Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Географический анализ свойств радиоформирующего слоя открытых почв

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Географический анализ свойств радиоформирующего слоя открытых почв"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ОХРАНЕ ПРИРОДЫ ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ОХРАНЕ ВОД ( ВНИИВО )

На правах рукопиои

ПЕДОСЕНКО НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

УДК 911.2:621.396.96 ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ РАДИ ФОРМИРУЮЩЕГО СЛОЯ

огарыш почв

(на примере Центральной леооотепи)

II.00. II - охрана окружающей ореды и рациональное иопользование природных реоурсов

Автореферат диооертации на ооискание ученой степени кандидата географичеоких наук

Харьков - 1990

Работа выполнена на кафедре геоэкологии и конструктивной географии Харьковского гооударотвенного университета им. А.М.Горького.

Научный руководитель - доктор гео1рафичеоких наук,

профессор Некое В.Е.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Червакев И.Г.

- кандидат географичеоких наук { Исаченко Г.А.

Ведучая организация - .Пьэ-шпкий университет им.И.Франко

Защита ооотоится 1" 20 " декабря 1990 г. в /I ^чао.

на заседании специализированного оовета K-099.0I.0I. во Воесовзном научно-исследовательском институте по охране вод (ВНИИВО) по адресу: 310888, г. Харьков-888, ул.Бакулина, 6.

С диосертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИВО.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печать«) учреждения, просим направлять в специализированный оовет.

Автореферат разоолан " ¿¿'¿см 1990 г.

Ученый секретарь специализированного оовета

к.г.-м.н:, о.н.о. , г~/{I ^ ^ Г Г. И. Кап дин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Современный уровень технической воору-иенности общества и связанные с этим нагрузки на природу в настоящее время таковы, что некогда локальные отрицательные эффекты антропогенного воздействия на природную среду сейчао достигают континентального и даже глобального масштаба. 3 этой ' связи все более актуальными становятся задачи повышения действенности контроля за природной средой, созершенстаования средств и систем получения соответствующей информации, позволяющие на основе специальных наблюдений и исследований производить адекватную оценку и обосновать прогноз последствий антропогенной деятельности.

Традиционные методы полевых географических исследований не в полной мере обеспечивают решение поставленных задач. Их применение дает должные результаты только при изучении относительно стабильных факторов, определяющих состояние среды, и оказывается недостаточно эффективным при анализе переменных факторов, так как эти методы не обладают необходимой оперативностью и не позволяют провести дифференцированную оценку сложившейся ситуации на значительных площадях без существенных финансовых и трудовых затрат.

Общепризнана перспективность применения в указанных целях дистанционных методов, в том числе радиозондирования земной поверхности. В то же время большинство исследователей (Арманд H.A., 1987, Реутов Е.А., Шутко A.M., 1985, Улаби Ф.Т., 1982, Чуднов-ский А.Ф., 1985 и др.) отмечают, что необходимым уоловием уопея-ной интерпретации данных радиозондирования земных покровов является наличие соответствующей базы данных по пространственно-временной изменчивости географических характеристик ландшафтов, влияющих на радиосигнал.

Целенаправленное, адаптированное к потребностям радиометодов изучение земных покровов начало осущеотвлятьоя только в последнее десятилетие. К настоящему времени разработаны ооновные положения по организации наземного географического обеспечения радиозондирования земной поверхности. В работах Углова В.А. (1981), Симонова Ю.Г. (1982), 1]?ина A.M. (1983), Некооа В.Е. (1986, 1989) в качестве объекта исследований при радиогеографичеоких иоолвдо-

ваниях рассматривается геосистема (радиогеосистема) с акцентированием внимания на структурных и функциональных особенностях растительного покрова. Изучение открытых пахотных почв, на протяжении длительного времени определяющих ландшафтный облик и создающих радиофизический фон многих регионов, в том числе и территории Центральной лесостепи, уделено недостаточное внимание. Этим обстоятельством определяется актуальность разработки специальных методик, способных обеспечить требуемый уровень информации о структурных особенностях и пространственно-временной изменчивости радиогеохарактеристик открытых пахотных почв, и проведения на их основе ооответствующих исследований.

Цель диссертации - определить закономерности распределения радиоформирующих свойотв открытых пахотных почв, зависящие от агротехнического состояния и увлажнения.

