Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Распространение и динамика водной эрозии на юго-востоке Китая и некоторые свойства эродированных почв

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 правах рукописи

ЛЯНИНЬ

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

I

I

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. Зборищук

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Н.В. Стасюк

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 501.001.04 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

п октября 2003г.

Ученый секретарь Диссертационного Сов! кандидат биологически доцент

/

Л.Г. Богатырев

ОБЩАЯ 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 результате эрозии было потеряно еще 34,5 млн. га земли. Особенно подвержены эрозии Лессовое плато, низкогорно-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, но и для ряда зарубежных стран. Применение телеметрической информации, получаемой дистанционными методами (ДМ), создает новые возможности для развертывания этих исследований. В связи с этим изучение распространения и динамики процессов эрозии почв юго-восточного Китая с помощью ДМ, а также свойств эродированных почв представляется весьма актуальным.

Цель и 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:

1. Опробование и практическое применение предлагаемых в Китае стандартных норм и способов оценки эрозии почв на 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 новизна. Научная новизна диссертации состоит в разработке методов использовании данных многовременных аэро- и космоснимков для количественного описания эрозии почв с применением компьютерных технологий. Это позволяет повысить скорость составления почвенно-эрозионных карт, улучшить их точность,

уменьшить расходы и обленить труд картографов. Впервые покачано 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 Цзянси. Результаты работы могут быть использованы при мониторинге почвенного покрова на больших территориях с использованием дистанционных методов, а также при разработке схем противоэрозионных мероприятий на территории уездов или водосборов.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на заседании кафедры эрозии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова 4 июня 2003г. и на Международной научно-практической конференции «Модели и технологии оптимизации земледелия» (г. Курск, 9-11 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, £_

глав, выводы и список использованной литературы из ¿4 источников. Она изложена на Зо стр. компьютерного текста, содержит XI таблиц и рисунков.

Глава 1. Обзор литературы по использованию материалов аэро- и космической съемки в эрозионных исследованиях

Изучение различных проявлений эрозии почв по материалам аэро- я 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.JL, Королкж 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, то есть современной экзогенной динамики рельефообразующих процессов, к каковым относятся в значительной степени эрозионные процессы. Это 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 и 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 юр юго-восточного Китая была выбрана область Синьгуо в провинции Цзянси.

Почвенные образцы для анализа влияния эрозии на свойства почв собирали в областях Инчжан, Бадон и Зиги провинции Хубэй в зоне водосбора реки Янцзы. Район исследований характеризуется средне влажным муссонным климатом. Среднее ежегодное количество осадков составляет 1100-1400 мм, и они неравномерно распределены по сезонам года: на летний период приходится только 40% годового количества осадков. Среднегодовой сток составляет 735,8 мм, в связи с чем в условиях пересеченного рельефа и высокой распахаиности 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

эродированности: 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 эрозии 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 катионного обмена, водно-физическим свойствам.

2.3 Методы исследований. В процессе работы по теме широко использовались полевые и камеральные методы исследований как при работе с образцами почв, так и при интерпретации различных материалов ДМ. В полевых исследованиях для шчной привязки ключевых участков и точек наблюдений применялась система глобального позиционирования (GPS). Источником информации являлись черно-белые изображения различной давности, полученные разными спутниками. На их основе был составлен ряд карт контроля за динамикой эрозии почв пяти периодов на территорию 3215 км2.

При изучении эрозии важное значение имеет выбор и набор диапазонов изображений ДМ. Система для специального картографирования на американском спутнике Thematic Mapper (ТМ) имеет всего семь полос или диапазонов с чегко обозначенными длинами волн и записывает отраженную электромагнитную энергию по каждому из диапазонов при получении черно-белых и серых изображений. Для создания цветных ИК - изображений и композиций в цветных тонах выбирают и совмещают (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 часш используют для этого данные 3, 4 и 5 диапазонов. Для этого, по их мнению, имеется по крайней 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 Binbin et al., 1984, 1991).

