Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ДИНАМИКА ВОДНОЙ ЭРОЗИИ НА ЮГО-ВОСТОКЕ КИТАЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ НА ПРИМЕРЕ ПРОВИНЦИЙ ЦЗЯНСИ И ХУБЭЙ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ДИНАМИКА ВОДНОЙ ЭРОЗИИ НА ЮГО-ВОСТОКЕ КИТАЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ НА ПРИМЕРЕ ПРОВИНЦИЙ ЦЗЯНСИ И ХУБЭЙ"

т

На правах рукописи

ЛЯН ИНЬ

РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ДИНАМИКА ВОДНОЙ ЭРОЗИИ НА ЮГО-ВОСТОКЕ КИТАЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ НА ПРИМЕРЕ ПРОВИНЦИЙ ЦЗЯНСИ И ХУБЭЙ

Специальность: 03.00.27—почвоведение

06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г.

Москва - 2003

Работа выполнена на кафедре эрозии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научные руководители: член-корреспондент РАСХН,

доктор биологических наук, профессор М.С. Кузнецов кандидат биологических наук, доцент Ю.Н. Эборяпцук

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Н.В. Стаеюк

кандидат биологических наук М.Е. Гинзбург

Ведущая организация: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН

Защита диссертации состоится 25 ноября 2003 г. в 15 ч. 30 мин. в аудитории М2 на Заседании Диссертационного Совета К S01.001.04 при МГУ им. М.В. Ломоносова по {адресу: 119992-Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ

Автореферат разослан

XX октября 2003г.

Ученый секретарь Диссертационного С01 кандидат биологи чесю доцент

Л.Г. Богатырев

ОБ1ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эрозия почв в Китае получила широкое распространение. Площадь почв, пораженных эрозией, по состоянию на 1980 г. превысила 150 млн. га, что составляет 1/6 часть всей территории страны, С 1980 по 1989 год в результат« эрозии было потеряно еще 34,5 млн. га земли. Особенно подвержены эрозии Лессовое плато, пизкогорно-холмистые районы юго-восточного Китая в бассейне р. Янцзы (в верхнем и среднем течении). В субтропической зоне на красноземах эрозия охватила 28% всей территории. Изучение способов мониторинга эрозии ночв - новая проблема не только для Китая, ко н для ряда зарубежных стран. Применение телеметрической информации, получаемой листан ционным н методами (ДМ), создает новые возможности для развертывайня этих исследований. В связи с этим изучение распространения и динамики процессов эрозии почв юго-восточного Китая с помошыо ДМ, а также свойств эродированных почв представляется весьма актуальным.

Цель н задачи работы. Целью работы является выявление изменений площади проявления эрозии почв на юго-востоке Китая в разные временные интервалы и оценка изменений некоторых свойств эродированных почв. Для достижения поставленной задачи необходимо было решить следующие задачи:

]. Опробование и практическое применение предлагаемых в Китае стандартных норм и способов оценки эрозии почв па основе использования разновременной телеметрической информации и результатов дешифрирования аэроснимков и изображений со спутников в различных полосах спектра.

2. Использование разновременной информации ДМ и результатов полевых исследований на ключевых участках для слежения за динамикой эрозии почв в пределах значительных территорий юго-востока Китая.

3. Количественная оценка площади распространения различной степени эродированных земель с использованием ГИС- технологий.

4. Исследование водно-физических свойств эродированных почв района исследований.

Научная ноаизпа. Научная новизна диссертации состоит в разработке методов использовании данных многовремспных аэро- и космоспимков для количественного описания эрозии почв с применением компьютерных технологий. Это позволяет повысить скорость составления почвенно-эрозионных

уменьшить расходы и облегчить труд картографов. Впервые показано также изменение водных свойств почв юго-восточного Китая под влиянием эрозии.

Практическая ценность работы. Часть представленных материалов по визуальной интерпретации изображений использована в четырех выполненных проектах, переданных Министерству водного хозяйства КНР и Народному правительству провинции Цзяпси, Результаты работы могут быть использованы при мониторинге почвенного покрова на больших территориях с использованием дистанционных методов, а также при разработке схем противоэрозиониых мероприятий па территории уездов или водосборов.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на заседания кафедры эрозии почв факультета почвоведения МГУ им, М,В. Ломоносова 4 июня 2003г. н на Международной научно-практической конференции «Модели и технологии оптимизации земледелия» (г, Курск, 9-П сентября 2003 г.) и получили высокую оценку.

Публикации. По материалам исследований одна статья депонирована в ВИНИТИ (№998 от 02.07.03), две опубликованы в журнале «Вестник Московского университета. Серия почвоведение» (№4, 2003г.) и в материалах Международной научно-практической конференции «Модели и технологии оптимизации земледелия» (Курск, 2003г.) и одна принята к опубликованию «Вестник Московского университета. Серия почвоведение».

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, 6_

глав, выводы и список использовал ной литературы из 64 источников. Она изложена на стр. компьютерного текста, содержит Я»*? таблиц и Ар рисунков.

Глава 1. Обзор литературы по использованию материалов ajpo- н космической съемки в эрозионных исследованиях

Изучение различных проявлений эрозии почв по материалам аэро- и космической съемки показало их высокую информативность: на аэрофото, снимках из космоса в цифровых данных современных ДМ отчетливо видны самые разнообразные проявления эрозионных процессов (Афанасьева Т. В., 1977; Орлов В.Н., 1977; Виноградов Б. В., 1984). Использование материалов ДМ обеспечивает возможности выявления плоскостной, овражной, ветровой эрозии разной степени и форм, на различных по площади территориях (Андроников B,JI., Королюк Т.В., 1985; Логашев Т.Г., 1987; Кравцова В.И., 1995). Дешифрирование и анализ телеметрической информации - эффективное средство исследования сноса, перемещения и аккумуляции рыхлого материала, го есть современной экзогенной динамики рельефообразующих процессов, к каковым относятся в значительной степени эрозионные процессы. !>го свидетельствует о возможной применимости материалов ДМ для мониторинга эрозии почв (Книжников Ю. ф,, Кравцова В.И. ,1991).

