Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пространственно-временные закономерности оврагообразования в агроландшафтах Байкальского региона

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временные закономерности оврагообразования в агроландшафтах Байкальского региона"

РГБ ОД

(). п На правах рукописи

ТАРМАЕВ Валерий Андреевич

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОВРАГООБРАЗОВАНИЯ В АГРОЛАНДШАФТАХ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА

(на примере Республики Бурятия)

Специальность 03.00.27 - Почвоведение

Автореферат на соискание ученой степени I кандидата биологических наук

Улан-Удэ 1998

Работа выполнена в лаборатории экологии и картографии земель Института общей и экспериментальной биологии СО РАН

Научные руководители - доктор биологических наук,

профессор В.М.Корсунов, доктор биологических наук А.И.Куликов

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор А.Б.Имитхенов, ; кандидат биологических наук, профессор Т.М.Корсунова

Ведущая организация - Бурятский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Защита состоится апреля 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 200.55.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук при Институте общей и экспериментальной биологии СО РАН по адресу: 670042, г.Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского научного центра СО РАН

Автореферат разослан <$.» марта 1998 г.

Ученый секретарь специализированного Совета ИОЭБ СО РАН, кандидат биологических наук

V V В.И.Убугунова

Актуальность. В связи с мощным антропогенным прессом на природные комплексы Байкальского региона нормальная эрозия точв сменилась ускоренной. Дальнейшее усугубление экологической обстановки, в этом регионе, связано с усилением аридизации шшата и опустыниванием ландшафтов. Проявления водной эрозии ¡десь отмечались многими исследователями, однако, число социальных исследований ограничено (Иванов, Будаев, 1974; Ковалева, 1978; Реймхе, 1978; Краснощекое, Горбачев, 1987) •гуаинчл:.'. Особенно это касается количественных аспектов эврагообразования - конечного и наиболее опасного этапа линейного эазмыва почв и деградации земель. Без познания масштабов ¡аовраженных земель по основным природным зонам, темпов роста звражных образований и других количественных показателей «возможно разработать практические мероприятия по ландшафтно-даптированной организации территорий и, наконец, определить нтгимальную структуру и стиль землепользования в уникальном >егионе. Отмеченные актуальные в научном и практическом шюшении вопросы предопределили выбор цели выполненных ^следований.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - выявление фострапствепно-временных закономерностей оврагообразования с >пределением количественных параметров и разработка на этой юнове прогнозных функций. Для достижения поставленной цели »ешались следующие задачи:

1. Изучить закономерности проявления овражной эрозии в сновных сельскохозяйственно значимых природных зонах и ценить хозяйственный ущерб;

2. Установить параметры временной динамики врагообразования в исторической ретроспективе и на современном гапе и выяснить количественные связи с характеристиками рельефа;

3. Разработать прогностические модели и количественную 1калу оценки оврагообразования.

Научная новизна. Впервые определены и введены в научный борот сведения о числе, общей длине, плотности и густоте вражной сети в основных сельскохозяйственно значимых

природных, зонах Российской части Байкальского региона. Изучена динамика прироста оврагов и их отвершков в разных временных

срезах - в целом за XX столетие. Получены региональные кинетические коэффициенты в экспоненциальных уравнениях и разработаны методы прогноза. Предложена шкала классификации оврагов по годовому приросту.

Защищаемые положения:

- пространственное распределение овражной сети в первую очередь обусловлено региональными особенностями геоморфологического строения поверхности. Пространственное различие атмосферного увлажнения в южных районах столь мало, что они в развитии овражной эрозии играют второстепенную роль;

- морфометрические показатели оврагов, заложенных в толще эоловых лессовидных осадков, их динамика прироста находятся в тесной зависимости от характеристик рельефа - крутизны, длины склона и также водосборной площади. Состояние достаточно длительного относительного покоя оврагов сменяется скачкообразным их ростом, что часто вызывается даже только одним интенсивным ливнем;

- выявленные региональные кинетические коэффициенты и количественная шкала служат основой для прогноза и оценки развития овражных образований и предотвращения их дальнейшего роста.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Полученные результаты по заовраженности земель в основных сельскохозяйственных районах, а также особенно разработанные прогностические модели совместно с оценочной шкалой создают реальные предпосылки для зонально-дифференцированного подхода к землепользованию и разработки ландшафтно-адаптированных методов. Полученные автором материалы легли в основу "Генеральной схемы борьбы с эрозией почв Республики Бурятия" (1994). Эти же материалы использованы Государственным комитетом по экологии и природным ресурсам РБ при комплексной оценке экологической обстановки в Республике. Также количественные данные по овражной эрозии использованы при подготовке проекта Постановления "О Государственной Комплексной Программе повышения плодородия почв России" Минсельхозпродом Республики Бурятия в 1992 г.

Апробация и публикация результатов исследований. Материалы диссертации доложены на II региональной конференции молодых ученых «Биологические ресурсы и проблемы экологии Сибири» (Улан-Удэ, 1990 г.), Всесоюзной научной конференции «Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика» (Москва, 1991 г.), Республиканской научно-практической конференции «Земельные ресурсы Республики Бурятии (экологическое состояние, повышение плодородия и рациональное использование почвенного покрова)» (Улан-Удэ, 1994), I -й региональной конференции «Сохранение биологического разнообразия в Байкальском регионе: проблемы, подходы, практика» (Улан-Удэ, 1996), II съезде общества почвоведов (Санкт - Петербург, 1996).