В соответот-эии с поставленной целью возникла необходимость решить следующие задачи:

- осуществить анализ результатов радиозондирования открытых почв о целью определить основные природно-географичеокие и агротехнические факторы, влияющие на радиофизические свойства (радиогеохарактериотики);

- ооздать базу данных по радиогеографическим характеристикам открытых пахотных почв;

- установить закономерности проотранственно-временной изменчивости свойств расформирующего слоя открытых пахотных почв, определяющих характеристики радиосигналов;

- определить возыоянооти и направления использования результатов радиогеографических исследований открытых пахотных почв для решения задач оценки природно-географических различий и состояний территории при осуществлении дистанционного контроля,

в том чиоле в связи о прогнозом формирования поверхностного стока.

Для решения поставленных задач были попользованы как традиционные, так и специально разработанные апробированные методики исследований.

Попользованные материалы. Основой для написания дисоертации послужили работы, проводимые с 1979 г. в научио-исоледовательокой лаборатории радиогеогр&фиц геалого-географического факультета

Харьковского госуниверситета. Данные, использованные а настоящей работе, получены лично автором при проведении полевых исследований в 1932-1937 годах в пределах Харьковской и Белгородской областей. В работе использованы фондовые и картографические материалы по исследуемой территории.

Обоснованность и достовернооть полученных в диссертационной работе результатов обеспечивается использованием апробированной теоретической базы радиогеографических исследований, рядом многолетних наблюдений, использованием при обработке данных апробированных методик и алгоритмов для ЗЗМ, научной апробацией и внедрением результатов исследований и разработках ряда научно-исследовательских учреждений.

Научная новизна. Предложены и апробированы для конкретной территории методики изучения основных радиогеохарактеристик открытых пахотных почв при специальных географических исследованиях, сопутствующих радиозондированию. Осуществлена типизация профилей влажности радиоформирующего слоя открытых пахотных почв, установлены закономерности динамики увлажнения микроолоев почв в весенний период при различных природно-географических и а1ротехни-ческих условиях. Установлены закономерности изменчивости параметров шероховатооти поверхности папни в течение весеннего периода и статистические характеристики шероховатости поверхности для различных состояний поля. Сгтределены возможности и направления использования результатов радиогеографичеоких исследований открытых пахотных почв в связи о прогнозом поверхностного стока.

Практическое значение и перспективы использования. Работа является частью важнейшей темы кафедры геоэкологии и конструктивной географии геолого-географического факультета Харьковского госуниверситета "Структура и состояние природно-герриториаль-ных комплексов для целей рационального природопользования" № гоо. регистрации 0187.0009256. Полученные автором результаты внедрены в ходе выполнения научно-исследовательских работ (справки о внедрении № 1-83 от 31.12.83 г., ИРЭ АН СССР, г. Москва, б/н от 29.12.б1» г., ИРЭ АН СССР, г. Москва), использувтся в научных разработках лаборатории водоохранных мероприятий в сельском хозяйстве ВНШЙО, г.Харьков (письмо № 01-13/777 от 08.05.90 г.). Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс в

курсах "Основы радиогеографии" и "Методики географических и аэрокосмических исследований", использованы в учебном пособии "Методики радиогеографии".

Результаты исследований могут быть использованы при решении задач прикладного народнохозяйственного значения, прогнозирования динамики структурных и функциональных состояний пахотных угодий в весенний период, позволяв г оптимизировать географичео-кие исследования, обеспечивающие дистанционный контроль состояния открытых пахотных почв радиометодами, могут использоваться в качестве входных условий в моделях, где требуется учет состояния подстилавшей поверхности.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Необходимым условием радиогеографических исследования открытых пахотных почв является установление закономерностей распределения географических свойств почв в пределах радиофор-мирующего слоя.

2. Аростракзтвенно-временная изменчивость основных географических характеристик радиоформирующего слоя открытых пахотных почв (влажность, шероховатость поверхности) имеет закономерный характер.

3. Возможно использование методов и результатов радиогеографических исследований открытых пахотных почв в комплексе с другими параметрами в целях прогноза поверхноотного стока и оценки потенциального загрязнения вод стоком с пахотных угодий.