Глава 2. Объекты и методы исследования

Полевые работы н интерпретация изображений, полученных различными системами ДМ, проводились на территории отдельных уездов двух провинций юго-восточного Китая - Цзянси и Хубэй.

2.1 Район исследований. Для выявления динамики эрозии почв в районах нагорий и гор юго-восточного Китая Пыла выбрана область Сннмуо в провинции Цзянси,

Почвенные образцы для анализа влияния эрозии на свойства почв собирали в областях Инчжаи, Надои и Зиги провинции ХуСэй в зоне водосбора реки Янцзы. Райоп исследований характеризуется средне влажным муссонным климатом. Среднее ежегодное количество осадков составляет 1100-1400 мм, и они неравномерно распределены но сезонам года: на летний период приходится только 40% годовою количества осадков. Среднегодовой сток составляет 735,8 мм, в связи с чем к условиях пересеченного рельефа и иысокой раснаханностм территории эрозия почв в этом районе значительна и широко распространена.

2.2 Объекты исследований. В качестве объектов исследования выступали следующие наиболее распространенные почвы юго-восточного Китая разной степени

ipcvwprmaimocTn: коричнево-желтые почвы на известняках, фиолетовые почвы на фиолетовых сланцах, желтоземы и красноземы на гранитах. Для территорий, на которые имелись изображения, полученные ДМ, достаточно детально проанализированы основные факторы прочий почв: растительный покров, тип почвы, характер почвообразующей породы, крутизна склонов, способы использования земель. Исследованные почвы характеризовались на глубину до 40 см по содержанию гумуса, гранулометрическому составу, емкости катио иного обмена, водно-физичсским свойствам,

23 Методы исследопяпий, В процессе работы по теме широко использовались тиеные и камеральные методы исследования как при работе с образцами почв, iaic и при интерпретации различных материалов ДМ, В полевых исследованиях для точной привязки ключевых участков и точек наблюдений применялась система глобального позиционирования (GPS). Источником информации являлись черно-бег.ыс изображения различной давности, полученные разными спутниками. На их основе был составлен ряд карт контроля ia динамикой эрозии почв пяти периодов на территорию 3215 км1.

При изучении эрозии важное значение имеег выбор и набор диапазонов изображений ДМ. Система для специхзьного картографирования на американском спутнике Thematic Mapper (ГМ) имеег всего семь полос или диапазонов с четко обозначенными длинами волн и записывает отраженную электромагнитную энергию но каждому нз диапазонов при получении черно-белых и серых изображений. Для создания цветных ИК • изображений и композиций в цветным топах выбирают и сопмсшают (компьютерно или визуально) 2, 3, 4 и более изображений по отдельным диапазонам и получают цветные изображения поверхности земли для распознавания и изучения степени эрозии почв в районе исследований.

Стандартные изображения с синтезированной инфракрасной окраской получают при совмещении изображений, полученных в синей, зеленой и дальней красной области спектра. На этих изображениях растительность изображается красным цветом, а различные водные пространства - синим. Для этого из данных ТМ используют либо изображения в полосах 2, 3, 4, либо совмещают изображения в полосах 3, 4, 7, Китайские исследователи часто иснользу1от для этого данные 3, 4 и 5 диапазонов. Для этого, по нх мнению, имеется но краЛней мере две причины: 1) данные в 5-ом диапазоне ТМ содержат 43,5% информации всех семи диапазонов Thematic Mapper; 2) осредненные коэффициенты отражения разных почв исследованных районов в

диапазоне ТМ5 хорошо выражают различия в отражении почв, отличающихся по степени эрозии. Синтетические изображения с привлечением данных ТМ5 хорошо идентифицируют разные почвы (Xu Dinbin etal,, 1984,1991).

Практика показывает, что особенности земной поверхности, неясно различимые на синтетических композициях в искаженных топах на основании диапазонов 2,3 и 4 ТМ, окатываются яркими, информативными и легко идентифицируемыми на комбинациях, состоящих из ТМ 3, 4, 5. I>ia ate комбинация в искаженных тонах работает гораздо лучше в сравнении с другими при изучении потерь воды и почв, а гакже обеспечивает достоверную информацию по оценке степени эрозии почв, С использованием OIS -технологий подсчитаны плошали различных по эродированности поча на разные даты, оценена динамика проявления эрозионных процессов.

Для изучения влияния эрозии на свойства почв были заложены 12 разрезов, из которых по горизонтам были отобраны в трехкратной повторности почвенные образны буриками объемом бб см1 для определения потенциала почвенной влаги методом мембранного пресса (Вадюнина, Корчагина, 1973). Из этих же районов отбирались образцы для определения некоторых физических и химических свойств почв (грануломегричсский состав к плотность сложения — по Качи некому, плотность твердой фазы - циклометрическим методом, обшая морозность - расчетным методом, гумус -[lo Тюрину). Некоторые характеристики мест отбора проб почвы приведены в табл. 1.

Потен них! почвенной влаги определяли на влагомере SME-2 (производства Германии) при давлениях 0,025; 0,060; 0,10; 0,20; 0,33; 0,60; 1,00; 2,84; 3,00; 15,00 х105 Па. Получение результатов при давлении 3,00 и 15.00 хЮ1 Па занимает много времени, поэтому объем образца был уменьшен до 10 см5. При этом потребовалось растирание образцов и просеивание их через сито 1 мм.

(лава 3. Эрозионные процессы в бассейне р. Янцзы

Использование данных ДМ с разновременных изображений в качестве источника информации позволяет следить за динамикой эрозии почв. Данные многовремепных а-эро- и космоснимков даюг возможность информативно и достоверно описать различные ландшафты Земли в разные сезоны года и представляются достоверным материалом при мониторинге эрозионных процессов. С помощью этих данных можно прогнознрояаггь развитие эрозии почв в будущем. По сравнению с традиционной

s

Таблица 1

Почвы и природные условия района исследования

Номер обраша Почва Номер рмреза Пункт Глубина, см Эродированное! ь почв Вид использования Крутиша склона, )раз.