Структура и объем работы. Диссертация представляет собой рукопись объемом 113 страниц машинописи, содержит 8 рисунков, 25 таблиц и библиографию из 76 наименований, из которых 4 иностранных авторов. Она состоит из 5 глав и основных выводов; приложений - I.

1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ОВРАГООБРАЗОВАНИИ

Байкальский регион характеризуется сложной орографией; здесь наклонные поверхности занимают до 90% территории. Наиболее распространенными являются отложения речного, озерного, пролювиального и делювиального генезиса, а также эоловые лессы и пески (Обручев, 1929; Олюнин, 1963; Базаров, 1968). В больших котловинах рыхлые отложения достигают мощности 1-2 км. Широкое и повсеместное распространение песков четвертичного возраста во всех межгорных понижениях и долинах произошло в результате аккумуляции осадков при периодическом подпоре рек. В результате развеивания песков и супесей происходило формирование лессовидных супесей, которые неоднократно перемывались и переотлагались. Мощность лессовидных отложений от 17 м у подножия склонов уменьшается до 2 м на водоразделах. Своеобразие забайкальских эоловых лессов (по Базарову) заключается в их повышенной опесчаненности. С таким составом лессовидных пород связана их способность к размыву.

В лесных ландшафтах и лесостепи характерно преобладание сосновых лесов, чему способствует легкий гранулометрический состав почв. Однако современное состояние лесов внушает опасения, ввиду их интенсивных вырубок, с чем связано дальнейшее ускорение эрозионных процессов. Продолжающаяся трансформация сенокосов и пастбищ в пашню в лесостепи и степи привела к увеличению интенсивности выпаса и перегрузке травяных экосистем. Пастбищный травостой малопродуктивен, проективное покрытие колеблется от 10 до 40%, дернина при перевыпасе выбивается. Почвы переуплотняются, что сопровождается разрушением почвы эрозионными процессами.

Почвы региона имеют целый ряд особенностей. Этим почвам в целом присущи малая мощность гумусового горизонта, легкий гранулометрический состав, скелетность и малогумусность, крайне низкая водопрочность структурных агрегатов и др. (Макеев, 1959 и др.; Ногина, 1964; Цыбжитов, 1971 и др.; Ишигенов, 1972 и др.; Абашеева и др., 1983; Колосов, 1983; Убугунов, 1987; Гаджиев, Иванов, Корсунов и др., 1983; Дугаров, Куликов, 1990; Чимитдоржиева, 1990 и др.). В южных котловинах почвообразование протекает в криоаридных условиях, а широко распространенные наклонные поверхности вызывают постоянное обновление вещественного состава, ввиду периодического срезания верхних слоев почв водно-ветровыми потоками.

Каштановые почвы составляют основу пахотных угодий. В Бурятии они занимают 43% пашни (408,3 тыс.га). Доля серых лесных почв равняется 22,5%, а наиболее плодородных почв - черноземов -12,3%. На территориях интенсивного развития эрозионных явлений эти почвы во многом потеряли свой естественный генетический облик в результате разрушения в них верхних генетических горизонтов. В целом почвы малоплодородны и на больших площадях испытывают деградацию.

2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Многолетние стационарно-полевые исследования проводились в бассейне р.Куйтунка (Селенгинское среднегорье) площадью 1141 км2 и заключались в систематическом определении динамики прироста оврагов в длину, ширину, глубину и объема переотложенного материала при помощи постоянных реперов.

Углубленное изучение количественных изменений параметров развивающихся оврагов проведено на 130 вершинах и отвертках, в том числе на 40 из них установлены репера, позволяющие учитывать и боковые приросты. Изменения морфометрических показателей овражной сети проведены на 46 отвершках. Кроме того, проводились постоянные (до 5 лет) наблюдения за динамикой крупных оврагов.

Предложен геометрический метод мониторинга овражной эрозии по восстановленной реперной сети, заключающийся в том, что на местности устанавливаются не менее 4-х реперов, которые всегда можно восстановить по известным расстояниям и углам.

Наряду со стационарными наблюдениями в камеральных условиях по топографическим картам масштаба 1:25000 и 1:100000 определены геоморфологические характеристики (крутизна, длина склонов, площади водосборов) условий образования оврагов и вычислены параметры оврагообразования для всей сельскохозяйственно значимой территории Бурятии, обследована площадь более 28 км2 и прослежена вековая динамика оврагообразования.

Широко использовались методы математической статистики, которые позволили выявить закономерные связи в развитии оврагов и установить ведущие факторы оврагообразования. Кроме того, по результатам исследований разработаны уравнения для прогноза и схема классификации оврагов по приросту.

В почвенном покрове преобладают черноземы обыкновенные и выщелоченные мучнисто-карбонатные и серые лесные почвы. Изученные почвы в целом характеризуются короткопрофильностыо,

малой мощностью гумусового горизонта и резким падением содержания гумуса с глубиной и большой вариабельностью границы вскипания, легким гранулометрическим составом, очень низкой прочностью структурных агрегатов и легкой их разрушаемостью водой и ветром.