Апробация основных результатов работы осуществлена в докладах и сообщениях на ряде научных собраний, в том числе: Всесоюзном симпозиуме "Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами", г.Иркутск, 1985; У1 симпозиуме "Радиолокационное исследование природных сред", г.Ленинград, 1988; П Всесоюзном симпозиуме "Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами", г.Ленинград, 1989; научных семинарах лаборатории радиогеографии и кафедры геоэкологии и конструктивной географии геолого-географического факультета Харьковокого гооуниверситета, ряде других специальных совещаний и собраний. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Структура диссертационной работы определяется сформулированными выше задачами. Работа оостоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, приложения.

Общий объем работы - 183 страницы. Из них 50 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 15 рисунков. Список литературы - 109 наименований. В приложении 12 таблиц на 53 страницах.

В первой главе проведен анализ работ, исследующих особенности формирования радиоизобракения открытыми почвами и определены основные радиогеохарактеристики, изучение которых является необходимым условием радиогеографических исследований открытых поча. Дан анализ географической обеспеченности радиозондирования открытых почв и обоснована необходимость детализации географических исследований.

Зо второй главе приведена результаты исследовании простран-ственно-зременных особенностей увлажнения радиофэрмлрующего слоя почв в весенний период. Разработана методика исследований и обоснован выбор в качестве объекта изучения распределения влажности верхнего 20-см слоя почв. Установлены корреляционные связи интегральных и послойных значений влажности, исследован характер вертикального распределения влаги в пределах радиофор-мирувщего слоя и выделены доминирующие типы профилей влажности.

Б третьей главе дан географический анализ шероховатости поверхности открытых пахотных почв. Установлены природные и антропогенные предпосылки формирования неровностей поверхности почли при ее обработке и изложена методика изучения шероховатости при исследованиях, сопутствующих радиозондировании. Подтвервде-на геоморфологическая предопределенность направления обработки полей района исследований. Выделены доминирующие типы шероховатости поверхности пашни, доминирующие в весенний период, и приведены статистические характеристики шероховатости полей в различном их состоянии.

В четвертой главе рассмотрены основные тенденции динамики радиогеохарактеристик открытых почв в течение весеннего периода. Проведены раочеты значений контрастов свободной объемной влажности между полями различной специализации и установлены слои максимальной контрастности. Исоледована Еременная изменчивость значений параметра шероховатости.

В пятой главе проанализированы возможные направления использования методов и результатов радиогеографических исследований открытых пахотных почэ для оценки природно-географичеоких различий и состояний территории в связи с установлением условий формирования поверхностного стока.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Необходимым ^олоБием__радиогео1^а$ических исследований открытых^пахотных почв_является ¿становл^ние_закономерностей ра£П£е дел е ни я геог£а^ических_овойств_почв в пределах_радио-ще го_с л од.

Сопоставление данных, полученных о помощью наземных и бортовых радиолокационных сиотем, о географическими параметрами, характеризующими открытые почвы, проведенное в работах отечественных и зарубежных авторов, выявило наиболее тесные зависимости значений радиосигнала от влажности верхних слоев почвы и шероховатости зондируемой поверхности.

Близкая к линейной зависимость диэлектрической проницаемости, определяющей электрические свойства почв, от влагосодер-жания в диапазоне влажности наиболее характерном для естественных почв, подтверждается во всех работах, касающихся этого вопроса. При этом наибольшая чувствительность радиосигнала к наличию в почве влаги отмечена для радиоволн сантиметрового диапазона. Не рекомендуется применение волн более 20 см (Лещан-ский Ю.И. и др., 1982), так как при этом уменьшается разрешающая способность метода, а мощность наследуемого слоя увеличивается незначительно. В то же время, ранее установлено, что для увлажненных почв во всей СВЧ-диапазоне глубина проникновения электромагнитных волн в почву не превышает длины волны. Поскольку для определения в лагос о держания рекомендован диапазон длин волн до 20 см, очевидно, что при географических исследованиях, сопутствующих радиозондированию открытых почв, свойства именно этого слоя, являющегося радиоформирующим, устанавливаются превде всего.

