Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка и учет эрозионно-аккумулятивных процессов при создании почвозащитных агроландшафтов

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

Автореферат диссертации по теме "Оценка и учет эрозионно-аккумулятивных процессов при создании почвозащитных агроландшафтов"

Лч £

о ^ российская академия наук §

ссэ ¿¿г институт географии

— о>

I

На правах рукописи

КРАВЧЕНКО Роман Алексеевич

ОЦЕНКА И УЧЕТ ЭРОЗИОННО- АККУМУЛЯТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СОЗДАНИИ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ (на примере Курской области)

Специальность 11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Институте географии РАН Научные руководители:

доктор географических наук Б. И. Кочуров доктор географических наук Ф. Н. Лисецкий

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Н.И. Коронкевич кандидат географических наук В.Н. Голосов

Ведущая организация:

Московский педагогический университет

Защита диссертации состоится июня 1997 года в -/,3 часов на заседании специализированного совета Д. 003. 19. 01 при Институте географии Российской Академии наук (109017, Москва, Старомонетный пер., д. 29).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии РАН.

Автореферат разослан'

мая 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

{¿¿^ Т.П. Куприянова

Актуальность темы. Эрозия земель является одним из основных факторов препятствующих повышению эффективности использования агроландшафтов. Особенно это актуально для Курской области, являющейся территорией преимущественно сельскохозяйственного использования земель и расположенной в зоне активного проявления эр-розионных процессов. Рациональное использование земельных ресурсов требует первоочередного решения такой проблемы, как создание и совершенствование почвозащитных, противоэрозионно устроенных агроландшафтов. Разработанные наукой к настоящему времени принципы и методы создания почвозащитных природно-технических систем ( прежде всего с помощью применения контурно-мелиоративной системы земледелия) позволяют повысить продуктивность агроландшафтов наряду с решением природоохранных задач. Однако применение контурно-мелиоративной системы земледелия сопровождается антро-погенезацией рельефа, что накладывает свои особенности на прохождение природных процессов. Поэтому изучение функционирования почвозащитных агроландшафтов, выявление происходящих в них изменений является важной научной и практической задачей.

В то же время изучение природных механизмов саморегулирования орозионно-аккумулятивных процессов является необходимым и перспективным для решения такой проблемы, как создание почвозащитного агроландшафта. Исследование форм линейной эрозии с позиций саморегуляции флювиального рельефа требует выяснения ряда нерешенных проблем. Это выявление особенностей прохождения современных процессов погребения внутри овражной системы. Нерешенным и дискуссионным является вопрос о том приводит ли аккумуляция твердого стока к снижению эрозионной активности склоновых агроландшафтов. Для создания почвозащитных агроландшафтов необходима оценка возможности использования природных процессов, сдерживающих эрозию.

Основной целью работы является изучение и учет особенностей эрозионно-аккумулятивных прцессов для обоснования перспективных и совершенствования существующих почвозащитных агроландшафтов.

Для решения поставленной цели были намечены следующие основные задачи:

!. Изучить особенности прохождения современных процессов погребения в овражных системах.

2. Оценить возможность использования аккумуляции твердого стока для снижения эрозионной активности склоновых агроландшафтов.

3. Выявить особенности развития эрозионньрс процессов на территориях с применением контурно-мелиоративной системы земледелия и предложить рекомендации по оптимальному функционированию почвозащитных агроландшафтов.

Основные методы использованные в работе - это традиционные, общепринятые в геоморфологии и географии приемы изучения динамики эрозионно-аккумулятивных процессов с помощью анализа разновременных аэрофотоснимков, а так же полевые исследования, проводимые с целью определения морфометрических характеристик, динамики эрозионных форм и изучения современных отложений.

Основные результаты были получены при исследовании территории правобережья среднего течения р. Сейм в пределах Курской области и изучении 5 ключевых участков с внедренной контурно-мелиоративной системой земледелия, расположенных в северной, центральной и южной частях области.

Научная новизна работы:

Выявлена особенность развития овражного рельефа, заключающаяся в активизации погребения береговых оврагов под влиянием аналогичных процессов в донных оврагах. Внешние по отношению к саморазвитию оврагов факторы не явлются определяющими движущими силами внутрисистемных превращений. Дана оценка возможности использования аккумуляции твердого стока для снижения активности эрозионных процессов в склоновых агроландшафтах.

Выявлены особенности развития эрозионных процессов в условиях ангропогенезированного рельефа склонов (в случае применения контурно-мелиоративной системы земледелия). Установлено зигзагообразное развитие пространственной структуры линий стока в почвозащитных агроландшафтах. Дана оценка воздействия контурно-мелиоративной системы земледелия на эволюцию рельефа, как потенциально эрозионно опасной.