Проведенные исследования на разных элементах рельефа при общем объеме статистической выборки (N=85) показывают, что содержание гумуса в слое 5-15 см пахотных почв колеблется от 0,65 до 2,99%, а статистический ряд распределения асимметричен и основная часть разрезов тяготеет к интервалу 0,6-1,5%. Среднее равно 1,35%, при доверительном интервале 1,2-1,5% и довольно высоком коэффициенте варьирования - 38,5%. По резкому уменьшению содержания гумуса с глубиной можно судить о слабой окультуренности и образовании пахотного горизонта в результате перемешивания исходного горизонта А с нижележащим гор.В, что могло произойти в процессе смыва части гор.А.

Мощность гумусового горизонта пахотных почв незначительно (от 23 до 27 см) возрастает вниз по склону, при этом примерно в 2/3 разрезов на пашне в средней и нижней частях склона коэффициент варьирования мощности гумусового горизонта равен 11-20%. Еще в 1/3 разрезов вариации не превышает 10% и лишь в единичных случаях этот коэффициент увеличивается до 21-40%. Более изменчива граница карбонатного горизонта, в пределах 20%. Но различия между разрезами больше, чем для гумусового горизонта. В целом в средней части склона коэффициент варьирования глубины залегания карбонатов составляет 44%, а в нижней части склона 49%.' Для определения степени эродированности почв более предпочтительно использование глубины залегания гор.Вк, или что то же самое - остаточной мощности вышележащего слоя.

Гранулометрический состав почв пылеватый. Абсолютно преобладают две фракции: мелкий песок и крупная пыль, составляя соответственно 30-40% и 40-50% от общей массы. Наблюдается некоторое увеличение содержания лессовой фракции вниз по склону.

3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВ

На территории Байкальского региона линейно-овражные образования распространены повсеместно. Однако их тип, плотность, морфометрия и другие характеристики зависят от местных и зонально-региональных факторов.

Большинство из размывов почв первоначально имеет прямолинейную на всем протяжении форму, затем приобретается ланцетовидная форма. Эти две формы прослеживаются по всему региону при литологическом составе отложений от супесей до легких суглинков. Исключением являются участки лессовых пород, где помимо указанных широко представлены все формы размывов, в том числе такие достаточно редкие формы как ромбовидная, яйцевидная, широколинейная, и четковидная.

Наиболее распространены донные и склоновые типы оврагов. Донные овраги в основном располагаются по стыковому ложбинообразному сочленению соседствующих положительных форм рельефа и имеют, как правило, большую водосборную площадь. Тем самым, они характеризуются весьма большой протяженностью, множеством отвершков, которые сами по себе со временем могут преобразоваться в полноценные овраги. На лессовидных отложениях овраги донного типа получают наибольшее развитие, достигая хмаксимума по параметрам глубины, ширины и длины. Поперечная форма этих образований обычно трапецеидальная, реже конусообразная. Имея значительные размеры, овраги в своем развитии, сформировавшись на одном виде угодий, могут пересекать несколько смежных. Их глубина достигает 15 м и больше. Расстояние между стенками по верхней части также велико (более 40 м). Отношение ширины по дну и верхней части для оврагов донного типа обычно больше 10. Основной ареал оврагов донного типа - территория Селенгинского среднегорья, особенно участки с лессовидными отложениями.

Склоновые овраги распространены повсеместно на всех типах и разновидностях почв. В отличие от оврагов донного типа они больше всего тяготеют к агроландшафтам. Рост и развитие склоновых типов оврагов может протекать за короткий временной промежуток времени от нескольких лет до одного сезона. Они имеют относительно небольшие водосборные площади, развиваются на склонах длиной обычно 200-1000 м при крутизне 2-9° на склонах всех экспозиций. При этом глубина не превышает 3 м, ширина 5-6 м, а длина достигает в среднем 50-300 м. Овраги трапецеидальной формы получают развитие на склонах с легкосуглинистыми почвами, треугольной - с супесчаными и песчаными, а каньонообразной - с лессовидными. Агроэкологическая опасность склоновых оврагов заключается в том, что они поражают наиболее ценные пахотные угодья и выгоны, причем за короткий промежуток времени.

В целом на территории Байкальского региона (бурятская часть) число оврагов, длиной не менее 250 м, каждая равно 9576, при их общей протяженности 8700 км (табл. ). Показателен факт весьма высокой заовраженности настоящих степей. Здесь число оврагов в 3 раза больше, чем в сухой степи. Между тем, количество осадков в настоящей степи немногим больше, чем в сухой, достоверная разница равняется всего 3040 мм. Режим выпадения максимумов осадков также вполне сопоставим. В пользу пониженной роли различия в количестве осадков также свидетельствуют показатели заовраженности лесостепей, хотя количество осадков здесь относительно велико. Между тем в лесостепи зафиксировано всего 254 оврага, что соответственно в 27 и 9 раз меньше, чем в степи и сухой степи.

Таким образом, при примерно равных климатических и хозяйственных условиях контролирующее значение переходит геоморфологическому фактору. Действительно, расчеты по схеме двухфакторного дисперсионного анализа указывают на более сильное влияние на оврагообразование геоморфологических условий, нежели климатических. И в том, и другом случае влияние факторов статистически высокодостоверно (Р>0,95). Примечательно, что совместное влияние факторов (АВ) по силе уступает их самостоятельному влиянию. Это может быть связано с опосредующим действием почвы.