Приоритетность изучения свойотв верхнего 20-см слоя почв определяется также тем, что для него свойствен каиболыаий динамизм всех природно-геохрафических характеристик, его состояние имеет решающее значение в формировании качества поверхностного стока и во влагообеспеченнооти сельхозкультур в первые, фазы их развития. Варьирование влаянооти по глубине в подстилающих слоях в весенний период большей частью не велико. Из более чем 1100 профилей влажности, определенных в апреле-мае 1981-1984 г,

для АГОЗ восточной лесостепи Украины, в 61,7 % олучаея колебание влажности по глубине в слое 20-50 ом не превыаадо 1-2 %, в то время как в слое 0-20 см эти колебания на порядок выве.

Ведущая роль в динамике интегральной влажности почв ее изменений в поверхностных слоях подтверждается увеличением тео-ноты корреляции между послойными и интегральными значениями влажности при переходе к каждому вышележащему слов. Теснота связи между интегральной влажностью слоя 0-10 см и ее значениями на глубине 10 см описывается коэффициентами корреляции 0,73 -0,86, для глубины 7,5 см - 0,74 - 0.92, для 5 си - 0,79 - 0.51 и для 2,5 см - 0,84 - 0,91. Зти тенденции остаются действительными для всех типов весен, а наиболее отчетливо проявляются при сложных погодных условиях и в многолетнем цикле.

Классификация поверхностей по степени аероховатости для целей радиозондирования кроме размеров самих неровностей учитывает длину волны, что приводит к известной неопределенности понятий "гладкая" и "шероховатая" поверхность. Открытые пахотные почвы при зондировании на волнах миллиметрового и сантиметрового ди-шазонов относятся к поверхностям со сложноЛ оерохсва-тостью, а на дециметровых - определяются как мелкоаероховатыв или сложношероховатые, в зависимости от характера обработка почв. Моделирование таких поверхностей требует данных, учитывающих неровности соизмеримые о длиной волны, т.е. связанных о агротехническим состоянием поля. Одной из причин гаопределенности в трактовке результатов радиозондирования открытых почз при определенных условиях ножет отать рядная структура (греб-, нистость) поверхности. Этим обстоятельством обусловлена пгсб-ходимость в установлении изменчивости статистических хср&зте-ристик шероховатости в зависимости от направления съемки относительно ориентации гребней.

Зависимость радиосигнала от природко-географичеоких условий и агротехнического состояния поля, прииененке пря зондировании открытых почв спектра радиоволн сантиметрового диапазона, расширение в перспективе применения миллиметровых воли, ках-симальное проникновение которых в весвства и материалы ке превышает 1,7 ом (Андреев Г.А., 1982) и для которых серохозатсать поверхности имеет возраставшее значение, обуодовя!1заат кеобхо-

димость детализации сопутствующих географических исследований.

Для обеспечения сопоставимости полученных при радиозондировании данных со значениями влажности почв в слое, соответствующем глубине проникновения радиоволн в диапазоне длин до 20 см. распределение влажности почв исследовалось по микрослоям мощностью от I см (в слое 1-5 ом) до 2,5 ом (в слое 5-10 см) и до 5 см (в слое 10-20 ом). При выборе мощности микрослоев учитывается вариабельность влажности в пределах олоя в территориальном и временном аспекте, а также возможное влияние неоднородности электрических характерно тик внутри слоя на формирование радиоизображения. По данным Лещанского Ю.И. (1982) при измерении в сантиметровом диапазоне радиоволн слой мощностью I см можно считать однородным (по глубине в указанных пределах) и принимать для расчета его электрических характеристик. Целесообразно {\азделение верхнего сантиметрового слоя почвы на два полусантиметровых, так как в весенний период высока вероятность ситуаций, когда увлажнение этих микрослоев существенно различается, что особенно отчетливо проявляется в случае формирования почвенной корочки.

Следовательно, к ведущим характеристикам, определяющим радиофизические свойства открытых почв, относятся характеристики, которые, являясь традиционными при ландиафтно-географичес-ких исследованиях (рельеф, влажнооть почвы), при исследованиях, сопутствующих радиозондированию открытых пахотных почв, рассматриваются в аспекте не свойственном почвоведению или ландаафтоведению. Анализ литературных данных по рассматриваемым характеристикам показывает, что они могут быть использованы лишь для оценки общей ситуации, однако ни периодичность проведения исследований по режиму влажности почв (преимущественно один раз в декаду), ни мощность слоев, для которых определяется влажность почв (главным образом 10 ом), ни принятые критерии оценки неровностей поверхности пашни (по количеству комков диаметром более 5 см) не удовлетворяют требованиям наземного гео1рафического обеспечения радиозондирования.