Практика показывает, что особенности земной поверхности, неясно различимые на синтетических композициях в искаженных тонах на основании диапазонов 2, 3 и 4 ТМ, оказываются яркими, информативными и легко идентифицируемыми на комбинациях, состоящих из ТМ 3, 4, 5. Эта же комбинация в искаженных тонах работает гораздо лучше в сравнении с другими при изучении потерь воды и почв, а также обеспечивает достоверную информацию по оценке степени эрозии почв. С использованием GIS -технологий подсчитаны площади различных по эродированности почв 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 грехкратной повторности почвенные образцы буриками объемом 66 см3 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 (гранулометрический состав и плотность сложения - по Качинскому, плотность твердой фазы - пикнометрическим методом, общая порозность - расчетным методом, гумус -по Тюрину). Некоторые характеристики мест отбора проб почвы приведены в табл. 1.

Потенциал 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 хЮ5 Па. Получение результатов при давлении 3,00 и 15.00 хЮ5 Па занимает много времени, поэтому объем образца был уменьшен до 10 см3. При этом потребовалось растирание образцов и просеивание их через сито 1 мм.

Глава 3. Эрозионные процессы в бассейне р. Янцзы

Использование данных ДМ с разновременных изображений в качестве источника информации позволяет следить за динамикой эрозии почв. Данные многовременных аэро- и космоснимков дают 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 прогнозировать развитие эрозии почв в будущем. По сравнению с традиционной

Таблица 1

Почвы и природные условия района исследования

Номер образца Почва Номер разреза Пункт Глубина, см Эродированность почв Вид использования Крутизна склона, град.

1 Фиолетовая почва на фиолетовом сланце 1 Бадон 0-20 Незначительная Пашня 15

2 2 Зиги 0-20 Средняя Пашня на террасе 15

3 3 Зиги 0-8 Чрезвычайно сильная Пустошь 25

4 Краснозем на граните 1 Ичжан 0-17 Сильная Пашня на террасе 20

5 Более 17

6 2 Ичжан 0-5 Слабая Лес 25

7 5-34

8 3 Ичжан 0-20 Незначительная Посадки леса 25

9 4 Ичжан 0-20 Незначительная Чайная плантация на террасе 15

10 Желто-коричневая почва на известняке 1 Ичжан 0-15 Незначительная Пашня на террасе 15

И 15-30

12 Более 30

13 2 Зиги 0-20 Незначительная Пашня на террасе 15

14 3 Бадон 0-20 Слабая Луг 35

15 20-48

16 4 Бадон 0-20 Слабая Пашня на террасе 15

17 20-40

18 5 Бадон 0-20 Незначительная Плантация цитрусовых на 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 почв 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, что ландшафт, как зеркало отражает характер развития эрозии почв. Поэтому характеристика факторов эрозии почв - это важнейшая основа составления карт и телеметрического контроля генезиса эрозии почв.

3.1. Природные условия уезда Синьгуо. Природные условия юго-восточных районов Китая очень сложны, поэтому прямое определение степень эрозии почв очень трудно. Использование данных телеметрии для контроля потерь воды и почв обязательно начинав! ся с оценки влияния факторов эрозии почв (Feng Zbonke et al., 2000). Как отмечалось выше - растительный покров, вид почвы и почвообразующей 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 ее можно характеризовать определенными цифрами. Индексы растительного покрова определяются в соответствии с интенсивностью красного цвета на ЙК -изображениях, плотностью и структурой рисунка изображения: 1) весьма густой покров, величина проективного покрытия (ПП) более 90%; 2) густой покров, ПП 75 - 90%; 3) средний по густоте покров, ПП 50 -75%; 4) ниже среднего по густоте покров, ПП 30 -50%; 5) редкий по густоте покров, ПП < 30% (Ши Дэмин, 1991).

Геологические породы

По возрастанию противоэрозионной стойкости встречающиеся в исследованном районе почвообразующие породы располагаются в следующий ряд: 1) переотложенная порода; 2) известняк; 3) красная четвертичная глина; 4) фиолетовая почвообразующая порода; 5) красный песчаник; 6) гранит (Group for planning..., 1985).