1 Фиолетовая 1 Базой 0-20 Незначительная Пашня 15

2 почва па фиолетовом сланце ЗиП1 0-20 Средняя Пашня на террасе 15

3 3 Зиш 0-8 Чрезвычайно сильна* Пустошь 25

4 1 Ичжан 0-17 ...... Сильная Пашня на террасе 20

5 Более 17

6 Краснспем «а граните 2 И'гжал 0-5 Слабая Лес 25

7 5-34

8 3 Ичжан 0-20 Незначительная Посадки леса 25'

9 4 Ичжан 0-20 Лгзначительная Чайная шшггаши на террасе 15

10 0-15 Пашпя на террасе

11 1 Ичжан 15-30 Незначительная 15

12 Более 30

13 Же.по- 2 Зиги 0-20 Нокач1гт(.чыш Пашня на террасе 15

14 коричневая почва на 3 Балок 0-20 Слабая Луг 35

15 2048

16 известняке 4 Бааон 0-20 Слабая Пашня на террасе 15

17 20-40

18 5 Бааон 0-20 Незначительная Плантация циггрусовых иа террасе 15

картографией эрозии почв компьютерная улучшает точность карт, экономит время и силы. Влияние климата, растительности, рельефа, материнской породы, свойств и особенностей почвы, деятельности человека выражается в степени, расположении в пространстве, форме проявления эрозии почв.

В южных районах Китая при благоприятном состоянии растительности и умеренной расчлененности рельефа эрозия ночо слабая. Если влияние антропогенного фактора значительно, а степень развития растительности мала или растительности вообще нет, то степень эрозии почв сильнее.

Кроме того, если растительность на территории заметно разрушена, важно знать, через какое время возрастут эрозионные потери почвы (Ши Дэмин, 1991). Таким образом, можно утверждать, "гго ландшафт, как зеркало отражает характер развития Эрозии почв. Поэтому характеристика факторов эрозии почв - это важнейшая основа составления карт и телеметрического контроля генезиса эрозии поче.

3.1. Природные условия уезда Смньгуо. Природные условия юго-восточных районов Китая очень сложны, поэтому прямое определение степень эрозии почв очень трудно. Использование данных телеметрии для контроля потерь воды к почв обязательно начинается с опенки влияния факторов эрозии почв (Feng Zhonke et al., 2000). Как отмечалось выше - растительный покров, вид почвы и почвообразуюшей породы, крутизна склонов, способ использования земли являются основными факторами, влияющими на эрозию почв Китая.

Растительность

Растительный покров играет решающую роль при защите почвы от эрозии и охране окружающей среды. Практика и результаты наших исследований показывают, что чем гуще растительный покров, тем меньше потеря воды и почвы. Когда проективное покрытие в исследованных нами районах достигало 75%, эрозия обычно не возникала. На изображениях, получаемых дистанционными методами, растительность легко отличается от других факторов эрозии почв, и се можно характеризовать определенными цифрами. Индексы растительного покрова определяются в соответствии с интенсивностью красного цвета на ПК -изображениях, плотностью и структурой рисунка изображения: 1) весьма густой покров, величина проективного покрытия (ГШ) более 90%; 2) густой покров, ПП 75 - 90%; 3) средний по густоте покров, ПП 50 -75%; 4) ниже среднего по густоте нокров, ПП 30 -50%; 5) редкий по густоте покров, ПП < 30% (Ши Дэчин, 1991).

Геологические породы

По возрастанию противоэрозиен шой стойкости встречающиеся в исследованном районе JгочвооОразующнс породы располагаются в следующий ряд: I) переотложенцая порода; 2) известняк; 3) красная четвертичная глина; 4) фиолетовая поч[«образующая порода; 5) красный песчаник; 6) гранит ((iroup for planning..., 1985).

Рельеф

В соответствии с топографической картой рельеф района Снньгуо (провинция Цзянси) делится на следующие виды: 1) срсдпегориый — & основном покрыт растительностью, абсолютные высоты более 800 метров, относительные UUCOTU более 500 метров, а глубина "»розионного расчленения большая; 2) низ копир ний — с растительным покроном немного меньше, чем в средлегорном, с абсолютными высотами 500-800 метров, относительные высоты около 300-500 метров; 3) крупнобугристый — абсолютные высоты 200-500 метров, относительные высоты 50-200 метров; 4) мелкобугрнстый - абсолютные высоты 150-300 метров, относительные высоты 20-50 метров; 5) холмистый - абсолютные высоты менее 200 метров, относительные высоты менее 20 метро а, степень использования земли высока; между холмами чаще всего находятся рисовые чеки, склоны холмов обрабатываются, а на »ершине холмов растительность изрежена; 6) дошняыЛ -абсолютные высоты менее 20 метров, включает террасы рек, где часто расположены рисовые чеки, вытянутые вдоль реки.

Структура растительного покроьа и мето/)ы использования земель

На изображениях района исследований выделяются и обнаруживаются даже при визуальном дешифрировании следующие структуры растительного покрова и способы использования земель: 1) высокая многоярусная структура, когда имеется три яруса растительности: деревья, кустарники и луга; 2) средне высокая структура (два яруса): деревья и луга или кустарники и луга (или сады); 3) средняя структура (одни ярус): густой луг, пастбище, кустарник; 4) средне низкая: редкий кустарник и луг, ннзкопродуктивный луг или пастбище; 5) низкопродуктивная структура: редкостойный лес, редкий кустарник, низ непродуктивный луг; 6) обнаженная земля - растительности нет.