Сущеотвует практическая потребность в разработке специальных методик гемрафических исследований, адаптированных к потреб-ноотям радиометодов, и проведении соответствующих исследований.

2. Пр остр ан£таенно-време иная изменчив ос ть_ос нов них географических ха£актеристик радиоформирующего слоя_отк£ытых пахотных_почв (_влажиос ть^ шероховатость поверхности) имеет закономерный характер._

В диссертации исследованы закономерности распределения влаги в радиоформирующем слое, ее временная изменчивость под воздействием природных и антропогенных факторов, контрасты влажности между группами полей различной специализации.

Анализ профилей влажности радиоформирующего слоя почв позволяет выделить доминирующие типы ее распределения: линейный, линейно-ломаный, ступенчатый, параболический, оделенные подтипы профилей учитывают числовые значения и знак градиента влажности. Наибольшие значения градиентов (до 3-4 £/см) в поверхностном 4-5-см слое при линейно-ломаном нарастании влаж-нооти о глубиной. Отрицательные градиенты в поверхностном олое достигает значений 1,5-2 £/см. В подстилавших слоях изменение влажности не превышает 0,2-0,4 ¡(/си. 3 весенний период отчетливо проявляется влияние на вертикальную дифференциацию почвенной влаги специализации поля. На полях под яровые культуры доминируюг профили влажности, описываемые линейно-ломаной зависимостью. На полях многолетних трав в начале весны преобладают профили, характеризующиеся снижением влажности о глубиной в поверхностном слое. В конце сезона, как и на полях под озимыми в целом, распределение влаги более сложное. Преобладают профили с линейно-ломаным или ступенчатым нарастанием влажноо-ти о глубиной.

Величина дестабилизации влажности почвы зависит, при прочих равных условиях, от характеристик исходного профиля влажности и количества выпавших осадков. При влажности почв ниже влажности разрыва капилляров увеличение выпавших осадков на I мм (в диапазоне 1-10 км) увеличивает мощность слоя, где проявляется их влияние, в среднем на I ом. При более высокой влажности мощность слоя дестабилизации при увеличении осадков на I мм увеличивается на 1,5-2 см, а при иссушенных поверхноотных олоях - в среднем на 0,4-0,5 ом. Минимальные и максимальные значения глубины промачивания по типам профилей влажности при увлажнении I мм соотносятся как 1:11, при 3 мм - 1:8, при 5 мм -1:6, а при 10 мм и более максимальные значения превосходят минимальные в 3-4 раза.

В естественных условиях наиболее активная потеря влаги происходит на полях под яровые культуры в разрыхленном боро-вованим слое (до 7 £/сугки), на полях озимых в верхнем 3-4-см слое, что приблизительно соответствует глубине заделки семян (до 5 2/сутки), под многолетними травами в микрослое 0-0,5 см -(до 3,5-и £/суткн). Уменьшение влажности нижних горизонтов (около 0,5 ^/сутки) остается характерным для всех типов угодий. Активная потеря влаги происходит до достижения влажности в слое 0-0,5 см - 6-7%, 0,5-3 см - Ц-14 %, 3-5 см - 1618 %, 5-20 см - 20-22 Я. 3 конце весеннего периода более интенсивно высыхают поля с большей объемной плотностью почв.

Контрасты влажности между группами полей различной специализации изменяются с течением времени, В ранневеоенний период при обсем высокой уровне увлажнения различия минимальны. На полях, где приводилось снегозадержание, формируется полосчатая структура влажности поверхностных слоев. С началом полевых работ максимальные контрасты влажности между разрыхленным боронованием слоем почвы полей под яровые и соответствующим ему слоен под ниоголетними, а в периоды, следующие за выпадением осадков, и под озимыми, Различия влажности подстилающих слоев существенно меньше, причем на полях под многолетними и озимыми сил чаче оказываются супе, чем под яровыми. В конце периода наиболее увлажненными оказываются поля под яровими (за исключением верхнего слоя, мощностью 1-2 си), сдедувщув группу составляют поля многолетних трав, наиболее оухие почвы под озимыми.