Рельеф

В соответствии с топографической картой рельеф района Синьгуо (провинция Цзянси) делится на следующие виды: 1) среднегорный - в основном покрыт растительностью, абсолютные высоты более 800 метров, относительные высоты более 500 метров, а глубина эрозионного расчленения большая; 2) низкогорный - с растительным покровом немного меньше, чем в среднегорном, 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) мелкобугристый - абсолютные высоты 150-300 метров, оросительные высоты 20-50 метров; 5) холмистый - абсолютные высоты менее 200 метров, относительные высоты менее 20 метров, степень использования земли высока; между холмами чаще всего находятся рисовые чеки, склоны холмов обрабатываются, а на вершине холмов растительность изрежена; 6) долинный -абсолютные высоты менее 20 метров, включает террасы рек, где часто расположены рисовые чеки, вытянутые вдоль реки.

Структура растительного покрова и методы исполыования 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 (один ярус): густой луг, пастбище, кустарник; 4) средне низкая: редкий кустарник и луг, низкопродуктивный луг или пастбище; 5) низкопродуктивная структура: редкостойный лес, редкий кустарник, низкопродуктивный луг; 6) обнаженная земля - растительности нет.

3.2. Составление и редактирование карт эрозии почв. Детальный анализ факторов эрозии почв позволил при составлении карт эрозии широко использовать визуальную интерпретацию изображений (Пу Джичжан, 1992). Наложение изображения на прозрачную кальку - простая операция, при которой контурное

содержание снимка переносится на составляемую карту состояния земельных угодий. При этом стараются отобразить динамику объектов и 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 на 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 помощью сканера или дигитайзера. При этом на компьютере ведется интерпретация изображений, контролируется площадь и структура контуров 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 помощью программ CORELDRAW и ARCVIEW визуально в интерактивном режиме составляют карту эрозии почв, при этом редактируя ее. Затем измеряют площади в разной степени эродированных почв и печатают карту эрозии почв.

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

При вычислении индекса эрозии почв показатели факторов эрозии по ссткс суммируют, образуя интегральную оценку противоэрозионной стойкости почв определенной физико-географической единицы по нижеприведенной формуле (Чжань Зенксян,1998):

S=2>,- S, (г=1,2,3,..., и),

где S - индекс эрозии почв; S,- нормативное число какого-либо фактора; Ь, -фактор эрозии почв.

Разные виды и степени проявления эрозии почв определяются разными величинами индекса и количественными выражениями коэффициента для каждого фактора, определяющего индекс. 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 эрозии степень эрозии почв и уточняют ее, а также составляют авторский оригинал соответствующей карты.

При составлении карт эрозии почв в соответствии с их предполагаемым масштабом нами использовалась разная телеметрическая информация: при составлении карт крупного масштаба наиболее подошли изображепия со спутника ТМ в масштабе 1:10000 - 1:50000, при составлении среднемасипгабных карт - изображения ТМ или MSS масштаба 1: 50000 - 1: 100000, а при создаиии мелкомасштабных карт - стандартные изображения ТМ и MSS. При использовании компьютера оказалось возможным совместное использование числовых данных и изображений ТМ и MSS.

Глава 4. Динамика эрозии почв Китая с использованием данных ДМ

4.1. Исследование динамики эрозии почв уезда Синьгуо. Актуальной задачей, которая по результатам наших исследований успешно решается с использованием материалов ДМ для значительного отрезка времени, является оценка динамики изменения площадей разной степени эродированности почв по шесги 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 км2, что составило примерно 2/3 вссй площади земель в исследованном уезде.