Практическая значимость работы:

Теоретически обоснованная возможность создания перспективных противоэрозионно устроенных агроландшафтов может быть использована для дальнейшей конкретизации и опытного внедрения. Предложенные рекомендации по оптимальному функционированию почвозащитных агроландшафтов могут быть внедрены в дроизводство, а так же применены для дальнейшего совершенствования контурно- мелиоративной системы земледелия.

Основные защищаемые положения:

1. Принципиальная схема развития современных процессов погребения овражной системы, отражает специфическую особенность флговиального рельефообразования заключающуюся в активизации погребения береговых оврагов под влиянием аналогичных процессов в донных оврагах.

2. Использование аккумуляции твердого стока для снижения эрозионной активности склоновых агроландшафтов является возможным.

3. Оптимальное функционирование контурно-мелиоративной системы земледелия, являющейся по характеру воздействия на эволюцию рельефа потенциально эрозионно опасной, возможно при соблюдении условия временной адаптации.

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации освещены в 8 научных работах.

Результаты исследований по теме диссертации докладывались на научных конференциях в Пермском (1995) и Белгородском (1996) университетах, а так же на заседаниях Отдела физической географии и

природопользования Института географии Российской Академии

наук.

Структура и объем работы. Работа состоит из 4 глав, введения, заключения и библиографического списка использованной литературы.

Общий объем диссертации страниц машинописного текста, содержит 15 рисунков и 16 таблиц. Библиографический список использованной литературы включает 121 источник, в том числе 17 на английском языке.

Автор выражает глубокую признательность научным руководителям - д. г. я. Б. И. Кочурову ( Институт географии РАН ) и д. г. н. Ф.Н.Лисецкому ( Белгородский государственный университет) за постоянную помощь и внимание. Автор благодарен А. И. Скоморохову (Юго - Западная геологоразведочная экспедиция) за консультации и ценные советы, а также всем кто оказывал содействие в научной работе.

Содержание работы.

Особенности эрозионно-аккумулятивных процессов на примере развития форм линейной эрозии

Изучение флтовиалыгого рельефообразования в значительной степени базируется на теоретических положениях разработанных Н.И. Маккавеевым о тесной взаимосвязи эрозионных и аккумуля-

тивных процессов. Дальнейшее развитие концепции единого эрозион-но-аккумулятивного процесса связано с изучением рельефообразования с позиций саморегуляции.

Выявленные особенности в развитии овражно - балочных форм позволили А.И. Скоморохову ( 1978, 1981а, 1990 ) сформулировать положение о возвратно-поступательном развитии флювиального рельефа. В оврагах и балках всегда сохраняются потенциальные возможности для повторного вреза. Активная деятельность оврагов прерывается аккумуляцией, которая может продолжаться до их полного исчезновения (возвратная, регрессивная стадия) или прерываться новой вспышкой эрозионной деятельности. Смена эрозионного процесса аккумулятивным объясняется внутренними закономерностями в развитии фшо-виального рельефа.

На основе исследования линейных эрозионных форм C.B. Некое и А. Н. Дамасевич (1990) пришли к заключению о колебательном характере эрозионных процессов, определяемом саморегуляцией в развитии рельефа. При неизменных внешних условиях возможно циклическое саморазвитие системы ( Фирсенкова, 1988 ). Пульсирующий характер процесса, чередование смыва и аккумуляции как для разных участков склона так и для одних и тех же в разные отрезки времени было выявлено с помощью наблюдений за реперами. Очень важная особенность процесса денудации в том, что он является прерывистым ( Агафонов, 1982 ). Процессы смыва и аккумуляции имеют волновой характер во времени и пространстве (Часовникова, 1985).

Волновой, колебательный характер, прерывистая денудация, возвратно-поступательное развитие рельефа - и другие процессы являются по сути дела процессами саморазвития, саморегуляции природной системы. При исследовании самоорганизации в развитии форм рельефа А. В. Поздняков и И. Г. Черванев (1990) делают заключение, что эрозия и аккумуляция взаимопогашаются, сравнивая саморегулирование этих процессов с колебаниями маятника.

При описании овражных форм в работе используются широко упротребляемые в научной литературе термины и понятия. Так, овраги развивающиеся по балочным днищам относятся к донным оврагам. Под береговыми оврагами понимаются эрозионные формы приуроченные к склонам.