В отношении установления пространственно-временных изменений характеристик оероховатости поверхности открытых пахотных почз наибольший интерес представляют: установление сходства и различия характеристик перохоаатости на полях различной специализации, тенденции изменения характеристик вероховатости в течение весеннего периода, зависимость характеристик шероховатости от направления сьемкн на полях с выраженной рядной структурой.

В реальных условиях особенности вероховатооти поверхности пахотных почв определяются видом и временем проведения агротехнических мероприятия и последующими погодными условиями.

Поля различной специализации образуют ряд (в порядке нарао-

тания значений параметров шероховатости поверхности): озимые -посевн сахарной овеклы и ячменя - посевы подсолнечника, гороха, культивированные под поздние яровые - пар. Наибольшая пространственная изменчивость параметров шероховатости характерна для паровых полей. Сравнительно большая вариабельность их значений для культивированных полей и при широкорядном посева, меньше - на посевах зерновых и сахарной свеклы, минимальная -на полях озимых.

Для полей под яровые культуры характерны общие тенденции к уменьшению значений параметров шероховатости в течение времени, что связано с увеличением требований к качеству обработки почв в процессе ее подготовки к посеву и нивелирующим воздействием осадков, ветра и др. При общей тенденции к аыравнива-. ншо поверхности отмечаются периодические увеличения значений параметров шероховатости, связанное с рыхлением почвы.

Значения параметров шероховатости зависят от направления съемки профиля относительно ориентации гребней. Исследованиями подтверждена геоморфологическая предопределенность направления обработки полей иоследуемого района. Распределение азимутов направления обработки почв и ориентация оврагов и балок для разных частей полигона описываатоя аналогичными кривыми. В болызинстве случаев имеет место тенденция к увеличении значений параметров шероховатости по мере отклонения направления оъемки профиля от направления обработки. Наличие комков на взрыхленном поле оглаживает влияние рядной структуры. По мере разрушения комков значения параметров шероховатости уменьшаются, но происходит отчетливая дифференциация их по направлениям съемки. Для сильнокомковатих и глыбистых участков, образующихся при пахоте или существующих до весенней обработки, указанные зависимости не характерны. ^

Таким образом, диссертационное исследование показало, что . несмотря на многовариантность пространственно-временной изменчивости основных радиогеохарактеристик открытых пахотных почв, для них остаются характерными обоие, достаточно отчетливые тенденции развития, увеличение вероятности проявления тех или иных свойств радиоформирующего слоя в определенные периоды.

3. Возможно испол^зование_методов_и_рез^льтатов^>адиогео-графических исследований_отк£ытых пахотных_почв в комплексе _ с другими па£аметрами в целях прогноза_поверхностного стока _ и оценки_потенциального загрязнения вод стоком_с_пахотных

Основным источником загрязнения вод при сельскохозяйственном производстве является поверхностный и дренажный сток. Качественный вывод о влиянии различных агромелиоративных мероприятий на поверхностный сток однозначно определяется большинством исследователей, однако количественная оценка степени изменения стока определяется множеством разнообразных факторов и представляет ообой чрезвычайно сложную задачу.

Долгое время программы охраны окружающей среды, в том числе и водных ресурсов, были основаны на идее контроля точечных иоточникоэ загрязнения. В силу изложенных выше причин, в последнее время возникла практическая потребность в разработке и внедрении систем контроля площадных источников загрязнения, прежде всего сельскохозяйственного происхождения.

Традиционные методы географических исследований дают должные результаты только при изучении относительно неизменных фшс-торов формирования поверхностного стока (уклон, высота, тип и ооотав грунтов, густота речной и овражно-балочной оети и др.) и ряда факторов, непосредственно отражающих состояние или изменение антропогенного воздействия на водосборы (хозяйствен- • ная освоенность, распаханность, залесенность, площадь мелиорированных земель и др.). При анализе переменных факторов, влияющих на формирование стока, где необходимо учитывать местные особенности малых водосборов во временном аспекте, их применение недостаточно эффективно, так как эти методы не обладают должной оперативностью и не позволяют провести дифференцированную оценку состояния поверхности на значительных площадях.