Таблица 2

Изменение площадей почв, подверженных эрозии, км2

Год Степень подверженности эрозии Всего подверженных эрозии почв Изменение площади эродированных почв, км2

слабая средняя глубокая Очень глубокая Чрезвычайно глубокая км2 % от всей площади уезда Синьгуо

1958 623.16 565.64 380.98 359.73 76.68 2006.19 62.42 -

1975 758.28 551.36 402.36 345.68 54.15 2111.83 65.71 +105.64

1980 938.20 291.60 503.14 - 166.13 1899.07 59.09 -212.76

1992 372 83 295.21 325.97 109.36 39.26 1142.63 35.55 -756.44

1997 301.13 228.61 179.80 68 0 29.93 807.47 25.12 -335 16

2000 313.53 167.54 187.67 46 40 11.13 726.27 22.60 -81.2

Начало 80-х годов знаменует развертывание компании по "регулированию бассейнов малых рек". Это привело к постепенному улучшению ситуации. С 1980 по 2000 гг. площади почв, подверженных эрозии, сократились на 1173 км2. Процент эродированных почв при этом уменьшился с 59% (1980 г.) до 22,6% (2000 г). Таким образом ежегодное сокращение проявлений эрозионных процессов составило почти 59 км2 или 1,8%.

С 1980 г. можно выделить три периода снижения скорости роста эродированности почв: 1980 - 1992 гг. - ежегодные потери от эрозии почв составляли 63 км2; с 1992 по 1997 гг. - около 67 км2, а с 1997 по 2000 гг. - 27 км2. Отсюда можно сделать вывод, что увеличение сложности противоэрозионных мероприятий и их удорожание со временем приводят к снижению их удельной эффективности (рис. 1).

Наибольшие площади 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

Ля&щаДь ЩЗШ1 почв хм2

гт г

il_1_I_I_I_L

use ш те ш те гш

Годы

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

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

Использование цифровых данных, изображений со спутников Landsat, SPOT и аэроснимков, полученных за период 1958-2000 гг., позволило провести на территории провинции Цзянси детальную инвентаризацию эродированных почв, оценить динамику эрозионных процессов, определить применимость дистанционных методов к их мониторингу. Использование GIS-технологий позволило количественно (в виде площадей почв разной степени эродированности) 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 для объяснения характера и степени эродированности почв юго-восточного Китая, которая проявляется через изменение таких характеристик почв, как количество органического вещества, окислов железа, содержания влаги, емкости катионного обмена. При этом достоверно, изменяются, спектры отражения почв разной степени эродированности. При одной длине волны возрастание величин отражения происходит в следующем ряду почв: чрезвычайно сильноэродированпая почва > силыюэродированная > среднеэродированная > слабоэродировапная. (рис. 2, 3).

4.2. Составление карт динамики эрозии почв. Для юго-восточных районов Китая определены факторы, оказывающие заметное влияние на проявление, характер и интенсивность эрозионных процессов - растительный покров, почвы и

V '

Длина Волны, "км Рис 2 Спектральный анализ краснозема разной степени эродированности: 1 — слабая, 2 — средняя, 3 — сильная Отражение, % 90 г

s ч

Длима далны,шм

РисЗ

Спектральный анализ желтозема разной степени эродированности: / — неэродированная почва, 2 — средняя, 3 — сильная, 4 - очень сильно эродированная

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

Основным способом получения информации 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 почв вследствие эрозионных процессов. Результаты визуальной интерпретации вводятся в компьютер совместно с массивами числовых данных. С помощью пакетов программ CORELDRAW и ARCVIEW в интерактивном режиме составляется карта эрозии почв.

На основе анализа факторов, определяющих индекс эрозии почв в соответствии с их "вкладом" в проявление эрозии, устанавливают "вес" и влияние каждого из них. Получаемые суммированием индексы эродированное™ почв количественно характеризуют степень проявления эрозии. Завершающим этапом 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 эродированности земель уезда Синьгуо (провинции Цзянси) показали, что за последние 25 лет наблюдается положительная динамика, которая приводит к резкому сокращению (в три раза) эродированных площадей (табл. 2). Следует признать, что это скорее всего отражает факт смены растительных сукцессии и повышения продуктивности растительных сообществ, который четко фиксируется использованными разновременными материалами ДМ. Само по себе влияние эродированное!и почв проявляется в большей мере косвенно через более сильное воздействие растительности на отражательную способность поверхности земли.