3.2. Составление н редактиронапие карт i разни ночи. Детальный анализ факторов эрозии почв позволил при составлении карт эрозии широко использовать визуальную интерпретацию изображений (Пу Джичжац, 1992). Наложение

изображения па прозрачную кальку - простая операция, при которой контурное

содержание снимка переносится на составляемую карту состоялия -земельных угодий, При этом стараются отобразить динамику объектов к явлений окружающей среды по годам. Для этого рекомендуется проводить обновление и корректировку картографической основы. Телеметрическая информация, получаемая по данным ДМ, помогает более точно установить границы контуров па карте, способствует обоснованной количественной характеристике выделов карты и оказывает существенную помощь при оценке потерь воды и почвы на картографируемой территории. На последнем этапе информацию вводят в компьютер с помошыо сканера или дигитайзера. При Dro\i на компьютере ведется интерпретация изображений, контролируется площадь и структура котгуров и рисуется авторский оригинал карты. Сначала проводят интерактивную доработку карты по данным изображений, полученных Thematic Mapper в семи диапазонах. Изображения непосредственно выводятся на монитор компьютера в TIF- формате без физического получения изображений. С номошью программ CORELDRAW и ARCVIEW визуально л шггерактивном режиме составляют карту эрозии почв, ири зточ редактируя ее. Затем измеряют площади в разной степени эродированных почв и печатают карту эрозии почв.

3.3. Опенка степени эрозии почв. В исследованиях эрозии ноча эффективно используется способ совмещения результатов шггерпретшшн изображений с информацией об окружающей среде н ее компонентах, ГГри этом на основе анализа факторов индекса эрозии (растительный покров, крутизна склонов, качество почв, приемы использования земли н др.) устанавливают, соответственно их вкладу в проявление эрозии, вес и влияние каждого из этих факторов па конечный результат анализа. Эти величины становятся новым слоем данных в характеристике эрозии почв, содержащим комплексную оценку явления и представляю«шм разные степени проявления эрозии. Полученные таким образом индексы являются основой шкалы градаций степеней эрозии.

При вычислении индекса эрозии почв показатели факторов эрозии по сетке суммируют, образуя интегральную оценку противоэрозиен ной стойкости почв определенной физико-географической единицы по нижеприведенной формуле (Чжань Зенксян,! 998):

^-¿VS. (f-1,2,3.....я),

f I

где А' - индекс эрозии ночи; нормативное число какого-либо фактора; -фактор эрозии почв.

Разные виды и степени проявления эрозии почв определяются разными величинами индекса и количественными выражениями коэффициента для каждого фактора, определяющего инлекс. Полученные индексы характеризуют в количественной форме различия в степени проявления эрозии почв и классифицируют их. Для оценки эрозии почв в Китае обычно применяют шесть степеней: незначительная, слабая, средняя, сильная, очень сильная и чрезвычайно сильная.

В лабораторных экспериментах и полевых наблюдениях проверяют полученную по комплексу индексов :>розни степень эрозии почв н уточняют се, а также составляют авторский оригинал соответствующей карты.

При составлении карт эрозии почв в соответствии с их предполагаемым масштабом памп использовалась разная телеметрическая информация: при составлении карг крупного масштаба наиболее подошли изображения со спутника ТМ в масштабе 1:10000 - 1:50000, при составлении среднемаенгтабных карт - изображения ТМ или \-ISS масштаба 1: 50000 - 1: 100000, а при создании мелкомасштабных карт - стандартные изображення ТМ и МВБ. При использоаании компьютера оказалось возможным совместное использование числовых даргных и изображений ТМ и МНЙ.

Глава 4. Дтшммка эрозии почв Китая с использованием данные ДМ

4.1, Исследование дипамнкп эрозии почв уезля Снньгуо, Актуальной задачей, которая по результатам наших исследований успешно решается с использованием материалов ДМ для значительного и ¡резка времени, является оценка динамики изменения площадей разной степени эродирован поста почв по шести разным периодам.

По данным компьютерного и визуального анализа телеметрической информации четко выделяются два периода проявления эрозионных процессов, для которых границей является 1980 год (табл. 2),

После образования КНР до 1980 года, специалисты, занимающиеся охраной почв, применяя некоторые меры и проводя отдельные мероприятия, не могли справиться с процессами эрозии. Одновременно ухудшалось состояние почвенного покрова, временами преобладало его разрушение. В этот период площади

эрозионных нарушений в районе исследований увеличились и, по нашим данным, достигли в 1975 г. около 2100 км5, что составило примерно 2/3 всей площади земель в исследованном уезде.

Таблица 2

Изменение площадей ночв, подверженных эрозии, кмг

Год Степень подверженности эрачич Всего подверженных троши поч» Издемгнне ППОШЗДИ полировании* почв, км1

слабая среаняя глубока* Очень глубокая Чрезвывдй- но глубокая ИИ* Ч i от всей площади усма Синьгуо

1958 623.16 565-64 380.98 359.73 76.68 2006-19 62.42 -

1975 758.28 551,36 40236 345.68 54,15 21 П.83 65.71 + 105,64

19S0 938.10 291.6(3 5Q3.14 - 166.13 1899.07 59.09 -212.76

IW 372.83 295.2! 325,47 1(19.36 19,26 1142.63 35.55 Л 56.44

1997 3(11.13 228.61 179.80 68 0 29.93 807.47 25.12 -335.16

2000 313.53 [67.54 187,67 46.40 11.13 726,27 22.60 -81.2

Начало 80-х годов знаменует развертывание компании но "регулированию бассейнов малых рек". Это привело к постепенному улучшению ситуации. С 1980 но 2000 гг. плошали ночв, подверженных эрозии, сократились на 1173 км1. Процент эродированных ночв при этом уменьшился с 59% (1980 г.) до 22,6% (2000 г). Таким образом ежегодное сокращение проявлений эрозионных процессов составило почти 59 км1 или ] ,8%,

С 1980 г. можно выделить три периода снижения скорости роста эродированности ночв: 1980 - 1992 гг. - ежегодные потери от эрозии почв составляли 63 км2; с 1992 по 1997 гг.-около 67 км3, а с 1997 по 2000 гг. - 27 км3. Отсюда можно сделать вывод, что увеличение сложности нротивоэрозионных мероприятий и их удорожание со временем приаодят К снижению их удельной эффективности (рис. I),

Наибольшие плошали почв, подверженные средней и сильной эрозии, отмечены в 1958 г. Одной из причин этого можно считать политику "большого скачка". После 1980 г, площадь почв, подверженных эрозии, сокращается. Так, к

Длвщайь зрелая ьачЯ, к***

fcJu

Рис.1 Изменение площади эрозии почв в разные годы в районе Синьгуо

2000 г, площадь слабоэродированцых почв но сравнению с 1958 г. сократилась в два раза, а по сравнению с 1980 г, - в три раза.