Таблица

Характеристика распространения оврагов на территории _Байкальского региона (Республика Бурятия)

Зона Всего тыс. га в том числе Число овраго в (шт.) Общая длина (км) Густота ^врагов Площад ь под оврагам и (га)

пашня выгон

Сухая степь 774,0 307,3 466,7 2324 2254 0,22 3117

Степь 920,6 439,0 481,6 6998 5932 0,65 8665

Лесостепь 521,2 189,5 331,5 254 509 0,06 579

Итого 2215,8 935,8 1279,8 9576 8695 0,31 12361

Минимальная площадь, при которой образовывается овраг составляет 1,7 га, а в точке роста 0,9 га. Большинство оврагов (27% статистической выборки) приурочено к водосборным площадям 4,1-10 га. Затем следуют овраги с водосборной площадью менее 4 га (16%). В Европейской части России преобладают овраги с водосборной площадью менее 15 га, а минимальная водосборная площадь формирования оврага составляет 4 га (Рожков, 1981; Швебс, 1974). Что касается крутизны склона, то ее минимальное значение, достаточное для зарождения и развития оврага равна 2°. При этом абсолютное большинство (32 шт. или 72% от всей выборки) оврагов сформировалось при уклонах от 3 до 9°. Большое число оврагов имеет относительно короткую длину - до 300 м, одновременно столь же высоко число оврагов, имеющих большую длину - более 600 м. Промежуточную (300600 м) длину имеет не более 20% от изученного числа оврагов. Овраги, имеющие длину до 300 м можно считать находящимися в первоначальной стадии роста. В количественном отношении из 101 оврага на них приходится 45, т.е. почти 1/2 от всей выборки. Наиболее сильно подвергаются оврагообразованшо склоны длиной от 200 до 800 м, на которых закладывается до 49% оврагов. Склоны длиннее 800 м более, чем в 2 раза слабее повреждены оврагами.

В оврагообразовании определенную роль играют грызуны -норники. Длиннохвостый суслик для обустройства нор использует, главным образом, приовражные склоновые земли. По учетам на 6 участках площадью по 500 м2, средняя плотность нор составляет 10 шт/100 м". тем самым, норы животных провоцируя образование оврагов существенно снижают защитные функции приовражных земель (Тармаев и др., 1994).

Выявлена связь оврагообразования с топографией местности. Длина оврагов в наибольшей степени зависит от длины склоны (г= 0,872). Также выявлена плотная связь (г = 0,792) этого интегрального показателя овражной эрозии от водосборной площади. Чем больше площадь водосбора у оврага, тем на большую длину он поражает гельскохозяйственные угодья.

4. ВРЕМЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ ЛИНЕЙНОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВ

Традиционным видом хозяйствования в центральноазиатских :тепях было номадное скотоводство, которое для этих условий единственно приемлемо и в наибольшей степени адаптировано, а значит а производительно. Основным для того времени видом нагрузки на

почвенно-растительный покров был пастбищный. В средние века пастбищная нагрузка, видимо, не превышала 0,05 усл.гол./га, или на 1 условную голову приходилось более 20 га пастбищ. Понятно, что такая нагрузка переносилась совершенно безущербно, более того, была необходима для степных видов растительности, эволюционно адаптировавшихся к изъятию части продукции животными. Пастбищная нагрузка в конце Х1Х-начале XX века все еще не представляла опасности для экосистем. Так, в Бурятии нагрузка на пастбищные земли равнялась примерно 0,2 усл.гол./га, или каждая голова была обеспечена 5 га выгонов. При этом соотношение крупного рогатого скота, овец и лошадей было близко к оптимальному и имело вид: 2,5:2:1, а соотношение площади пастбищ к пашне, также близкое к оптимальному, было равно: 1:0,3.

Трансформация сельскохозяйственных угодий происходила интенсивно на всем протяжении XX века. Распашка, часто общественных сенокосов и даже выгонов (Козьмин, 1910), выжигание леса в гигантских масштабах (Крюков, 1895) привело к экологическому дисбалансу, создались предпосылки для водно-эрозионного разрушения почвенного покрова. Именно с этим временем следует связывать массовое развитие сыпучих песков (Обручев, 1914), которые сейчас расширяют свои границы уже в режиме саморазвития. В середине XX столетия только в Западном Забайкалье зафиксировано более 1500 пунктов активного эолового развевания песков (Иванов, 1966). Последующий экологический стресс связан с освоением целины. За период 1954-1959 гг. практически без учета рельефа, плодородия и мощности почв, было распахано 287,6 тыс.га целинных земель. Сокращение площади пастбищных угодий совпало с политикой резкого повышения поголовья овец, достигшего к 1961 г. свыше 1,5 млн. голов. Тем самым, только удельный вес овец составил I гол./га. Овцы не только способны выгрызать траву у самой поверхности, но своими копытцами в состоянии серьезно ранить дерновый слой почвы и спровоцировать развитие водной эрозии. Удельное давление овцы на почву превышает 10х105 Па. При этом число овец возросло до 1,911 млн.га, крупного рогатого скота стало 503 тыс., а лошадей 56 тыс.голов, что составляет 475 тыс. условных голов лошадей, т.е. нагруженность пастбищ в условных единицах достигла до 0,4 гол./га, т.е. налицо рост в 2 раза по сравнению с концом Х1Х-началом XX века, а нагрузка пастбищ только за счет овец возросла почти до 2 гол./га.

