрельникова Т.Д Рязанцев В.К., Жердев В.Н., Кондратов СИ. // Экология ЦЧО РФ - Липецк: Изд-во Липецкого эколого-гуманитарного института. 2001.- № 2 -2с.

8. Стрельникова Т.Д. Экологические проблемы родного края в школьном курсе «Экология». / Стрельникова Т.Д Рязанцев В.К., Жердев В.Н., Кондратов СИ. // Экология ЦЧО РФ - Липецк: Изд-во Липецкого эколого-гуманитарного института. 2001.- № 1 -2с.

9. Стрельникова Т.Д. Экология города Липецка, / Стрельникова Т.Д., Пешкова Н.В. // Учебно-методическое пособие, - Липецк: ООО «ИГ ИНФОЛ», 2003.-176с.

10. Стрельникова Т.Д. Характеристика почв Липецкой области // Межрегиональная научно-практическая конференция, посвященная 50-летию образования Липецкой области. - Липецк: Изд-во областной администрации 2003. -152-155 с.

11. Стрельникова Т.Д. Эрозия - враг почв. // Областная научно-практическая конференция «Наука в Липецкой области: истоки и перспективы». Изд-во областной администрации 2004. - 215-217 с.

№-6365

Подписано к печати 24.03.2004 г. Заказ №524 Тираж 100 экз.

Издательство Липецкого ИУУ 398064, г. Липецк, ул. Циолковского, 18