Использование цифровых данных, изображений со спутников [.апска!, КРОТ н аэроснимков, полученных за период 1958-2000 гг., позволило провести на территории провинции Цзяпси летальную инвсгггаризацнго эродированных почв, оценить динамику эрозионных, процессов, определить применимость дистанционных методов к их мониторингу. Использование О! 8-тех налоги й позволило количественно (в виде нлошадей почв разной степени эродированноети) оценить характер и динамику эрозионных процессов, а также разработать схему контроля за ними.

Установлено, что

разновременная информация, получаемая с помощью ДМ, повышает скорость составления эрозионных карт и их точность. Информация о факторах эрозии почв служит основой дл я обьяснения характера и степени эродированноети почв геи-о-восточного Китая, которая проявляется через изменение таких характеристик почв, как количество органическою

вещества, окислов железа, содержания нлэги, емкости катионного обмена. При этом достоверно, изменяются, спектры отражения почв разной степени эродированноети. При одной хтине волны возрастание величин отражения происходит в следующем ряду почв: чрезвычайно енлыюэродироваппая почва > сильнозродированная > среднеэродкро ванная > слабоэродировал пая. (рис, 2,3).

4,2. Составление карт динамики ->розпц почв. Для юго-восточных районов Китая определены факторы, оказывающие заметное влияние на проявление, характер и интенсивность эрозионных процессов - растительный покров, ночвы и

г

Рис.2 СпектфшъныА »къп»э крэспоэема разной стсгтсни >родн» роьамностш / — ьлабая, 2 — Средня*, 3 — ендыюд

«Г

мнкости: 1 — нороаррованка* ЛОЧЬА, —срслкл«, 3 — сильная, очень сильно эродированная

почвообразующие породы, крутизна склонов, способ использования земли. При проективном покрытии 75% к более эрозия почв обычно не возникает.

Основным способом получения и [[формации с изображений в наших исследованиях была визуальная интерпретация, при которой более точно устанавливаются границы контуров эродированных почв, в количественном виде передается содержание контуров и оцениваются потери почн вследствие эрозионных процессов. Результаты визуальной интерпретации вводятся п компьютер совместно с массивами числовых данных, С помощью пакетов программ CORELDRAW и ARC VIEW в интерактивном режиме составляется карта эрозии почв.

На основе анализа факторов, определяющих индекс эрозии поча is соответствии с их "вкладом* в проявление эрозии, устанавливают "вес" и влияние каждого из них. Получаемые суммированием индексы зродиро ваииосги почв количественно характеризуют степень проявления эрозии. Завершающим паном служит полевая проверка составленного авторского оригинала эрозионной карты. Важные условия качественного ее составления;

-выбор и обоснованное комбинирование данных ДМ разных диапазонов;

- усиление используемых изображений;

- выбор масштаба составляемой карты.

Проведенные по вышеизложенной методике исследования изменения эрудированности земель уезда Сипьгуо (провинции Цзянси) показали, что за последние 25 лет наблюдается положительная динамика, которая приводит к резкому сокращению (в три раза) эродирован ньгх площадей (табл. 2). Следует признать, что это скорее всего отражает факт смепы растительны* сукцессии и повышения продуктивности растительных сообществ, который чегко фиксируется использованными разновременными материалами ДМ. Само по себе влияние эродировашгосги почв проявляется в большей мере косвенно через более сильное воздействие растительности на отражательную способность поверхности земли.

Глава V. Использование ГИС при оценке п ростран стве 11 но-врем ем и ы * особенное!eil проявлении эрозии iioun

На основе компьютерной обработки дискретных числовых данных дистанционных методов (Thematic Mapper, SPOT, l^ndsat) с использован нем пакета I1IC ARC/INFO получены разнообразные данные о связи и зависимост и характера и

интенсивности процессов эрозии ог особенностей социальной инфраструктуры, морфометрических характеристик рельефа, свойств растительною покрова, структуры почвеиною покрова, видов использования земель и типов почвообразующих пород.

Для сравнения и оценки выбраны две даты - 1992 и 2000 гг., потому что карты эрозии для этих дат построены на основе анализа и обобщения цифровых спутниковых данных. Обработанные данные и полученные в результате этого карты эрозии почв позволяют изучить динамику эрозионных процессов за два срока (с интервалом 8 лет) и оценить характер зависимости этих изменений от самых разнообразных факторов.

Анализ зависимости проявлений II интенсивности эрозноттых процессов от социальных факторов (плотность населения, вид угодий) показал, что наиболее подвержены сильной и средней эрозии луга (более 55% площади), обрабатываемые земли (около 20% площади), а также редколесья (около 16% нлогцадн) (табл. 3). 40% территории о наибольшей плотностью населения (> 300 чел на кв. км) подвержены сильной и средней эрозии.

Таблица 3

Плошздь земель, в разной степени подверженных эрозии, на различных видах

угодий а районе Синьгу о в 2000 году

"""ч Степень эрозии х'гю-'й Уюдье Нешачигельная Слабая Среды** Сильная Площадь распространения эрозии почв (слабой, средней, сильной)

Обрабатываемая земля 289,4 11.8 61,7 4,7 73,2

Леса 441,9 123,5 .1,0 8,5 135,0

Редколесье 431,4 „Л&Э— 3.1 86,5 105,9

Кустарники 1264,7 159,4 94,7 103,7 357,8

Лута зз.а 2,2 и 40,1 43 ,Ь

Другие | 6,6 ал 3,7 1,6 5,5

При анализе влияния морфометрических характеристик рельефа установлено, что наиболее подвержены сильной эрозии формы рельефа на абсолютных высотах 700 - 800 м (44% опт площади) и пизкогорные территории (до 250 м), среди которых до 16% от их площади сильно и 11% -среднеэродированы (табл. 4),