Глава V. Использование ГИС при оценке пространственно-временных особенностей проявления эрозии почв

На основе компьютерной обработки дискретных числовых данных дистанционных методов (Thematic Маррет, SPOT, Landsat) с использованием паке i а ГИС ARC/INFO получены разнообразные данные о связи и зависимосш характера и

интенсивности процессов эрозии от особенностей социальной инфраструктуры, морфометрических характеристик рельефа, свойств растительного покрова, структуры почвенного покрова, видов использования земель и типов почвообразующих пород.

Для сравнения и оценки выбраны две даты - 1992 и 2000 г.г., 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 и интенсивности эрозионных 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% площади) (табл. 3). 40% территории с наибольшей плотностью населения (> 300 чел на кв. км) подвержены сильной и средней эрозии.

Таблица 3

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

N. Степень N. эрозии пичн Угодье Незначительная Слабая Средняя Сильная Площадь распространения эрозии почв (слабой, средней, сильной)

Обрабатываемая земля 289,4 11,8 61,7 4,7 78,2

Леса 441,9 123,5 3,0 8,5 135,0

Редколесье 431,4 16,3 3,1 86,5 105,9

Кустарники 1264.7 159.4 94,7 103,7 357,8

Луга 33,8 2,2 1,3 40,1 43,6

Другие 6,6 0,2 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% от площади) и низкогорные 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 в районе Синьгуо, подверженных

~"\Степень эрозии почв Абсолютная*^-высота Незначительная Слабая Средняя Сильная

до 250 871,87 16,79 141,02 193,61

250-300 420,20 45,73 5,06 15,58

300-400 569,73 99,17 15,58 6,32

400-500 284,32 72,17 4,66 3,37

500-600 178,10 45,02 0,92 0,10

600-700 117,88 29,95 0,06 3,79

700-800 23,7 4,64 0,19 22,42

800-900 1,18 0,03 0 0

Больше 900 0,75 0 0 0

Оказалось, что на склонах одной и той же крутизны могут присутствовать почвы самой разной стенени эродированности. На склонах с уклонами более 25 0 сильно- и среднесмытые почвы составляют около 75%, при уклонах 30-50 0 - около 2/3 их площади, а на склонах с уклоном 15-30° - около половины (табл. 5).

Таблица 5

Площадь почв разных степеней эрозии при разных уклонах склонов в районе Синьгуо в 2000 году

—^Уклон ЭРОЗИИ 1К)Ч(! ............ до 3% 3-15% 15%-30% 30%-50% >50%

Незначительная 1019,08 867,33 492,48 54,01 34,9

Слабая 34,82 91,00 118,24 61,25 8,19

Средняя 2,11 17,16 110,38 35,08 2,77

Сильная 0,37 6,42 26,95 68,51 43,00

Площадь эрозии почв 37,30 114,58 255,57 164,83 153,96

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

Более двух третей площади почв, развитых на фиолетовых глинах, 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% и сильная - почти наполовину.

Таблица 6

Проявление разных степеней эрозии почв на разных геологических породах в

~ ^^ Степень эрозии —----------- Порода -—__ Незначительная Слабая Средняя Сильная

Метаморфические породы 1283,30 113,20 23,69 13,20

Красный песчаник 48,62 54,63 29,56 67,46

Фиолетовая порода 0,47 9,48 16,33 4,85

Гранитоиды 477,92 126,64 90,80 149,51

Известняк 0,59 1,73 1,02 0,81

Переотложенный материал 2,67 7,85 6,14 9,01

Другие 654,20 0,0 0,0 0,0

Полученные нами данные позволяют заключить, что за восемь лет уменьшение площади 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 по своим свойствам от неэродированных аналогов.

6.1. Физические свойства почв и содержания 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 смытости от незначительной до чрезвычайно сильной уменьшается содержание ила и физической глины.

Краснозем на граните имеет легкий гранулометрический 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 гранулометрическому составу. Почти все образцы легкоглинистые. Преобладает фракция пыли, меньше - ила, песка - не более 10-11%.