Вершинный прирост донного оврага может не приводить к удлинению эрозионной формы. Прирастая вершиной, овраг укорачивается за счет заполнения рыхлыми отложениями устьевой части. В многолетнем разрезе это выглядит как передвижение оврага по балочному дни-

щу. Отложения по дну перекрывают склоны оврага, изменяя его поперечный профиль с треугольного в сторону корытообразного, вплоть до полного исчезновения отрицательной формы рельефа. Продвижение конусов выноса в сторону верховий приводит к изменению элементов оврага. Днище из узкого, с четко выраженной линией тальвега, становится плоским и широким. Уменьшается высота склонов, развитие которых идет в сторону выполаживания и задернения. Однако интенсивность осадконакопления по дну выше, чем скорость отступания склонов.

По длине балочного днища часто развивается несколько размывов и происходит многократная смена отмерших донных оврагов на более молодые. О фактах полного погребения свидетельствуют многочисленные обножения в вершинах и по стенкам оврагов, которые вскрывают современные намытые, слоистые, лрогомусированные, слабоуплотненные овражные отложения. Часто встречаемые по обножени-ям погребенные обломки кирпича, шифера, стекла, не сгнившей древесины свидетельствуют о высоких скоростях захоронения и повторного размыва одних и тех же участков.

Сходные процессы погребения происходят и в береговых оврагах, однако их захоронение, так же как и прирост происходит более медленно, чем в донных оврагах. Постепенное погребение береговых оврагов приводит к изменению их положения относительно местного базиса эрозии, которым является донный овраг.

Береговые овраги по характеру их связи с донными были объединены в 3 группы. Устьевая часть берегового оврага может иметь непосредственную, четко выраженную связь с донным. В случае, если в береговом овраге начинаются активные процессы погребения, то он может перейти в другое состояние при котором его устьевая часть оказывается более или менее полно заиленой, связь русла устьевой части берегового оврага с донным нечеткая ( переходное состояние). При дальнейшем развитии активной аккумуляции береговой овраг утрачивает видимую связь с донным, становится как бы "оторванным", "отшнурованным" от него. Устьевая часть берегового оврага заилена и может располагаться почти вплотную к бровке донного оврага или отстоять от него на десятки и первые сотни метров. О наличии ранее связи между ними убедительно свидетельствуют геологические разрезы. Выделенные три состояния береговых оврагов являются по сути фазами поэтапного распространения процессов погребения.

Для территории ключевого участка ( площадью около 60 км2 ) было подсчитано процентное отношение береговых оврагов, находя-

щихся в разных фазах развития, по трем временным срезам (1950, 1966, 1983 годы). Отклонения в величинах по годам крайне незначительны, то есть на территории сохраняется примерно одинаковое, типичное соотношение оврагов различных фаз. Хотя между периодами аэрофотосъемки происходили изменения и наблюдался переход оврагов в разные состояния. Средние величины соотношения береговых оврагов приведены в первой строке таблицы. Эти значения можно принять за константу, ввиду их слабой изменчивости во времени. Было проведено сравнение этих величин с такими же средними значениями, но только для береговых оврагов которые расположены в тех частях балочных водосборов, где по днищам балок наблюдаются хорошо выраженные процессы заиления донных оврагов (табл. ).

Таблица

Частота встречаемости ( % ) различных фаз развития для групп береговых оврагов в системе донный овраг - береговой овраг ( средние значения по трем временным срезам )

Группы береговых оврагов Характер связи берег овых оврагов с донными

Непосредственная связь (четко выражена) % Переходное состояние % "Оторванные", "отшнурован-ные" (не имеют видимой связи) %

Все береговые овраги 56,0 12,9 31,1

Береговые овраги в районах активно го заиления донных оврагов 21,2 19,2 59,6

По данным таблицы видно, что для группы эрозионных форм, приуроченных к районам активного погребения донных размывов, характерно существенное повышение доли оврагов имеющих тенденцию к погребению. Таким образом аккумуляция, распространяющаяся в донных оврагах охватывает и приуроченные к ним береговые овраги. Обращает на себя внимание тот факт, что заиливание и "отрыв" начинается с тех береговых оврагов, которые приурочены к устьевой части дон-

