Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Плоскостной смыв почв на территории Ульяновского Предволжья

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Шкляр, Алексей Александрович, Казань

£ /

казанский государственный университет

На правах рукописи

Шкляр Алексей Александрович

плоскостной смыв почв на территории ульяновского ПРЕДВОЛЖЬЯ

Специальность: 11.00.04 - Геоморфология и эволюционная география

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Бутаков Г.П

Казань - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение_4

Глава 1. Современные представления о плоскостном смыве почв и изученность почвенной эрозии в Ульяновском Предволжье

1.1. Современные представления о плоскостном смыве почв_9

1.2. Состояние изученности эрозии почв в Ульяновском Предволжье_12

1.3. Методы изучения почвенной эрозии и диагностика эродированных почв_15

1.4. Твердый сток рек как показатель плоскостного смыва почв на территории водосбора_24

Глава 2. Условия развития плоскостного смыва почв в Ульяновском Предволжье и районирование территории по факторам почвенной эрозии

2.1. Факторы почвенной эрозии__30

2.1.1. Рельеф_32

2.1.2. Геологическое строение_46

2.1.3. Климат и водный сток_52

2.1.4. Почвы__58

2.1.5. Растительность _71

2.1.6. Хозяйственная деятельность человека_77

2.2. Районирование территории Ульяновского Предволжья по факторам почвенной эрозии__83

Глава 3 . Пространственные закономерности развития плоскостного смыва почв в Ульяновском Предволжье

3,1. Характеристика ключевых участков_88

3 .2. Пространственная дифференциация почвенно-эрозионных процессов в речном

водосборе _90

3 .3 Географические закономерности распространения смытых почв на территории Ульяновского Предволжья_96

3.4. Количественная оценка факторов плоскостного смыва почв в Ульяновском

Предволжье ______106

Глава 4. Интенсивность смыва почв и временные закономерности развития почвенной эрозии в правобережье Ульяновской области

4.1. Интенсивность смыва почв в Ульяновском Предволжье_114

4.2. Межгодовая динамика интенсивности эрозии почв_127

4.3. Внутригодовая динамика интенсивности эрозии почв _135

Заключение ______142

Литература _144

Приложение

157

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Проблема охраны почв от эрозии становится все более актуальной. Это связано, во-первых, с осознанием выдающейся роли почв в жизни биосферы, во-вторых, с признанием того факта, что почвенный покров России находится сейчас в критическом состоянии (Кузнецов и др., 1994).

Ущерб, причиняемый эрозией почв, выражается, прежде всего, в сокращении мощности гумусового горизонта, потере питательных веществ, ухудшении физических и биологических свойств почв, недоборе сельскохозяйственной продукции, заилении и зарастании водоемов и ряде других последствий. В Ульяновском Предволжье почти 2/3 всех обрабатываемых почв подвержены водной эрозии или являются эрозионно-опасными, причем площадь эродированных земель заметно увеличивается.

В последние десятилетия изучение эрозионных явлений обособилось в новую ветвь научного знания - эрозиоведение. Большой вклад в развитие эрозиоведения внесли С. С Соболев, Н И. Маккавеев, М.Н. Заславский, Г.И. Швебс, Г.В. Бастраков, Р.С. Чалов, Г А. Ларионов, Н.Й. Алексеевский и др.

Современная эрозия почв - сложное природно-антропогенное явление, сердцевиной которого являются процессы смыва, транспорта, и переотложения почвы склоновыми потоками. Не менее важны технологические, экономические и социальные аспекты использования земель.

К настоящему времени общие закономерности распространения и интенсивности развития плоскостной эрозии на востоке Русской равнины и, в частности, в Ульяновском Предволжье изучены не достаточно. О степени ее проявления имеются лишь отрывочные данные, основанные на кратковременных натурных наблюдениях, или весьма общие расчетные материалы по крупным территориальным единицам (Бутаков, 1996).

Определение интенсивности плоскостной эрозии позволит существенно прояснить ее роль в балансе твердых наносов в пределах речного бассейна, в современном рельефообразовании, а также обосновать допустимые нормы смыва для почв различных генетических разностей.