Объемный вес почвы колеблется в значительных пределах. Наиболее плотными являются подпахотные горизонты (1,44-1,62 г/см3), а также верхний

горизонт чрезвычайно сильно эродированной фиолетовой почвы на 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 получены результаты, приведенные в табл. 7. В ряде случаев были получены также расчетные величины, помеченные в табл. 7 звездочкой. Расчетный метод основан на использовании уравнения Гарднера (Gardner et al., 1970):

т=К<Гв , где x - матричное всасывание, см вод. ст.;

К - эмпирический коэффициент, см вод. ст.; объемное содержание влаги в почве, %;

а - показатель степени.

Это уравнение можно представить в следующем виде: 1 _1

в = КаТ а . (1)

I I

Если принять А = К а , то формула (1) упростится до

в =Атв. (2)

Подставив в уравнение (2) экспериментально полученные данные табл. 7 (содержание воды в почвах при давлениях 0,025 - 15 х 105 Па), получили для каждого образца значения параметров А, В. Используя эти значения, рассчитывали величины влажности образцов почвы, не использованных в эксперименте, при давлении 0,333x105 Па.

Результаты определения влажности почвы при разных давлениях, приведенные в табл. 7, дали возможность оценить содержание разных форм влаги в почве. Обычно считают, что содержание доступной растениям влаги находится в пределах между полевой влагоемкостью (по Долгову) и влажностью завядания. По поводу последней почвенно-гидрологической «константы» (нижней границы доступной растениям влаги) можно сказать, что большинство ученых определили ее

Таблица 7

Содержание воды в почвах (г/кг) при различном давлении

Номер образца Почва Глубина, см Давление (х105Па)

0,025 0,060 0,100 0,2500 1 0,333 0,600 1,000 2,840 3,000 15,000

1 Фиолетовая почва на фиолетовом сланце 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 Краснозем на граните 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 1 - 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-коричневая почва на известняке 0-15 243,5 230,7 224,5 212,6 197,4 - 182,2 175,8 - 140,8

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

12 Более 30 275,2 271,7 256,2 255,4 244,8 - 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 - 234,2' 227,1 205,0 - 199,3 188,2

15 20-48 289,6 279,4 272,3 - 256,7' 259,0 236,7 - 226,4 216,9

16 0-20 302,4 293,8 289,7 - 278,3' 266,8 237,2 - 220,9 199,5

17 20-40 281,4 280,7 276,9 - 272,4' 167,8 248,9 - 234,5 228,3

18 0-20 298,5 280,3 268,3 - 258,2' 248,1 218,6 - 207,0 191,6

результаты, полученные расчетным способом

Таблица 8

Содержание доступной и недоступной влаги в почвах

Номер образца Почва Эродированность почв Глубина, см Содержание доступной влаги, г/кг Содержание недоступной влаги, г/кг Количество доступной влаги в слое почвы 0-20см, мм Количество недоступной влаги в слое почвы 0-20см, мм Полевая влагоемкость, г/кг

1 Фиолетовая почва на фиолетовом сланце Незначительная 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 сильная 0-8 19,3 81,3 6,14 28,85 100,6

4 Краснозем на граните 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 Слабая 0-5 59,9 68,0 15,54 17,54 127,9

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

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

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

10 Желто-коричневая почва на известняке Незначительная 0-15 56,6 140,8 15,85 39,42 197,4

11 15-30 39,1 159,2 12,28 49,99 198,3

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

13 Незначительная 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 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 j 228,3 12,70 65,75 272,4

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

как влажность почвы, соответствующую давлению - 15x105 Па (рР-4,2) (Воронин, 1986). По поводу верхней границы - полевой влагоемкосги (общей влагоемкости по Качинскому) имеются весьма различные мнения. Эль-Швейфи (Е1-8ша1)Еу, 1980) определил ее как влажное», соответствующую интервалу отрицательного давления влаги 0,05 - 0,33 хЮ5 Па. А.Д. Воронин (1984) считает, что полевая влагоемкость в почва среднего гранулометрического состава соответствует рр=2,54 (-0,ЗЗЗх1р5Па), однако у почв ликого гранулометрического состава она проявляется при рИ, близком к 2 (-0,1х105Па), а у тяжелых почв приближается к 3 (-1х105 Па). В нашем исследовании, согласно данным из большинства работ китайских исследователей, использована в качестве верхней границы доступной влаги влажность, соответствующая давлению влаги - 0,333x105 Па.