ных, когда в последних наблюдается смещение конусов выноса в сторону вершины оврага. Дальше наступает очередь склоновых размывов, приуроченных ближе к вершинной части донных. Длина береговых оврагов раньше утративших связь с донными продолжает уменьшаться за счет погребения устьевых частей. Вершина оврага может давать прирост или оставаться практически неизменной в пространстве. Принципиальная схема развития современных процессов погребения овражной системы (рис.) показывает, как происходит постепенный "отрыв" и погребение береговых оврагов вслед за донными. При повторном врезе донного оврага, начинающемся с погребенной устьевой части более древней формы, происходит образование новых береговых размывов. Наблюдается многоярусное (чаще двухъярусное) расположение эрозионных форм, когда вершинная часть берегового оврага предыдущего вреза еще продолжает жизнь, а в нижней части склона ее "догоняет" овраг более молодого возраста. В случае, если скорость погребения эрозионной формы верхнего яруса превышает скорость прироста "догоняющего" ее оврага нижнего яруса или же значительная часть вышерасположенного размыва оказалась заилена до начала нового вреза, то более молодой овраг будет развиваться по полностью погребенной форме. Если размыв нижнего яруса своей вершиной прорезает устьевую часть оврага верхнего яруса, то наблюдается их слияние и активизация. Таким образом, происходит непрекращающаяся волнообразная смена эрозионного развития оврагов и их погребения. Когда не завершается полностью один цикл развития оврагов ( конечной стадией, которого должно являться полное погребение овражной системы), начинаются процессы повторного размыва, и одна "волна" догоняет другую.

При анализе по временным срезам береговых оврагов, приуроченных к заиливающимся донным, наблюдается усиление с течением времени тенденции к погребению склоновых размывов ( в отличии от константных величин ). Кроме того отмечаются полностью погребенные овраги. Их можно отнести к четвертой (заключительной) фазе возвратной стадии развития овражного рельефа.

Интерес представляют многоярусные овраги, как выраженные в рельефе формы, принадлежащие к разным периодам вреза и разрабатывающие одну материнскую форму ( хотя часто и с некоторым отклонением в пространстве ). При рассмотрении их по группам в зависимости от заиления донных оврагов, и при анализе по отдельным временным срезам отмечаются сходные, с описанными выше, тенденции. Мноргоярусные эрозионные формы составляют 26,6 % от общего коли-

1 - бровка балки

2 - донные и бсре-^ говые овраги

3 - частичное заиливание донного оврага

4 - намечающийся отрыв берегового оврага от донного

5 - участки активного погребения оврагов

Рис. Принципиальная схема развития современных процессов погребения овражной системы '

чества береговых оврагов. Наблюдается повышение доли многоярусных склоновых форм в районах активного погребения донных до 34,0% Это связано с тем, что часть оврагов нижнего яруса охвачено активной аккумуляцией (распространяющейся от донных оврагов), которая затормаживает прирост береговых оврагов, не давая, им возможности слиться в единый размыв и перейти в одноярусное строение. Отмечены случаи перехода оврагов из многоярусных в одноярусные при исчезновении (за счет полного захоронения) эрозионных форм одного из ярусов.

Была определена среднегодовая разность между скоростью погребения оврагов верхнего яруса и скоростью вершинного прироста форм нижнего яруса. Среднегодовые значения близки к нулевым и составляют - 0,02 м/год. В районах активного погребения донных оврагов эта величина составляет +0,16 м/год, скорость заиления эрозионных форм верхнего яруса превышает скорость вершинного прироста размывов нижнего яруса. И при таких условиях овраги имеют больше возможностей полностью заилиться, хотя интенсивный эрозионный врез последующего периода может прервать процессы погребения. Однако необходимо отметить, что некоторые овраги не могут быть полностью захоронены (в силу своего местоположения или размеров) без изменений современных условий осадконакопления. Но будет происходить их частичное погребение и откапывание.

Таким образом при рассмотреннии многоярусных эрозионных форм можно сделать вывод, что в конечном итоге погребение донных размывов сдерживает вершинный прирост береговых оврагов.

Овраги как формы рельефа являются частью литоморфной основы ландшафта, процесс их развития происходит в природной среде. Овраги - продукт деятельности природных процессов (хотя и при все более возрастающем антропогенном влиянии). И вместе, с тем природные факторы являются внешними по отношению к оврагам, как саморазвивающейся системе.

В пределах ключевого участка овраги развиваются в однородной толще лесовидных суглинков. И в подавляющем большинстве случаев не вскрывают коренных пород. Признаков дифференцированных тектонических движений не выявлено. Почвенный покров объекта однороден (серые лесные почвы). Существенных изменений климата не наблюдалось. Сравнение средних многолетних значений осадков и температуры за два временных отрезка между периодами проведения аэрофотосъемки показывает, что различия были крайне незначительными. Кроме того, анализ динамики овражных форм не дает возможности

объяснить развитие рельефа с помощью направленных климатических изменений. Особенно это наглядно при рассмотрении каскада донных оврагов в одной балке и многоярусных склоновых форм. В эрозионных формах, отстоящих на незначительном расстоянии и имеющих сходные параметры водосборов, наблюдается как смена вреза погребением, так и противоположно направленное развитие.

За рассматриваемый отрезок времени существенных изменений в характере хозяйственного использования так же не наблюдалось. Для овражных водосборов были подсчитаны средние многолетние значения коэффициентов эрозионной опасности сельскохозяйственных культур. Полученные значения для временных интервалов между моментами аэрофотосъемок свидетельствуют о крайне незначительных отклонениях. Различия в эрозионной опасности для культур в севообороте нивелируются.