Таблица 4

Площадь земель, на разных абсолютных высотах л районе Синыуо, подверженных эрозии в разной степени в 2000 году

Степень эрозии

ПОЧВ

Абсолютна^ высота

-о 250

2 50-100

300-400

400-500

500-6<w 600-700

700-800

айо-чро

Польше WO

Незначительная

371,87

_56<>,73_ 178,10

117,3 Я

"o",7i

Слабая

¡f.,79

45,73

44,17

_72.17 45,02~

29,95

4.64

0

Средняя

ш 141,02 S,06_

1538

4.6b 0.9Г "0Л6

JDJ9

Сильная

193,61

IS, SS_

2_

_01I0_ 3,79

22.42

__

0

Оказалось, что на склонах одной и той же крупаны могут присутствовать почвы самой разной степени эродирован)юсти. На склонах с уклонами более 25 й сильно- и средг«смытые почвы составляют около 75%, при уклонах 30-50 0 - около 2/3 их площади, а па склонах с уклоном 15-30° -около половины (табл. 5).

Таблица 5

Площадь почв разных степеней эрозии при разных уклонах склонов в районе

эрозии почя""--^ до 3% 3-13'Л 15%-30% 30%-50% >50%

Нешач ительиая 1019,0s «67,33 492,4Я 54,01 34.9

Слабая 34,82 91,00 118.24 61.25 Я, 19

Средняя 2,11 17,16 110,38 35.08 2,77

Сильная Площадь эраади ПОЧВ 0,37 6,42 16,95 68.it 43.00 153,%

37,30 114,58 255,57 164,83

Редкий и ниже среднего но густоте растительный покров способствует тому, что на 22-32 % em площади проявляется средняя и сильная эрозия почв.

Более двух третей площади почв, развитых на фиолетовых nontax, 60% - на переотложенном материале и 45% - на красном песчанике, подвержены средней и сильной эрозии (табл. 6).

Среди почв наиболее подвержены средней и сильной эрозии красноземы, горные желтоземы (более 30% площади) и фиолетовые почв (около 25% площади).

Проведенный компьютерный анализ данных дистанционных методов позволил установить особенности динамики разных по интенсивности проявления степеней эрозии почв: незначительная эрозия возросла за 8 лет на 25 %, а слабая Сократилась на 16%. Еще больше за этот же период сократилась средняя эрозия - на 45% н сильная - почти наполовину.

Таблица 6

Проявление разных степеней эрозии почв на разных геологических породах в

""—.. Степень эрозии Парода —--- Незначительная Слабая Средняя Сильная

Метаморфщеские породы „.12*3,10. 4Я.62 пуо 23,69 13,10

КрэсныЯ песчатшк 54.63 29,56 67.46

Фиолетовая порола 0,47 4,4 К 16,33 4,«5

Грантонлы 477,92 ];Й,64 90,80 149,51

Известняк 0.59 1,02 0,81

Персотложенкый материал 2,67 . 7,85 6,14 9.01

Другие 654,20 о.о 0.0 0,0

Полученные нами данные позволяют заключить, что за восемь лет уменьшение плошали в разной степени эродированных земель в районе исследований (около 750 кв. км) более чем два раза превышает их увеличение (около 340 кв. км).

Глава VI. Некоторые свойства эродированных почв бассейна реки Янцзы

Свойства почвы прямо влияют на рост сельскохозяйственных культур и в значительной мере определяет эффективность земледелия, лесоводства и животноводства. Для разных типов почв, при различных видах использования одной и той же почвы, в разных горизонтах одного и того же почвенного профиля свойства почвы различна. Можно предположить, что и эродированные почвы отличаются но своим свойствам от неэродированных аналогов.

6.1. Физические свойства почв н содержании гумуса. Результаты гранулометрического анализа показали, что фиолетовая почва имеет суглинистый гранулометрический состав (тяжелый суглинок и легкий суглинок). Среди фракций преобладает пыль и песок. При увеличении степени смьгтости от нсзнач!гтельной до чрезвычайно сильной уменьшается содержание ила и физической глины.

Краснозем на граните имеет легкий (рануломегрический состав: песок рыхлый, песок связный, суглинок легкий, В гранулометрических фракциях всех образцов преобладает песок. Почвы, эродированные в сильной степени, обеднены мелкими фракциями по сравнению с менее эродированными.

Желто-коричневая почва — более тяжелая по 1раиулометрическому составу. Почти все образцы легко глин исгые. Преобладает фракция ныли, меньше - ила. песка-не более 10-11%.

Объемный вес почвы колеблется в значительных пределах. Наиболее плотными являются подпахотные горизонты (1,44-1,62 г/см1), а также верхний

горизонт чрезвычайно сильно эродированной фиолетовой почвы па пустоши (1,59 г/см3).

Содержание гумуса колеблется от 0,09 до 1,75 %. Верхние горизонты почв в лесу, на лугу, на чайных и цитрусовых плантациях, а также слабоэродированных почв имеют повышенное содержание органического вещества в сравнении с другими почвами.

6.2. Водные свойства почв. В результате эксперимента по определению потенциала почвенной влаги методом мембранного пресса были полукны результаты, приведенные в табл. 7. В ряде случаев были получены также расчетные величины, помеченные в табл. 7 звездочкой. Расчетный метол основан на использовании уравнения Гарднера (Gardner et al., 1970):

t-Ktf-" . где t - матричное всасывание, см вод, ст.;

К — эмпирический коэффициент, см вод. ст.;

0 — объемное содержание влага в почве, %;

и — показатель степени.

Это уравнение можно представить в следующем виде:

К". О)

1

Если принять А= К " , В - , то формула (1) упростится до

Ô Ат"в. (2)

Подставив в уравнение (2) экспериментально подученные данные табл. 7 (содержание воды в почвах при давлениях 0.025 - 15 хЮ* Па), получили для каждого образца значения параметров А, В. Используя эти значения, рассчитывали величины влажности образцов почвы, не использованных в эксперименте, прн давлении 0,333x10s На.