В конце XX века (1994 г.) соотношение площади пастбищ (1,117 млн.га) к пашне (0,896 млн.га) сузилось до 1:0,8 и свидетельствует о существенном снижении необходимого экосистемного разнообразия.

Столь же экологически неблагоприятное изменение произошло в структуре домашних животных, соотношение числа крупного рогатого скота, овец и лошадей в конце XX столетия имеет вид: 9:34:1. Нагруженность пастбищ по сравнению с началом века увеличилась в 2 раза.

Анализ карт показывает, что в конце XIX в. овраги были распространены преимущественно на пашне и только единично на сенокосе и в лесу. К 1980 г. овражные образования помимо пашни распространились на выгоны, где они в настоящее время составляют 16% от общего количества, а в межколхозных лесах количество их достигло 38%. Густота овражной сети за 85 лет увеличилась в 2,4-2,8 раза. Наиболее подвержены разрушительным эрозионным процессам склоны южных экспозиций. Так, если в 1894 г. количество оврагов на южном и северном склонах было равным, то к 1973 г. на южных склонах их стало больше в 2,1 раза.

Эмпирические полигоны распределения длины оврагов имеют резко выраженную правую асимметрию (рис.1), т.е. нижний предел

%

Та- Г894 на северном сул."кп

Id- Г97Я на южном склоне

2 а- 1894 на северном склон®

26- 1973 на южном склоне

60

0

500

2000

3500

5000

L ,км

Рис. Т. Эмпирические полигону распредел

9НИЯ ДУ!ИНН OBWrO

роста частостей ограничен, что является следствием особенностей картометрических исследований. Из модальных значений следует, что в верховье бассейна р.Куналейка в 1894 г. наиболее характерной была длина 500 м на склонах как южной, так и северной экспозиций. К 1973 г. на склонах южной экспозиции длина оврагов по модальному значению увеличилась на 750 м, а на противоположном, обычно более длинном склоне увеличилась более, чем на 1000 м. Скорость прироста суммарной длины всех оврагов за период 1894-1973 гг. составила 0,97 км/год, а с 1973 по 1980 гг. их протяженность росла со скоростью 23,5 км/год.

Таким образом, в первоначальной стадии зарождения и распространения линейной эрозии (1894 г.) преобладают овражные образования длиной менее 800 м, составляя при этом почти половину всех оврагов в верховье и 89 % в устье. К 1980 г. Большинство овражных образований по своему развитию приближается к фазе затухания, т.к. базис эрозии все больше вырабатывается, особенно у оврагов донного типа.

Интересно проследить вековую динамику в развитии отдельных крупных оврагов, которые уже указывались на картах 1894 г. Обща« длина у четырех оврагов, относящихся к донному типу, зг рассматриваемый исторический период увеличилась в 2-5 раз, Максимальное значение скорости роста (83 м/год) наблюдалось у оврага на научном полигоне в пади Буланка, где отмечены наибольшая водосборная площадь (240 га) и вертикальная расчлененость (163 м). "У оврага в пади Калашникова средняя годовая скорость составила 49 м/год, а у трех других оврагов от 17 до 23 м/год. Если у оврага в падк Буланка прирост вершиной уже завершен и в устьевой части он достиг состояния динамического равновесия, то его прирост в последние годы идет исключительно за счет интенсивного роста отвершков. Число последних составляет 53 шт. Только за май-сентябрь 1990 г. общий прирост отвершков составил в длину 48,3 м, ширину 17,4 м, глубину 1,7 м. На остальных оврагах продолжается прирост вершиной и отвертками.

Одним из основных показателей наиболее полно характеризующих современную динамику оврагообразования является скорость роста оврагов. Различают прирост разовый (за один ливень), сезонный, годовой и среднемноголетний (Рожков, 1981). Все овражные отвертки за год возрастают более, чем.на 10 см. Общий прирост отвершков за три года (1986-1988 гг.) составил по вершине 108 м. ширине 55 м, глубине 59 м, а за особо дождливый сезон 1989 г,

соответственно 48,3; 17,4; 7,2 м. В этом году (1989) только один из изученных отвершков прирастал в вершинной части на 8,8 м, по ширине на 8,7 м, глубине на 1,5 м. Чрезвычайно интенсивный рост оврагов подтверждается фактом образования в бассейне р.Куйтунка только за один сезон 1988 г. серии новых оврагов и крупных промоин общим числом 42, суммарной протяженностью 12,5 км. По классификации М.Н. Заславского (1979), по зафиксированному приросту отвертки относятся к очень сильно и чрезвычайно сильно растущим.