Смену современного погребения и вреза нельзя объяснить воздействием внешнего толчка, по аналогии с более древними формами, развитие которых связывалось рядом исследователей (Козменко, 1954; Smith, 1982; Bettis, 1983) с изменением климата и хозяйственной деятельности.

Исследование природных и антропогенных факторов приводит к выводу о том, что внутрисистемные превращения циклического саморазвития оврагов не могут быть объяснены изменяющимися внешними факторами.

Сходные процессы характерны и для более мелких форм линейной эрозии, таких как промоины. По четырем временным срезам было прослежено развитие густой сети глубоких промоин иа балочном склоне (балка близ с. Жмакино Курчатовского района). Вслед за заполнением борозды в нижней части склона (местный базис эрозии для данных размывов) происходило постепенное погребение промоин, начинающееся с устьевых частей. Наблюдается возврат в исходное (до развития промоин) состояние. На участке склона с полным отсутствием следов эрозионных форм были заложены почвенные разрезы, вскрывшие погребенные промоины.

Из приведенных фактов можно сделать следующие выводы. У эрозионной формы существует свой водосбор. Талые и дождевые воды, транспортирующие твердый сток, проходят через русло промоины, которое ранее имело V - образное поперечное сечение. Происходит вынос значительного количества твердого стока. После погребения промоины водный поток стал распластанным по склону и потерял способность выносить значительное количество почвенных частиц. Следовательно

уменьшился вынос почвы со склона в днище балки. Наряду с трансформацией плоскостного стока в линейный происходит обратный процесс - трансформация линейного стока в плоскостной. Увеличивается число переотложений почвенной частицы. Этот момент является важным для разработки перспективных противоэрозиопных мероприятий.

Использование природных процессов саморегуляции при создании почвозащитных агроландшафтов

Для целей снижения активности эрозии на водосборе предлагались методы основанные на улавливании продуктов твердого стока по днищам эрозионных форм (Скоморохов, 1984). В дискуссии по этому вопросу рядом авторов ( Рожков и др., 1985) было сделано заключение о принципиальной невозможности влияния подобных приемов на рост береговых оврагов и смыв почвы.

Однако полученные в настоящей работе результаты (влияние погребения донных оврагов на акитивизацгао заиления береговых оврагов и сдерживание их вершинного прироста, процессы погребения промоин, трансформация линейного стока в плоскостной и как следствие уменьшение смыва почвы) являются теоретическим обоснованием возможности использования приемов по задержанию твердого стока для снижения эрозионной активности склоновых агроландшафтов, и приводит к необходимости переоценки значения ряда методов.

Управление развитием рельефа должно базироваться на использовании природных процессов подавления активной эрозионной деятельности. Этот принцип должен быть положен в основу планомерной, долгосрочной стратегии, направленной на улучшение земель и минимизацию отрицательных последствий эрозии. Методами, основанными на утилизации продуктов твердого стока и активизации аккумулятивных процессов, могут явиться такие как: создание в донных оврагах прудов, запруд, искусственное изменение характера днища оврагов в сторону его расширения, создание илофильтров на изменяемых поверхностях, подбор растительности, способствующей активному заилению и хорошо его выдерживающей. Большинство подобных методов известно давно, однако не учитывалось их влияние на развитие линейных форм эрозии на склонах и смыв почвы. Эти методы, как правило, рассматриваются как вспомогательные в комплексе противоэрозионных мероприятий.

Развитие почвозащитных агроландшафтов с контурно-мелиоративной системой земледелия в условиях антропогсшвации рельефа

Основная роль в существующих почвозащитных агроландшафтах отводится приемом направленным на задержание и регулирование стоковых вод на склонах. Наиболее эффективна в почвозащитном отношении контурно-мелиоративная система земледелия. Разработкой теоретических основ и внедрением системы занимался ряд исследователей (Каштанов, 1974; Швебс, 1981; Лопырев, 1977; Котлярова, 1983 и многие другие).

Одним из основных элементов системы явлются такие гидротехнические сооружения как валы-террасы. Они размещаются по горизонталям рельефа на пахотных склонах и представляют собой напашные или насыпные линейно вытянутые положительные формы рельефа высотой порядка 0,5 м с широким основанием. Валы-террасы должны задержать определенный объем стока, излишки вод безопасно сбрасываются по специально конструируемым залуженным водосбросам.