Анализ результатов радиозондирования и эталонных географических исследований земных покровов, в частнооти открытых пахотных почв, указывает на то, что эти исследования могут быть в той или иной степени использованы при решении большего круга задач, в том числе и при оценке условий формирования поверхностного стока с пахотных угодий, создании необходимого банка данных для перехода от качественной к количественной оценке.

Возможность использования результатов радиозондирования и данных сопутствующих наземных географических исследований в указанных целях определяется тем, что характеристики радиосигнала, формируемого открытыми пахотными почвами, преимущественно обусловливаются теми же факторами, которые учитываются в моделях поверхностного стока. В ряду частных процессов, формирующих сток, большинство исследователей выделяют процессы инфильтрации и поверхностного задержания части стока, а в моделях, описывающих эти процеосы, использованы коэффициенты, учитывающие начальное увлажнение почвы и шероховатость ее поверхности, т.е. именно те характеристики, изучение которнх являет-оя необходимым условием радиогеографических исследования открытых пахотных почв.

Среди наиболее перспективных направлений использования радиогеографических исследований открытых пахотных почв обозначены следующие: идентификация участков водосборов по характеру их сельскохозяйственного использования; определение пространственной структуры влажности поверхностных слоев пахотных почв в различные периоды; определение характеристик перохова-тости поверхности пашни для различных состояний поля.

Возможность идентификации групп полей основываетоя на положении, что в весенний период между полями под яровые куль. туры, посевами озимых и многолетних трав отмечается устойчивые различия по уровню увлажнения поверхностных олоев почвы. Проведенные исследования указывают на закономерный характер изменчивости влажностных контрастов между этими группами полей. Установленные конкретные значения контрастов влажнооти и мощности слоя, где различия проявляются наиболее отчетливо, позволяют выработать рекомендации по условиям зондирования почв о цельв установления характера их хозяйственного использования. ^

Установленные в процеосе настоящих исследований особенности пространственно-временной изменчивости увлажнения почв, характеристики вертикального распределения влаги по микроолоям в пределах радиоформирующего слоя, дестабилизации ее значений под воздействием природных и антропогенных факторов мо1ут составить базу при прогнозировании состояния пахотных угодий в периоды между наблюдениями, для расчета поправок значений влаж-

Таблица I.

Статистические характеристики шероховатости поверхности, пахотных почв для различных состояний поля (апрель - май 1984. 1986-87 гг.)

! Состояние поля , А (см) ! X !(см) ; ! ; к

I. После схода снежного покрова (зябь) 8.3 4,0 1,97 4,62 1,22

2. Посевы озимых 5.5 2,4 1,22 1,50 1,05

3. Пахота свежая 19,3 6,8 4,05 16,40 1,48

4. Первое боронование 7.6 3,0 1,50 2.31 1,26

5. Повторное боронование 7,5 2,6 1,58 2,56 1.21

б. Боронование пооле ливней 5.8 2,8 1,37 1.99 1,25

7. Культивированные под поздние яровые 8,1 3,6 1,84 3,65 1,14

8. Боронованная пахота после ливней (заплывшая) 4,6 2,1 1,10 1,34 1,07

9. Посевы ранних зерновых (ячмень) 6,3 3,2 1,58 2.55 1,08

10. Посевы сах. свеклы 6,4 3,3 1,48 2,30 1,06

Посевы подсолнечника • 7.6 3,5 1,89 3,58 1,13

12. Посевы гороха 7.9 3,1 1,76 3,25 1,10

А - амплитуда колебания высот, X - оредняя высота, - среднее квадратическое отклонение, (3 - диопероия, И " коэффициент шероховатости (отношение длины кривой, опиоивавщей профиль поверхности почвы, к длине ее прекции).

нооти при неоинхроннооти диотанциошшх и наземных измерений.

Проведенные полевые исследования и последующие расчеты позволяют выделить наиболее типичные состояния полей и выявить характерные особенности шероховатооти поверхности пашни и ее временную изменчивость. Приведенная в таблице I очередность состояния полей в целом соответствует их временному проявлении и дает общее представление об основных тенденциях изменения ота-тиотичеоких характеристик шероховатости пашни в течение весеннего периода. К наиболее информативным показателям следует отнести дисперсию высот, амплитуду колебания выоот, коэффициент шероховатости. Увеличение амплитуды колебания высот при неизменном коэффициенте шероховатооти указывает на наличие на поверхности пашни более крупных неровностей и, наоборот, увеличение коэффициента шероховатооти при неизменной амплитуде указывает на большую дробность форм. Менее шероховатыми являютоя участки под посевами озимых и многолетних трав, а также боронованные поля, подвергшиеся воздействию ливневых дождей; неокольцо большие значения шероховатооти на полях, где проведем сев; далее оледуют свежеборонованные и культивированные поверхности, причем для последних характерны более крупные форма неровностей; наиболее сложны и неоднозначны по характеру иерехо-ватости поверхности полей до начала полевых работ.