Результаты определения влажности ночвы прн разных давлениях, приведенные ц табл. 7, дали возможность оценить содержание разных форм влаги в почве. Обычно считают, что содержание доступной растениям влаги находится в пределах между полевой нлагоемкостью (но Долгову) и влажностью завядания. По поводу последней ночвенно-гидрологи ческой «константы» (нижней гран ним доступной растениям влаги) можно сказа л., что большинство ученых определили се

Таблица 7

Содержание воды в почвах {г/кг) при различием давлении

Номер обрата Поч»з Глуби:«, <м Давление (х 10 На)

0,025 1 0,060 0,100 0,2500 0.333 0,600 1 1,000 2,840 1 3.000 15,000

1 Фиолетовая почва на фиолетовом слан не 0-20 235,6 231,6 226,4 222,9 214,5 - 201,4 191,3 _ 133,7

2 0-20 187,2 182,8 173,7 168,9 156,5 - 143,1 136,6 - 88,0

3 0-8 149,0 136,7 127,1 116,2 100,6 - 94,0 86.8 - 81,3

4 Краснозгч на гранте 0-17 169,7 149,9 131,1 101,7 93,0 - 72,2 62,3 - 57,6

5 Более 17 121,5 102,2 92,5 69,6 58,9 - 47,5 45,2 - 37,7

6 0-5 190,6 171,5 156,0 141,1 127,9 - 112,4 97,0 - 68,0

7 5-34 172,1 152.5 138,1 116,9 108,9 - 90,2 79,1 - 68,0

8 0-20 237,9 224,7 203,3 - 196,0' 183,2 154,3 - 136,9 78,5

9 0-20 215,7 192,7 165,4 - 150,7" 136,0 109,9 - 97,8- 53,6

10 Желто-юрнчнева« почезна теесгняке 0-15 243,5 230,7 224,5 212,6 197,4 - 182.2 175,8 _ 140,8

И 15-30 227,5 220,4 215,5 212Д 198,3 - 191,9 180,0 - 159,2

12 Более 30 275^ 271,7 256,2 255,4 244,8 - 234,4 225,0 - 211,8

13 0-20 294,6 281,1 262,4 - 254,0' 244,0 221,1 - 206,6 171,2

14 0-20 259,2 252,9 241,3 - 234Д' 227,1 21)5,0 - 1993 188,2

15 20-48 289,6 279,4 272,3 - 256,7' 259,0 256,7 - 226,4 216,9

16 0-20 302,4 293,8 2(9,7 - 278,3' 266,8 237,2 - 220,9 199,5

17 20-40 281,4 2*0,7 276.9 - 272,4' 167,8 248,9 - 334,5 228^

13 0-20 298,5 2Ш 2653 - 258,2' 248,1 213,6 - 207,0 191,6

результаты, пол)ч«шые расчетным способом

Содержание доаушшй и педоиугшой влши в почвах

Таблица 8

Ш

Количество Количество

Номер обрао- Почва Эродированность ПОЧВ ГлуСина, см Содержание доступной Содержание недоступной доступной влаги в слое недоступной влаги в слое Полевал магоем кость,

Ш1 ВЛШИ, I и а гаги, г.'кг потаи 0-20см, мм почвы 0-20см,мм г/кг

1 Фиолетовая почва на фно.гсгобоч сланце Нерачительная 0-20 80,8 133,7 21,65 35,83 214,5

2 Средняя 0-20 68,5 88,0 19,04 24,46 156,5

3 Чрезвычайно сильна 0-8 19,3 81,3 6,14 28,85 100,6

4 Сильная 0-17 35.4 57,6 8,99 14,63 93,0

5 Более 17 21,2 37,7 6,87 12.21 58,9

6 К'ра<ио1сч Слабая 0-5 59,9 68,0 15,54 17,54 127.9

7 на1раин1е 5-34 40,9 68,0 11,21 18,63 108,9

Немачитыьтя 0-20 117,5 78,5 28,67 19,15 196,0

9 Нсзяачтельная ! 0-20 97,1 53,6 27,96 15,44 150,7

10 10-15 56,6 140,8 15,85 39,42 197,4

11 Незначительная 15-30 39,1 159,2 12,28 49,99 198.3

12 ЖМТО- Более 30 33,0 211,8 9,77 62,69 244,8

13 Неяачкгмыш 0-20 82,8 171,2 21,69 44,85 254,0

14 Слабая 0-20 46,0 188,2 12,51 51.19 234,2

15 известняке 20-48 48,8 216,9 12,20 54,23 265,7

16 Слабая 0-20 78,8 199,5 17,02 43,09 278,3

17 20-40 44,1 228,3 12,70 65,75 272,4

18 Иешдчетмьная 0-20 66,6 191,6 15,72 45,22 258,2

как влажность ночвы, соответствующую давлению - 15x101 Па (рР=-4.2) (Воронин, 1986). По поводу верхней границы - полевой влагоемкосш (общей влагоемкоети но Качин скому) имеются весьма различные мнения. Эль-Швсйфи 1980} определил ее как влажность, соответствующую интервалу отрицательного давления влаги 0,05 - 0,33 х105 Па. Л.Д. Воронин (1984) считает, что полевая влагоемкость в почва среднего гранулометрического состава соответствует рр^2,54 (-0,ЗЗЗх10!Па), однако у почв легкого гранулометрического состава она проявляется при рр, Слизком к 2 (-0,1х105Па), 8 у тяжелых почв приближается к 3 (-1x105 Па). В нашем исследовании, согласно данным из большинства работ китайских исследователей, использована в качестве верхней границы доступной влаги влажность, соответствующая давлению влаги—0,333x1Па,

Анализ результатов (табл. 8) показал, что величина полевой влагоемкоети наибольшая у желто-коричневой легкоглинистой почвы, наименьшая - у краснозема песчаного, промежуточное положение занимает фиолетовая суглинистая почва, что связано с их гранулометрическим составом и агрегирован ностью. Для образков почв одного генетического типа величина нолевой влагоемкоети уменьшается с увеличением плотности сложения ночвы ввиду уменьшения лорозности почвы. В связи с этим наименьшие значения полевой влагоемкоети получены для образцов подпахотных горизонтов и плотного верхнего горизонта чрезвычайно сильноэродированной фиолетовой почвы на пустоше. Содержание недоступной влаги зависит лишь от гранулометрического состава почвы, увеличиваясь с возрастанием содержания ила и физической глины, от плотности сложения оно не зависит. Содержание доступной влаги изменяется по тем же закономерностям, что н величина полевой влагоемкоети: увеличивается с утяжелением гранулометрического состава ночв и уменьшением плотности сложения.