Цель и задачи

Исходя из актуальности предлагаемой темы и недостаточной изученности рассматриваемой проблемы, целью исследования автор поставил изучение географических закономерностей распределения смытых почв по территории

Ульяновского Предволжья и количественную оценку ведущих факторов почвенной эрозии. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи, определившие структуру работы:

1. Анализ современных представлений о плоскостном смыве почв и методах его изучения.

2. Оценка природных условий правобережья Ульяновской области в развитии эрозии, районирование исследуемой территории по факторам почвенной эрозии.

3. Анализ пространственной дифференциации в разной степени смытых почв.

4. Количественная оценка роли природных и антропогенных факторов в плоскостном смыве почв.

5. Оценка интенсивности почвенно-эрозионных процессов в элементарных речных бассейнах за период их сельскохозяйственного освоения.

6. Анализ многолетней и сезонной динамики интенсивности плоскостного смыва почв.

Фактическая основа

Для написания работы использовались данные почвенно-геоморфологических исследований автора, преподавателей и студентов кафедры физической географии Ульяновского государственного педагогического университета, собранные в ходе комплексных физико-географических экспедиций в 1990 - 1997 гг.

За этот период было описано более 500 почвенных шурфов. Глубина шурфов, как правило, определялась мощностью гумусового горизонта. Однако для исследования естественной эрозии ряд шурфов (20%) закладывались до почвообразующих пород (горизонта С). В бассейне р. Бирюч на базе Ульяновского научно-исследовательского института сельского хозяйства и совместно с его сотрудниками велись наблюдения за смывом почвы методом стоковых площадок. Основной задачей этих наблюдений являлось установление противоэрозионных свойств различного агрофона, а также выявления временных закономерностей почвенно-эрозионного процесса.

Помимо наблюдений непосредственно за смывом фиксировались проявления аккумулятивных процессов в искусственных и естественных прудках заиления (вдоль противоэрозионных валов, дорог, лесополос на перегибах склонов и т.д.). По слоистости аккумулятивных образований оценивалась динамика почвенно-эрозионных процессов. Выполнено более 20 таких описаний.

Сведения о степени смытости почв на территории Ульяновского Предволжья по элементарным речным бассейнам были получены на основе обработки крупномасштабных (М 1:50000) почвенных карт административных районов,

составленных Ульяновским филиалом ВолгоНИИГипрозем в период с 1977 по 1982 гг.

Здесь и в дальнейшем при мелко- и среднемасштабном исследовании процессов плоскостного смыва почв в Ульяновском Предволжье в качестве операционной единицы использовался элементарный речной бассейн (ЭРБ). Это наиболее оптимальный объект для изучения эрозионно-аккумулятивных процессов, т.к.:

• во-первых, ЭРБ характеризуются сравнительно однородными природными условиями;

• во-вторых, территории бассейнов малых рек нередко сопоставимы с размером хозяйств, поэтому для них сравнительно просто оценить и степень хозяйственной нагрузки;

• в-третьих, границы водосборов (водоразделы) относительно консервативны, что делает сопоставимыми данные разных лет наблюдений;

• в-четвертых, замыкающий створ любого речного бассейна служит тем природным объектом, где возможно точное измерение баланса твердых наносов, а это необходимое условие в изучении эрозионнно-аккумулятивных процессов.

Часть материала, используемого в работе, предоставлена архивом Ульяновского государственного комитета по земельным ресурсам. Сведения о степени залесенности и распаханности, почвообразующих породах, почвенном покрове, эрозионной энергии рельефа в пределах ЭРБ собраны автором по крупномасштабным тематическим и топографическим картам.