Наиболее сильно поражена пашня, которая располагается на склонах крутизной даже 13°. Особое значение имеет сеть грунтовых полевых дорог. Из 42 новых оврагов одного сезона, семь из них начали свое формирование и дальнейшее развитие на полевых дорогах, проложенных по склонам. Так, в дождливом 1988 г. концентрированным поверхностным потоком из колеи полевой дороги смыто и переотложено 782 т. почвогрунта, уничтожено и погребено под ними 0,8 га посевов зеленого корма. А всего за этот год в бассейне Куйтунки было смыто и переотложено 37 тыс. т. грунтов, а овражная сеть увеличилась на ¡3 км, выведено из дальнейшего использования 28 га пашни. Продукты выноса из оврагов физически уничтожили посевы на площади 1,6 га, материалы от обвалов и оползней - окатыши и овражные бомбы - имели размеры в диаметре до 25-30 см. На одном из новообразованных оврагов с максимальной глубиной 5,1 м сформировался конус выноса толщиной до полуметра, а селевый поток вынес и переотложил каменные глыбы диаметром до 35 см на расстоянии 60 м от оврага.

По результатам исследований, особенно в 1988 г., можно уверенно заключить, что основной причиной начала зарождения и дальнейшего развития оврагов служат борозды, напаши, искусственно созданные небольшие перепады, как результат плохой обработки пашни. При этом образуются водобойные колодцы - первичный элемент будущего оврага. Прирост оврагов вершиной в большинстве случаев во много раз превосходит боковые и глубинные приросты. Доминируют приросты до 2 м/год (76% от общего числа наблюдений), в нескольких случаях средняя скорость достигала 6 м/год. Более 50% овражных образований Байкальского региона растут со скоростью более 1 м/год, что согласно классификации (Косов, Константинов, 1974), позволяет отнести такие овраги к сильно растущим.

Из 42 новообразованных оврагов 1988 г. наибольшее количество (30 шт.) сформировшшсь на склонах южной ориентации, что объясняется их относительно большой крутизной. Здесь более 1/2 вновь

заложенных оврагов имели протяженность 201-1000 м при максимальной ширине 5 м, глубине 5,1 м. Самый короткий овраг, возникший за один сезон имел длину 40 м, а самый длинный - 1200 м. На склонах противоположной ориентации длина 10 из 12 оврагов колеблется от 80 до 200 м, остальных двух в пределах 649-1200 м, Наибольшая ширина равна 4 м, а глубина 3 м. Общее количестве активно растущих вершин оврагов в бассейне составило 99 шт., е среднем по 2-3 шт. на один овраг.

5. ПРОГНОЗ ОВРАГООБРАЗОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОВРАГОВ

Прогнозирование эрозионного разрушения почв, равно как и классификационные разработки, важны в связи с большим экологическим ущербом, наносимым им, и способствующие дестабилизации всей природной среды в Байкальском регионе, Проведенные многолетние исследования и имеющаяся обширная база данных позволяют перейти к решению этой актуальной проблемы, которая ранее в регионе никем не ставилась. Имеется только работа А.И.Куликова и др.(1997), где на основе исследований В.В.Реймхе. выведена зависимость возможного смыва от уклона и объемной массь , почвы. Была сделана идентификация модели на примере данных А.А.Танасиенко (1992).

Нами разработаны многофакторные модели. Так, зависимость длины оврага (Ь, м) от крутизны склона (к, град.), его длины (Ь, м) I площади водосборного бассейна (Б, м") имеет вид:

Ь = 6,798+0,018В+0,002к-0,0138 (Я= 0,793)

Ширина (У, м) и глубина (И, м) оврага прогнозируютс; следующими моделями:

У = 409,6+26,790Э+9,507к-13,4708 (Я= 0,731) Ь = 7,424-0,013Б-0,002к+0,1168 (Я= 0,248)

Весьма важно провести формализованный анализ временно? изменчивости оврагообразования, т.к. именно на этой основе можнс провести экстраполяционный прогноз. Вековая динамик; оврагообразования подчиняется экспоненциальному закону (рис.2) Уравнение для прогноза числа оврагов (п) имеет вид:

п= 1,056x10-13хе°'ОШ,

4 А О

<5 6.0

280

?00

120

40

0 тзио

Т930 Т970 1990

"ГоЗы

р'/с. 2, ' Количество, и протяженность оврагов по годам

2ГО

150

z

—j

30

а для прогноза длины оврагов (Ь):

Ь = 8,330х10"'2е°'ош,

где 0,018 и 0,016 - региональные кинетические коэффициенты, I - год.

Расчеты по этим уравнениям показывают, что к 2000 г. в бассейне р.Куйтунка число оврагов возрастает до 455 шт., а к 2015 г. почти до 600 шт.. При этом протяженность овражной сети достигнет к 2010 г. 345 км, а к концу 2015 г. - 370 км.

Классификационные и группировочные работы, равно как и прогностические, подводят итог исследовательского цикла и содержат концентрированную информацию обо всем материале. При этом желательно, чтобы классификационная система максимально основывалась на математических принципах (Боул и др., 1977; Рожков, Рожкова, 1993 и др.).

Для наших целей большой интерес представляет разработка группировочной шкалы для годового прироста оврагов, т.к. этот показатель отражает их важнейшее динамическое свойство, достаточно прост и легко измерим на практике. Именно по этой причине в настоящее время разработано уже несколько классификационных систем, основанных на этом показателе (Косов, Константинов, 1974; Заславский, 1979 и др.).