Проводимые в Курской области опыты по оценке контурно-мелиоративной системы земледелия показали, что в пределах террасированных склонов уменьшается сток, снижается смыв почвы и вынос питательных веществ, повышается урожайность сельскохозяйственных культур (Контурное земледелие ..., 1991 и др.).

Однако строительство валов-террас приводит к изменениям лито-генного компонента ландшафта. Подобные объекты не типичны для склоновой местности лесостепи Среднерусской возвышенности.

Происходящий под воздействием внешних факторов переход водосборных бассейнов в иное морфодинамическое состояние сопровождается активизацией эрозии (Фирсенкова, 1993). Создание антропогенных форм рельефа на склонах также можно рассматривать как переход водосборов в иное морфодинамическое состояние, но с почвозащитной целью. Одним из основных недостатков противоэрозионных сооружений является катастрофическое развитие эрозии в случае экстремальных ситуаций, когда сток превышает некоторый предел (Подзняков, Черванев, 1990).

В условиях интенсивного снеготаяния отмечаются серьезные эрозионные разрушения стокорегулирующих сооружений; Происходит образование разветвленных микрооврагов, разрушающих тело вала-террасы. Однако прохождение весеннего стока на террасированных

склонах в условиях спокойного, постепенного снеготаяния также имеет свои особенности.

В зимний период снежный покров сглаживает неровности рельефа. Максимальное накопление снега наблюдается в прудках перед валами-террасами, минимальное - над гребнем сооружения. В случае прохождения стока поверх ледяной корки, незначительно выступающий гребень вала размывается. Наряду с этим существует и другой механизм разрушения валов-террас в условиях спокойного прохождения талого стока. В прудках перед валами-террасами идет вначале отложение некоторого количества частиц снега. Затем толщу снега, накопившуюся в прудках в зимний период, и намытые снежные отложения сверху покрывает конус выноса из почвенных частиц незначительной мощности (2-5 см). Несмотря на резкое снижение альбедо поверхности этих двухчленных конусов выноса, снег в них тает медленно, так как создается своеобразный термос, где отложения верхнего яруса предохраняют снег от таяния. Последним с террасированных полей сходит снег именно из под конусов выноса. Образуются временные заторы, когда даже незначительный объем почвенного материала, перемещенного в прудок (0,05 - 0,1 м ) и распластанного в конусах выноса, создает условия прорыва валов-террас. Запертый двумя конусами выноса прудок, при дальнейшем поступлении воды с вышерасположенных частей склона, находит разгрузку через гребень вала-террасы. Подобное взаимодействие снежного покрова, твердого и жидкого стока препятствует безопасному сбросу воды по залуженным водотокам. Замкнутые прудки могут достигать длины 100 м. Полоса перелива может составлять 42 м, включая до 14 параллельных струйчатых размывов.

В дальнейшем при распашке незначительные водороины запахиваются (валы-террасы являются обрабатываемыми), наиболее крупные "залечиваются" частично. На их месте остаются микропонижения представляющие опасность повторных размывов. Характеризуя распределение размывов в валах-террасах можно выделить некоторые особенности. Минимальное распространение водороин отмечается в верхней

о

части склона при крутизне 1-2 . Максимальное количество и размеры

о

размывов характерны для наиболее крутых участков склона (4-5 ). На склонах южной экспозиции развиваются водороины более значительные по размерам по сравнению со склонами северной экспозиции (количество водороин на разных экспозициях примерно одинаково). Для других стокорегулирующих сооружений, таких, как валы-канавы, расположенные в междурядьях лесных полос, выделяются некоторые особенности их развития. Отступание стенок канавы приводит к обна-

жению корней деревьев. Это ухудшает условия их произрастания. Наблюдается искривление стволов. Возникает опасность выпадения деревьев из лесной полосы. Более интенсивно отступает стокоударный край канавы.

Линейные водозадерживающие рубежи, размещенные по горизонталям рельефа, концентрируют сток с нескольких элементарных водосборов. Происходит образование искусственного водосбора. Безопасный сброс излишков воды по залуженным водотокам не происходит. Через прорванные валы-террасы подпруженный поток устремляется ниже по склону, где, как правило, отклоняется перед следующим валом. Поток проходит транзитом через несколько межтеррасных пространств, отклоняясь перед следующим препятствием. Кроме основных линий стока более мелкая сеть ручейков концентрируется перед валами-террасами. Отклонение линий стока в плане напоминает ступеньку, иди, чго более точно, - зигзаги. Происходит изменение естественной древовидной структуры линий стока. И вновь формирующуюся пространственную структуру стока можно охарактеризовать как зигзагообразную. Причем, она проявляется на разных водосборах при различном расстоянии между валами-террасами. Переход от древовидной к зигзагообразной пространственной струхуре стока создает потенциальную опасность развития эрозии на водосборе. Происходит выработка новых линий стока, которые часто не совпадают с выраженными в рельефе ложбинами. Проведенный анализ аэрофотоснимков разных лет и сравнение ситуации до строительства вало'террас и после показывает, что до организации опытов значительных размывов не было. Повторяемость расположения линий стока и прорывов валов-террас позволила выявить потенциально опасные места стока.