Научная новизна

Впервые для правобережья Ульяновской области по предложенной автором методике составлена карта интенсивности почвенной эрозии по элементарным речным бассейнам. На ее основе проведен анализ пространственной дифференциации интенсивности плоскостного смыва почв на исследуемой территории. Сформирована база данных, содержащая информацию о густоте овражно-балочного расчленения, генетической принадлежности и механическом составе почв, глубине расчленения территории, эрозионной энергии рельефа, степени смытости почв и т.д., для каждого элементарного речного бассейна Ульяновского Предволжья. С применением методов математической статистики проведена оценка влияния природных и антропогенных факторов на процессы современной почвенной эрозии. Рассмотрены пространственные и временные закономерности смыва почв на исследуемой территории. Проведено эрозионное районирование Ульяновского Предволжья по факторам почвенной эрозии и степени смытости почв.

Практическая ценность

Она заключается в географической оценке интенсивности почвенно-эрозионных процессов и в анализе их динамики на территории Ульяновского Предволжья. Результаты, представленные в диссертационной работе, в настоящее время применяются в совместном с Ульяновским научно-исследовательским институтом сельского хозяйства проекте по организации ландшафтного земледелия в ОПХ «Новоникулинский» Цильнинского района. В перспективе планируется проведение подобной работы для территории всего Ульяновского Предволжья. Материалы исследований также использованы в учебном процессе при подготовке специалистов природоохранных и физико-географических направлений.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Исследуемая территория по факторам почвенной эрозии подразделяется на шесть районов: северо-западный, северо-восточный, восточный, западный, юго-восточный, юго-западный.

2. По степени влияния на развитие почвенной эрозии природно-антропогенные факторы располагаются в следующем порядке: механический состав почв, залесенность, слой половодного стока, распаханность.

3. Степень смытости почв закономерно изменяется по ландшафтным районам Ульяновского Предволжья.

4. На фоне стабилизации эрозионных процессов, наметившейся в 1970-е годы, наблюдается 11-летний ритм колебания их активности.

Апробация

Основные положения диссертации докладывались на итоговых научных конференциях Ульяновского государственного педагогического университета (Ульяновск, 1992 - 1998); на совместном заседании координационных советов по агроландшафтам и проблемам эрозии и дефляции почв Российской сельскохозяйственной академии (п. Тимирязевский УНИИСХ, 1994); на научно-практической конференции по теме «Проблемы экологии Ульяновской области» (Ульяновск, 1997); на итогово-научной конференции Казанского государственного университета (Казань, 1998).

Публикации

Имеется 9 публикаций из них по теме диссертации 7. Одна работа находится в печати.

Структура и объем

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения общим объемом 165 страниц машинописного текста, содержит 21 рисунок, 41 таблицу и список литературы из 151 наименования.

Автор глубоко признателен студентам и сотрудникам кафедры физической географии Ульяновского государственного педагогического университета, доцентам Н.М. Коротиной, Э.А. Часовниковой за оказанную помощь в сборе фактического материала, за постоянное внимание к работе, консультации и советы. Особую благодарность автор выражает доктору географических наук профессору Г. П. Бутакову, под руководством которого написана диссертация.

ГЛАВА 1

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПЛОСКОСТНОМ СМЫВЕ ПОЧВ И ИЗУЧЕННОСТЬ ПОЧВЕННОЙ ЭРОЗИИ В УЛЬЯНОВСКОМ ПРЕДВОЛЖЬЕ

1.1. Современные представления о плоскостном смыве почв

роцессы плоскостного смыва на освоенных землях играют ведущую роль в

формировании и развитии склонов и во многом определяют современную динамику рельефа. Анализ работ различных исследователей показал, что на сегодняшний день нет единства в терминологии этого процесса. Н.И. Маккавеев (1955), детально описывая склоновую эрозию, использует название «смыв склоновыми нерусловыми потоками». В.П. Лидов (1955) считает выделение плоскостной эрозии в самостоятельный раздел неправильным, поскольку всегда склоновый сток имеет струйчатый характер и предлагает для его характеристики термин «струйчатый размыв». М.Н. Заславский (1983) предлагает термины «поверхностный смыв», и «площадная эрозия». В геоморфологической, геологической, эрозиоведческой и гидрологической литературе имеют хождения в качестве синонимов такие термины, как «склоновый смыв», «смыв почв», «эрозия почв», «дождевой смыв» и др. (Тимофеев, 1978, 1981).