Нами разработана, так называемая параметрическая сигмальная группировочная шкала (Зайцев, 1991). Получена 7-балльная шкала. Как и ожидалось, действительно, разработанная региональная шкала по количественным параметрам существенно отличается от ранее разработанных шкал для территорий с другими условиями. Учитывая то обстоятельство, что наша группировочная система полно учитывает местные природные особенности, можно рекомендовать ее для оценки овражной эрозии на территории Байкальского региона.

Ущерб от оврагов можно рассматривать, по крайней мере, в трех аспектах: эстетическом, экологическом и хозяйственно-экономическом. Количественно оценить первые два достаточно трудно. Экологический аспект ущерба от оврагов состоит в разрушении почвенного покрова, снижении биопродуктивности, биоразнообразия (если разрушается ареал малораспространенного вида растений или почвообитающих животных), уменьшении продуцирования кислорода, увеличении его затрат на окисление вскрытых недоокислелных пород, замутнении воды и заиливании рек и др. Хозяйственно-экономический ущерб от оврагообразования более очевиден и поддается адекватной оценке.

Как уже указывалось, овражная эрозия проявляется импульсно, т.е. периоды покоя сменяются в циклы высоковлажных лет интенсивным ее развитием. Таковым был 1988 г., когда хозяйственная деятельность была во многом парализована овражными явлениями. При этом был нанесен материальный ущерб особенно сельскому хозяйству. По фондовым материалам Совета Министров Республики Бурятия (тогда Бурятская АССР), всего выведено из сельскохозяйственного оборота 118500 га земель, а общая сумма ущерба по составила 22477 тыс.руб. По всем министерствам и ведомствам ущерб в этом году оценен на сумму 38155 тыс.руб. Понятно, что по ценам того времени такой понесенный ущерб был весьма значимым.

Хозяйственные мероприятия должны быть направлены на рассеивание стока, начиная с водосборов и в последующем на склонах, для этого требуется применение всего комплекса противоэрозионных приемов. По способам закрепления овраги делятся на несколько групп:

- овраги, не требующие закрепления. Сюда относим овраги всех типов с различной величиной водосборной площади, с вершинами,

' достигшими водоразделов, выработавшие свой продольный профиль;

-овраги склоновые с четко выраженными ложбинами стока, длиной 100 м и более, глубиной более 4 м, с водосборными площадями, превышающими 6 га, с вершинами, не достигшими водосбора (стадия врезания висячего оврага вершиной). Здесь, помимо мероприятий рассеивающих сток, необходимо вершины закреплять гидротехническими сооружениями (Мясоедов, 1984);

- овраги склоновые с невыраженными ложбинами стока, глубиной менее 4 м, с водосборными площадями 4-15 га, находящиеся в стадии роста. Закрепляются путем засыпки и выполаживания в комплексе с постройкой вершинных водозадерживающих или водоотводящих валов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Линейная эрозия почв в Байкальском' регионе происходит на фоне суровых природно-климатических условий. Ее активному проявлению способствует сочетание ряда факторов: легкий гранулометрический состав почв, широкое развитие лессовидных, просадочных и легкоразмываемых почвообразующих пород, высокая расчлененность внутрикотловинного рельефа, концентрированное выпадение атмосферных осадков и слабое проявление почвозащитных функций растительного покрова. Региональная специфика оврагообразования в том, что этот процесс почти всецело вызывается жидкими атмосферными осадками, размыв почв снеготалыми водами происходит только на подветренных склонах. Овражная эрозия имеет пульсирующий характер, что соответствует многолетней цикличной смене засушливых лет высокоувлажненными годами.

Расчетом двухфакторного дисперсионного комплекса доказана статистическая значимость влияния геморфологического и гидроклиматического факторов, причем параметры оврагообразования в большей мере контролируются характеристиками рельефа, чем количеством осадков, т.к. сумма и режимы выпадения последних по природно-климатическим зонам в целом отличаются незначительно.

Установлено преимущественное развитие оврагов донного и склонового типов. Особая агроэкологическая опасность склоновых оврагов заключается в том, что они поражают наиболее ценные пахотные и пастбищные угодья, причем за короткий промежуток времени и даже за один крупный ливень, достигая большой густоты и плотности на ограниченной площади. На лессовидных отложениях эти

17

овраги характеризуются относительно большими морфометрическими параметрами - глубина до 20 м, ширина до 30 м. Вертикальный профиль склоновых оврагов в лессовидных суглинках каньонообразный;

На территории Байкальского региона в наиболее освоенных степных, сухостсппых и лесостепных ландшафтах зафиксировано 9576 шт. оврагов длиной более 250 м, при их общей протяженности 8700 км. Наиболее поражены овражной сетью степные ландшафты. Здесь число оврагов в 3 раза больше, чем в сухой степи. Лесостепи охвачены овражной эрозией в наименьшей степени, хотя количество осадков здесь относительно высоко. Это объясняется сохранившимися участками леса, которые увеличивают необходимое экологическое разнообразие и способствуют гашению гидродинамической энергии водного потока. Выявлена количественная зависимость оврагообразования от характеристик рельефа. Наибольшая встречаемость (71%) оврагов приходится на склоны крутизной 3-9,5°, специфичная длина склона при этом составляет 200-800 м. Чем больше длина склона, тем больше длина оврагов (г=0.872), весьма тесная связь (г=0,792) этого показателя получена с величиной водосборной площади;