Анализ результатов (табл. 8) показал, что величина полевой влагоемкости наибольшая у желто-коричневой легкоглинистой почвы, наименьшая - у краснозема песчаного, промежуточное положение занимает фиолетовая суглинистая почва, что связано с их гранулометрическим составом и агре! ированностью. Для образцов почв одного генетического типа величина полевой влагоемкости уменьшается с увеличением плотности сложения почвы ввиду уменьшения порозности почвы. В связи с этим наименьшие значения полевой влагоемкости 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 и величина полевой влагоемкости: увеличивается с утяжелением гранулометрического состава почв и уменьшением плотности сложения.

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

(3)

<1г

Величина АВ в формуле (3), по мнению Чжан Дипина (1986), характеризует степень подвижности доступной влаги. Чем больше величина АВ, тем легче влага достигает растений и усваивается ими. В средне и сильно подверженных эрозии фиолетовых почвах на сланцах величина АВ равна или меньше единицы. Вели 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 А В и ее химическими и физическими свойствами

VI Р8

Р1 Р2 РЗ Р4 Р5 Р6

Р1 1

¥2 0,66 1

РЗ -0,20 -0,03 1

Р4 -0,47 -0,58 -0,27 1

Р5 0,59 0,81 0,28 -0,57 1

Р6 0,19 -0,02 -0,92 0,16 -0,40 1

Т7 -0,17 0,05 0,82 -0,10 0,43 0,96

Б8 -0,18 -0,04 0,94 -0,23 0,28 -0,90

Р1 - число А В; ¥2 - содержание доступной влаги,

1

0,75 1 -/кг; КЗ - содержание недоступной влаги, г/кг; 1'4 - объемный вес, г/см5; Р5 - содержание гумуса, г/кг; Р6 - содержание песка, г/кг; VI - содержание пыли, г/кг; Р8 - содержание глины, г/кг

Из данных таблицы 9 видно, что величина АВ положительно коррелирует с содержанием доступной влаги, гумуса, а с содержанием недоступной влаги, объемным весом - отрицательно. Содержание доступной влаги показывав! 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 песка - отрицательно. Таким образом увеличение содержания гумуса в почве путем внесения высоких доз органических удобрений, а также уменьшение плотности почвы и увеличение ее порозности путем обработок повышает запасы доступной для растений влаги. В то же 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 площади) и наиболее низкогорные территории (до 250 м), среди которых до 25% их площади сильно и средне эродированы.

3. Более двух третей площади почв на фиолетовых глинах, 60% на переотложенном материале и 45% на красном песчанике, выступающих в качестве почвообразующей 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), а также фиолетовые почв (около 25% площади).

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

5. Увеличение степени смытости 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 эродированности почв приводит к уменьшению их полевой влагоемкости.

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

8. Содержание доступной влаги изменяется по тем же закономерностям, что и величина полевой влагоемкости: увеличивается с утяжелением гранулометрического состава почв, уменьшением плотности их сложения и степени эродированности.

Список опубликовапных работ по теме диссертации

1. Лян Инь - Распространение и динамика водной эрозии почв Юго-Восточного Китая (на примере провинции Цзянси). Депонирована в ВИНШИ (№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 Дыймин, Зборищук Ю.Н. - Исследование особенностей изменения в пространстве и во времени эрозии почв Китая с использованием дистанционных методов // Вестник Московского университета. Сер. 17. 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).