Таким образом, установленные при радиогеографическом анализе закономерности изменения и числовые выражения контрастов влажности между отдельными группами полей, особенности вертикального распределения влаги по иикрослоям, характеристики процессов дестабилизации и релаксации увлажненности почв под воздействием внесших факторов, статистические характер ко тихи вероховатости поверхности для различных состояний полей пред-отавлявт интерес не только как данные, необходимые для интерпретации результатов радиозондирования, нося могут быть использованы как входные данные в моделях поверхностного стока для конкретных территорий и периодов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью и решаемыми задачами в диссертационной исследовании получены следующие основные

результата:

1. Установлено, что основными свойствами радиоформирующего олоя открытых пахотных почв, определяющими характеристики отраженного и излученного радиосигнала, являются влажность и ее распределение по глубине, а также шероховатость поверхности. Это дает возможность путем применения радиозондирования и проведения сопутствующих ему радиогеографических исследований получить характеристики почвы, существенные при проведении локального контроля состояния агр о ландшафтов, прогнозе поверхностного стока и потенциального загрязнения вод стоком с пахотных угодий.

2. Предложенные методики изучения основных радиогеохарак-теоистик открытых пахотных почв при исследованиях, сопутствующих их радиолокационному зондировании, апробированы для территории Центральной лесостепи.

3. Установлен закономерный характер пространственно- временной изменчивости увлажненности радиоформирующего слоя открытых пахотных почв в весенний период для районов Центральной леооотепи ETC. Изучено послойное распределение влаги внутри этого олоя для различных типов профилей влажности, обеспечивающее сопоставимость результатов радиозондирования с данными по влажности почв в слое, соответствующем глубине проникновения радиоволн.

U. Изучено влияние агротехнического состояния поля и погодных условий на изменчивость характеристик шероховатости поверхности. На примере Ьелгородского полигона подтверждена предопределенность направления обработки почв и связанной с этим греб-ниотооти поверхности полей исследуемого района характером ов-ражно-балочной сети. Озуществлено нетрадиционное, адаптированное к потребностям радиометодов, описание шероховатости поверхности пахотных почв.

5. Определены возможности и направления использования результатов эталонных географических исследований открытых пахотных почв для оценки природно-географических различий и состояний территории, в том числе в связи с прогнозом формирования поверхностного стока и сценкой потенциального загрязнения вод стоками о сельскохозяйственных водосборов. Среди наиболее перспективных направлений обозначены: идентификация участкоз во-

досборов по характеру их сельскохозяйственного использования; определение пространственной структуры влажности поверхностных слоев открытых пахотных почв; определение характеристик шероховатости поверхности открытых пахотных почв.

Основные положения диссертации опубликованы в оледувцих работах:

1. Динамика отдельных параметров различных компонентов ландшафта леоной зоны ETC// Вестн. Харьк. ун-та, 1982, & 226» с. 52-54 (соавтор В.Е.Некое).

2. Результаты исследований фитоагрономических радиогео-сиотем европейской части СССР// тез. докл. Всесовзн. ошэтоз* "Дистанционное зондирование земных покровов радиометодамн", Иркутск, 1985, с. 82-84 (ооавторн В.Е.Некоо, Д.Б.Нагкаева и др.)^

3. Некоторые особенности функционирования агрорадиогео-оистен в период весеннего усложнения структуры// тан ж,

о. 87-88.

4. Типизация профилей влажности простых радиогеосиотем// Вестн. Харьк. ун-та, 1986, » 283, о. 19-20.

5. Основные тенденции динамики ради ore опараметров природ-но-антропогенных комплексов в весенний период// Веотн. Харьк. ун-та, 1988, » 325, с. 30-32.