Показано, что в исторической ретроспективе на территории степей возрастала пастбищная нагрузка на земли, как одного из факторов водной эрозии почв. К концу XX столетия пастбищная нагрузка возросла в 2 раза по сравнению с началом века, при этом стало резко преобладать поголовье овец, число которых возросло до 2 гол./га. По историко-картометрическим исследованиям в бассейне р.Куйтунки в 1894 г. фиксируется 62 овражных образования длиной более 250 м, при общей длине таких оврагов 58 км, причем все они располагаются на пашне. К 1980 г. длина оврагов увеличилась в 2,7 раза, при этом более половины числа оврагов расположено в лесах и на выгонах;

Инструментальные исследования показали, что в средне- и малоувлажненные годы (1986-1987 гг.) 76% оврагов прирастало в длину в среднем со скоростью 0,5-2 м/год и всего 12% со скоростью 2-6 м/год, тогда как в высокоувлажненные годы (1988 г.) на приросты в пределах 0,5-2 м/год приходится всего 29% оврагов, 37% учтенных оврагов прирастало со скоростью 2-6 м/год. В увлажненном году только в бассейне р.Куйтунки зафиксировано образование новых оврагов в количестве 42 шт., из которых 30 шт. сформировались на склонах южной экспозиции. Общая длина новых оврагов составила 12547 м, при этом ими смыто и переотложено 37000 т материала. По общей оценке более 50% оврагов Байкальского региона относятся к интенсивно растущим - более 1 м/год.

Статистическое обобщение на основе параметрического сигмального подхода имеющегося массива данных позволило разработать 7-балльную шкалу овражной эрозии по интенсивности прироста (м/год):

> 2.7 - чрезвычайно интенсивный

2.7-2.3 - очень интенсивный

2.3-1.9 - интенсивный

1.9-1.5 - средний

1.5-1.1 - малый

1.1 -0.7 - очень малый

< 0.7 - чрезвычайно малый.

Получены многофакторные зависимости длины и ширины оврагов от крутизны, длины и площади водосборного бассейна, имеющие достаточно высокие коэффициенты множественной корреляции (11=0.731-0.793). Разработаны прогнозные модели для числа оврагов (п): п = 1,056x10~13х е0,0т,

а для прогноза длины оврагов (Ь):

Ь - 8,330хЮ"12е°'Ш6',

где 0.018 и 0.016 - региональные кинетические коэффициенты, I - год прогноза. Показано, что к 2015 г. число оврагов может составить 596 шт., а их длина - 373 км.

Овражные образования Байкальского региона, как находящиеся в стадии активного роста, ввиду невыработанности профиля продольного равновесия, представляют реальную угрозу для больших площадей. Так, только за один увлажненный год хозяйственно-экономический ущерб в Бурятии оценен в 38 млн. 200 тыс. руб. (по ценам 1988 г.), при этом из сельскохозяйственного оборота было выведено земель на площади 118.5 тыс. га. Все это указывает на актуальность противоэрозионных мероприятий, которые должны быть направлены на рассеивание водного потока на склонах (гидротехнический комплекс), увеличение впитывающей способности почв (агротехнологический комплекс), повышение устойчивости поверхности почв к размыву (фитомелиоративный комплекс).

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Распространение линейной эрозии в административных районах Бурятской АССР // Биологические ресурсы и проблемы экологии Сибири: Тез. докл. II Региональной конференции молодых ученых. - Улан-Удэ, 1990. - С.56-57 (соавтор Ц.И.Нагаслаев);

2. Распространение линейной эрозии в Бурятской ССР I Эрозиоведение: Теория, эксперимент, практика. Тез.докл. Всес. науч конф. - М., 1991,- С.151-152 (соавторы: Н.Н.Хаптухаева, Т.Н. Синицынг Ц.И. Нагаслаев);

3. Интенсивность образования линейной эрозии в бассейн' р.Куналейки (Забайкалье) // География и природные ресурсы, 1992. - >1 1.- С.98-102;

4. Роль рельефа в формировании эрозионных процессов / Земельные ресурсы Республики Бурятия (экологическое состояние повышение плодородия и рациональное использование почвенной покрова): Тез. докл. Республиканской научно-практической конф. Улан-Удэ, 1994.- С.31-32 (соавторы: Д.П.Сымпилова, H.H. Хаптухаева Т.Н.Синицына);

5. Влияние грызунов-норников на распространение овражно! эрозии в агроландшафтах лесостепи Забайкалья // Там же.- С.33-3' (соавторы Н.Н.Хаптухаева, ДЛ.Сымпилова, Б.Б.Бадмаев, Н.Г Борисова);

6. Распределение площади сельскохозяйственных земель Бурятш по уклонам местности // Сохранение биологического разнообразия i Байкальском регионе: проблемы, подходы, практика: Тез.докл. ! Региональной конференции. - Улан-Удэ, 1996.- С.81-82;

7. К вопросу распространения овражной эрозии в бассейн! озера Байкал // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов, С Петербург, 1996. - С.349-350.