Один из возможных вариантов эволюции рельефа подобных объектов - это развитие на территории более значительных размывов. Так на ключевом участке, с проведенной 14 лет назад контурно-мелиоративной системой земледелия, были обследованы размывы валов террас глубиной 1,8 м при ширине 2,7 м с V - образным поперечным профилем. Есть размывы шириной до 5 м при глубине 0,7 - 0,8 м с корытообразным поперечным профилем. После противоэрозионного обустройства склоновых агроландшафтов происходит образование про-

1 с0

моин, достаточно существенных и не типичных для уклонов в 3 - 5 .

Расположение промоин повторяет выявленную особенность зигзагообразного распределения линий стока.

Наиболее значительные размывы валов-террас уже непреодолимы для сельскохозяйственной техники. Возникают трудности при обра-

ботке почвы в непосредственной близости от промоин. Это приводит к необходимости дополнительных разворотов механизмов при вспашке. В результате только одного такого прорыва, из обработки выпала территория площадью порядка 800 м г . Подобное развитие агроландшаф-та влечет за собой целый ряд следствий, негативно отражающихся на состоянии земель. В частности, необрабатываемые в течении нескольких лет островки пашни, приуроченные к размывам валов-террас являются постоянным источником распространения сорной растительности.

Сооружение на склонах системы стокорегулиругощих рубежей, это весьма существенное нарушение хода развития рельефа. Ответная реакция природной среды проявляется в отторжении этих сооружений. Выработка новых линий стока приводит к вспышкам эрозии. Происходит активизация флховиального рельефообразования. По своим целям и решаемым задачам контурно-мелиоративная система является противо-эрозионной. А по характеру воздействия на эволюцию рельефа - потенциально эрозионно опасной.

Некоторые рекомендации по оптимальному функционированию

системы

Исследованные особенности прохождения процессов в агроланд-шафтах с контурно-мелиоративной системой земледелия дают возможность наметить некоторые пути преодоления нежелательных тенденций.

Для снижения риска прорыва гидротехнических сооружений рекомендуется в период снеготаяния разрушать конусы выноса в прудках валов-террас, препятствуя образованию замкнутых прудков на склонах. Перемешивая снег с почвенными наносами можно добиться равномерного снеготаяния. При проектировании стокорегулирующих канав нерекомендуется делать отвесными их стенки. Изначально откосы канавы должны быть более пологими.

Изменения пространственной структуры линий стока и возникновение потенциально опасных участков по длине валов-террас необходимо учитывать на самых ранних стадиях разработки почвозащитных мероприятий. Проект изначально должен быть гибкий. Выявление участков с повышенной эрозионной опасностью, которые возникают по мере функционирования природно-технической системы позволит внести в проект соответствующие поправки и видоизменить существующий агроландшафт.

Например, по потенциально опасным линиям стока можно создавать залуженные водосбросы. Для территорий, имеющих значительные

прорывы валов-террас, первоочередной мерой должно являться выпо-лажпванне промоин и создание в местах прорывов залуженных водосбросов. Земли, которые оказались выведенными из оборота, целесообразно отводить под корректирующие участки. Вопрос о создании мобильных проектов тесно связан с организацией постоянно действующей государственной службы эксплуатации природно-технических систем. Подобная служба должна заниматься не только поддержанием заданных параметров гидротехнических и лесомелиоративных сооружений, но и отслеживать изменение геоморфологической обстановки.Тогда станет возможна своевременная корректировка проектов.

Достаточно неустойчива грань между функционированием рассматриваемой системы с успешным выполнением заданных целей и альтернативным вариантом развития, когда состояние агроландшафта может быть значительно ухудшено. Широкое внедрение контурно-мелиоративного земледелия целесообразно только при условии обязательного сопровождения его комплексом мероприятий по поддержанию функционирования системы. В противном случае агроландшафтом может быть нанесен значительный ущерб.

Недоучет изменений во времени не позволяет контурно-мелиоративной системе полноценно функционировать. Говоря о ланд-шафтно-адаптивном земледелии, необходимо иметь в виду не только пространственную адаптацию, но и временную.