Определенной информативностью обладает также величина первой производной от содержания влаги по всасывающему давлению в формуле Гарднера, предложенная Чжан Дипнном (1986) как характеристика скорости падения влажности при увеличении давления:

йт (3)

Величина Л В в формуле (3), по мнению Чжаи Дипина (19Я6), характеризует степень подвижности доступной влаги. Чем больше величина ЛВ, тем легче влага достигает растений и усваивается ими, В средне и сильно подверженных эрозии фиолетовых почвах на сланцах величина ДВ равна или меньше единицы. Если же рассмотреть красноземы в лесу, в посадках леса, на чайной плантации на террасе, где потери почвы и воды поставлены под эффективный контроль, то окажется, что величина АВ здесь высокая.

Таблица 9

Коррелятивная матрица связи водных свойств почвы с величиной Л В и ее химическими н физическим и свойствами

Р7 К 8

F1 F2 F3 F4 F5 F6

F1 1

F2 0,66 1

F3 -0,20 -0,03 1

F4 -0,47 -0,58 -0.27 1

F5 0,59 0,81 0,28 -0,57 1

FÓ 0,19 -0.02 -0.92 0,16 -0,40 1

F7 -0.17 0.05 0,82 -0.10 0,43 0,96

F8 -0,18 -0,04 0,94 -0,23 0,28 -0,90

F1 - число Л В; F2 - содержание досгуиной влаги,

1

0,75 1

/кг; 13 - содержание

недоел у и ной влаги, г/кг; F4 - объемный вес, г/см5; F5 - содержание тумуса, г/кг; ];6 - содержание песка, г/кг; F7 - содержание ныли, г/кг; FS ~ содержание глины, г/кг

Из данных таблицы 9 видно, что величина ЛВ положительно коррелирует с содержанием доступной влаги, гумуса, а с содержанием недоступной влаги, объемным весом - отрицательно. Содержание доступной влаги показывает высокую положительную корреляцию с содержанием гумуса и отрицательную -с объемным весом. Содержание недоступной влаги тесно коррелирует с показателями гранулометрического состава почв: с содержанием пыли и физической глины - положительно, с содержанием иеска - отрицательно. Таким образом увеличение содержания гумуса в почве путем внесения высоких доз органических удобрений, а также уменьшение плотности почвы и увеличение ее порочности путем обработок повышает запасы доступной для растений влаги. В то ate время содержание недоступной влаги при этом достоверно не меняется.

выводы

1. Анализ зависимости интенсивности эрозионных процессов от социальных факторов (плотности населения, вида угодий) показал, что наиболее подвержены сильной и средней эрозии луга (более 55% площади), обрабатываемые земли (около 20%) а также редколесья (около 16%) и территории с наибольшей плотностью населения (> 300 чел, на кв. км) (40% площади).

2. При анализе влияния морфометрических характеристик рельефа оказалось, что наиболее подвержены средней и сильной эрозии формы рельефа на абсолютных высотах 700 - 800 м (46% от плошади) и наиболее низкогорные территории (до 250 м), среди которых до 25% нх ¡пощади сильно н средне эродированы.

3. Более двух третей площади почв на фиолетовых глинах, 60% на переотложенном материале и 45% на красном песчанике, выступающих в качестве почвообраэующсй породы в уезде Синьгуо, подвержены средней и сильной эрозии. Среди почв разного генетического типа наиболее подвержены средней и сильной эрозии красноземы и горные желтоземы (более 30% площади), о также фиолетовые почв (около 25% площади).

4. За восемь лет (1992-2000 гг.) уменьшение илощади в разной степени эродированных земель в районе исследований (около 750 кв, км) более чем два раза превышает ее увеличение (около 340 ко. км).

5. Увеличение степени смьггосги от незначительной до чрезвычайно сильной приводит к уменьшению содержания ила и физической глины в фиолетовой суглинистой почве и красноземе легкого гранулометрического состава, а также содержание гумуса во всех исследованных почвах.

6. Полевая влагоемкость увеличивается с утяжелением гранулометрического состава почв и уменьшением их плотности сложения. В связи с этим с увеличением степени эродирован!юсти почв приводит к уменьшению нх полевой влагоемкости.

7. Содержание недоступной влаги увеличивается с возрастанием содержания ила и физической глины, от плотности сложения почвы и ее порозностн оно не зависит.

8. Содержание доступной влаги изменяется по тем же закономерностям, что и величина полевой влагоемкости: увеличивается с утяягс/гсннем гранулометрического состава почв, уменьшением плотности их сложения н степени эродированное™.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Лян Инь — Распространение и динамика водной эрозии почв Юго-Восточного Китая (на примере провинции Цзянси). Депонирована в ВИНИТИ (№998 от 02.07.03).

2. Лян Инь, Зборищук Ю,Н. - Данные дистанционных методов в оценке и организации мониторинга эрозии почв юго-востока Китая // Материалы Международной научно-практической конференции «Модели и технологии оптимизации земледелия», Курск, 2003, с 454-456.

3. Лян Инь, Ши Дыймнн, Зборищук IO.H. - Исследование особенностей изменения в пространстве и ко времени эрозии почв Китая с использованием дистанционных методов // Вестник Московского университета. Сер. J7. Почвоведение, 2003, №4, с. 45-51.

4. Лян Инь - Некоторые свойства эродированных почв бассейна реки Янцзы // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение, 2004 (в печати).

* 18600

Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к.102 Тираж 100 экз. Заказ №82