Наиболее точным названием, характеризующим этот процесс, возможно, является «плоскостной смыв», его применение позволяет четко отделить линейную (русловую) эрозию. Необходимость такого подразделения обусловлена двумя причинами: во-первых, во время ливневых дождей и снеготаяния в утренние часы значительная площадь склона покрыта слоем воды высотой порядка нескольких миллиметров (Ермолаев, 1992), во-вторых, между возникающим на склоне микроручейком и русловым потоком существует ряд принципиальных отличий (Маккавеев, 1955; Киркби, 1984).

Сущность рассматриваемого процесса по И.С. Щукину (1960) заключается в работе воды, стекающей более или менее равномерно по всей поверхности склона. В «Энциклопедическом словаре географических терминов» (1968) поверхностный (склоновый) смыв определяется как удаление верхнего слоя почвы и грунта под воздействием дождевых или талых вод, стекающих по склону сплошной водной пеленой или по меняющимся микроручейкам, густой сетью покрывающих склон. Соответственно различаются плоскостной и струйчатый размыв. К данному определению близки и определения широко применяемого термина «эрозия почв» (Соболев, 1948, 1959; Швебс, 1974; Заславский, 1983 и др.). Близость определений

терминов «склоновый», «поверхностный», «плоскостной смыв», употребляемых обычно в геоморфологической литературе, и термина «эрозия почв», используемого в почвенно-эрозиоведческой литературе, объясняется тем, что плоскостной смыв охватывает главным образом верхние горизонты почв и по существу идентичен эрозии почв.

Большинство исследователей (Соболев, 1948; Арманд; 1983 и др.) подразделяют процессы водной эрозии на современные (антропогенные) и естественные (геологические), что, по мнению М.Н. Заславского (1983), не является отражением их интенсивности. Д.Л. Арманд (1955) также считает, что естественная эрозия вполне может быть и ускоренной. С И. Сильвестров (1970) естественную (геологическую) эрозию рассматривает в нормальной и экстремальной формах. Экстремальная форма естественной эрозии наблюдается в начальные фазы потеплений климата и отступлений ледников в межледниковые и послеледниковую (голоценовую) эпохи. В это время происходило бурное развитие эрозионных процессов, поскольку стекание огромных масс воды шло на фоне отсутствия растительности и почв, уничтоженных холодом. По мере потепления климата, развития почв и растительности, интенсивность эрозионных процессов тормозилась и корректировалась защитной ролью растительности и процессами почвообразования, в это время протекала естественная нормальная эрозия. Таким образом, смена нормальной и экстремальной эрозии происходила при резких изменениях климата. Наряду с непосредственным влиянием метеоэлементов (режим осадков, испарение, ход температуры и др.) важная роль в формировании плоскостного смыва принадлежит растительному покрову, который также является функцией климата.

Широкое развитие естественной плоскостной эрозии, как в экстремальной, так и в нормальной формах на исследуемой территории в прошлые геологические эпохи подтверждается чередованием делювиальных, солифлюкционных слоев и погребенных почвенных горизонтов в склоновых шлейфах (Бутаков, 1986). Большинство авторов, изучавших делювиально-солифлюкционные отложения, склонны считать, что формирование суглинисто-щебнистого материала происходило в перигляциальных условиях, а почвенных горизонтов в межледниковья.

Современный этап развития географической оболочки характеризуется как межледниковье, однако, многие отечественные и зарубежные исследователи констатируют активизацию эрозионных процессов, развитие так называемой ускоренной (антропогенной) эрозии (Сильвестров, 1955, 1970). Ускоренная эрозия -результат нарушения неустойчивого равновесия между рельефом, режимом поверхностного стока и хозяйственным использованием территории. Предпосылки для развития антропогенной эрозии, связанные с рельефом, тем сильнее, чем меньше

формы рельефа приближаются к профилю равновесия, чем раньше эти формы были з