Два пути конструирования противоэрозионно устроенных агроландшафтов

Таким образом, среди методов воздействия на рельеф можно выделить два основных пути, направленных на снижение отрицательных последствий эрозии в агроландшафтах. Это традиционная группа приемов, основное назначение которых уменьшить смыв почвы и овраго-образование путем задержания или отведения стока на склонах. Другой перспективный путь воздействия на рельеф базируется на группе приемов, направленных на улавливание продуктов твердого стока и использование активной роли аккумуляции для уменьшения эрозии. Оба пути выполняют сходную задачу - это задержание частиц почво-грунта на склонах, увеличение количества переотложений твердого стока в пределах водосбора.

Традиционный путь, основанный на силовом воздействии на рельеф, позволяет получить максимально быстрый эффект. За счет уменьшения выноса питательных веществ с твердым и жидким стоком в

первые же годы достигается повышение урожайности сельскохозяйственных культур. От применения приемов по утилизации твердого стока вряд ли можно ожидать быстрых результатов. Это путь долгосрочной стратегии управления рельефом для сохранения и улучшения агроландшафтов.

Недостаток традиционного пути заключается в удорожании работ в связи с эксплуатацией систем и корректировкой проектов. Перспективные приемы имеют природные аналоги и более органично вписываются в ландшафт. Однако, проведение ряда мероприятий, в частности, организация прудов может привести к вспышке эрозии ниже плотин.

Приемы, с помощью которых можно реализовать перспективный путь противоэрозионной организации территории, требуют одновременного применения ряда мероприятий для территориально сопряженных агроландшафтов. В целях предотвращения размывов по днищу балки ниже прудов можно рекомендовать традиционные приемы, направленные на организацию безопасного стока. Возможно применение стокорегулирующих сооружений на прилегающих склонах. На днище балки в наиболее эрозионно опасных местах недопустимо превышение норм пастбищных нагрузок, и даже желательно их снижение. Комплекс противоэрозионных мероприятий ниже прудов должен находиться в режиме повышенного внимания к их эксплуатации.

Сочетание приемов для территорий с разными природными условиями должно быть различное. Преимущественное применение методов по улавливанию продуктов твердого стока можно рекомендовать для водосборов пораженных формами линейной эрозии. Традиционные приемы будут выступать в роли вспомогательных. На территориях с более спокойным рельефом и отсутствием линейных размывов возможно применение традиционных путей конструирования агроландшафта с учетом рекомендаций по улучшению их функционирования. Вспомогательными в данном случае будут являться методы улавливания продуктов твердого стока.

В результате проведенной работы были получены следующие выводы.

1. Современное погребение донных оврагов активизирует аналогичные процессы в береговых оврагах, сдерживая их вершинный прирост.

Внешние по отношению к саморазвитию оврагов факторы не являются определяющими движущими силами внутрисистемных превращений.

2. Использование аккумуляции твердого стока для снижения эрозионной активности склоновых агроландшафтов является возможным.

3. Контурно-мелиоративная система земледелия по характеру воздействия на эволюцию рельефа является потенциально эрозионно опасной.

4. Оптимальное функционирование контурно-мелиоративной системы земледелия возможно при соблюдении условия временной адаптации.

Список работ автора по теме диссертации:

1. Оценка напряженности эрозионно-эколого-хозяйственного состояния почвенно-агроландшафтного комплекса Курской области//

Тезисы межгосударственного научного семинара Современные проблемы охраны и воспроизводства почвенного плодородия. - Одесса, 1994.- С. 79-80.

2. Исследование противоэрозионной роли валов-террас в агро-ландшафтах // Регион и география. Тезисы докладов международной научно-практической конференции (май 1995 г.).. Часть 2. - Пермь, 1995. -С. 157-159.

3. Развитие овражных систем и возможные пути борьбы с эрозией// Экологические аспекты фауны и флоры Центрального Черноземья. Тезисы конференции (сентябрь 1996). - Белгород, 1997. - С. 40-42.

4. Некоторые природоохранные аспекты использования агроландшафтов с учетом особенностей развития линейных форм эрозии// Экология: проблемы и пути решения. Тезисы конференции (апрель 1997). - Пермь, 1997. - С. 52-54.

5. О некоторых особенностях функционирования противоэрози-онно устроенных агроландшафтов И Научное наследие П. П. Семенова-Тян-Шанского и его роль в развитии современной науки. Тезисы конференции (апрель 1997). - Липецк, 1997. - С. 71-73.

6. Воздействие валов-террас на развитие эрозионных процессов в агроландшафтах Курской области II Проблемы региональной экологии (в печати).

7. Развитие овражных систем и некоторые принципы и методы совершенствования структуры агроландшафтов// Проблемы региональной экологии (в печати).

8. The recent proccess of gully system burial // Badland processes and significance in changing environments. IV Intern. Conf. on Geomorpholo-gy., 1997 (in print).