I*

* 1860 0

О

! )

12^00

I

/ 1 / ! '

у

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

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Лян Инь

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы по использованию материалов аэро- и космической съемки в 7 эрозионных исследованиях

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1. Район исследований

2.2. Объекты исследований

2.3. Методы исследований

Глава 3. Эрозионные процессы в бассейне р.Янцзы

3.1. Природные условия уезда Синьгуо

3.2. Составление и редактирование карт эрозии

3.3. Оценка степени эрозии почв

Глава 4. Динамика эрозии почв на юго-востоке Китая по данным дистанционных методов (ДМ)

4.1. Исследование динамики эрозии почв уезда

Синьгуо

4.2. Составление карт динамики эрозии почв

Глава 5. Использование ГИС при оценке пространственно-временных особенностей проявления эрозии почв

Глава 6. Некоторые свойства эродированных почв 76 бассейна р. Янцзы (в провинции Хубэй)

6.1. Физические свойства почв и содержание 76 гумуса

6.2. Водные свойства почв 79 Заключение

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Распространение и динамика водной эрозии на юго-востоке Китая и некоторые свойства эродированных почв"

Эрозия почв получила широкое распространение в Китае. В первые годы после образования КНР площадь земель, подверженных эрозии составляла 1,15

А 9 млн. км , а к 1980 г. она достигла 1,5 млн. км , или 16% территории всей страны. В результате эрозии в Китае ежегодно смывается 5 млрд. т почвы, из них 50 млн. т поверхностного гумусового горизонта (Сюй Дисинь, 1990). Особенно подвержены эрозии Лёссовое плато и низкогорно-холмистые районы юго-восточного Китая в бассейне р. Янцзы (в верхнем и среднем течении). Величина смыва почвы изменяется здесь от 5 до 130 т/га в год (Медведева, 1988).

Эрозия почв на севере, в районе Лёссового плато уже привлекла внимание во всем мире. Здесь развернута в большом масштабе научно-исследовательская работа, применяется дистанционная измерительная техника и проведено большое количество успешных опытов, а вот серьезность проблемы эрозии красноземов и желтоземов в южных и юго-восточных районах еще не привлекла достаточного внимания.

Общая площадь красноземов и желтоземов субтропической и тропической зон КНР составляет 1,17 млн.км2, или 12% ее территории. Эти почвы являются важным сельскохозяйственным ресурсом Китая. В условиях нехватки в КНР площадей, пригодных для посева, они составляют 30% от общей площади посевных площадей, при этом на них выращивается 50% от общего урожая зерновых Китая. Кроме того, здесь выращиваются многие технические культуры и фрукты (сахароносы, чай, шелковица, цитрусовые, каучуконосы, бамбук) (Курбанов, 1991). Стоимость сельскохозяйственной продукции в этих районах составляет 50% от общей стоимости сельскохозяйственного производства КНР (Ши Дэмин, 1994). Эрозия почв, охватившая 28% площади красноземов, приводит к тому, что их плодородие снижается, учащаются стихийные бедствия, увеличивается площадь полей с низкими урожаями, происходит накопление приносимого ила и песка, реки и озера засоряются, возникает угроза для сельскохозяйственных полей. Уже появились «красные песчаные пустыни», «холмы из белого песка» и «горы из голых камней». Очень велика опасность эрозии почв для земледелия, лесоводства и животноводства, а также для водного хозяйства, для электроэнергетики и судоходства. В целом, эрозия почв таит большую опасность для развития народного хозяйства (Ян Яныпен, Ши Дэмин, 1994; Ши Дэмин, 1994). Эрозия почв уже давно стала самой большой экологической проблемой этих районов.

Изучение способов мониторинга эрозии почв - новая проблема не только для Китая, но для ряда зарубежных стран. Применение телеметрической информации, получаемой дистанционными методами (ДМ), создает новые возможности для развертывания этих исследований. В связи с этим изучение распространения и динамики процессов эрозии почв юго-восточного Китая с помощью ДМ, а также свойств эродированных почв представляется весьма актуальным.

Цель и 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:

1. Опробование и практическое применение действующих в Китае стандартных норм и способов оценки эрозии почв на 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 новизна. Научная новизна диссертации состоит в разработке методов использования данных многовременных аэро- и космоснимков для количественного описания эрозии почв с применением компьютерных технологий. Это позволяет повысить скорость составления почвенно-эрозионных карт, улучшить их точность, 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 Цзянси. Результаты работы могут быть использованы при мониторинге почвенного покрова на больших территориях с использованием дистанционных методов, а также при разработке схем противоэрозионных мероприятий на территории уездов или водосборов. Апробация работы. Результаты работы были доложены на заседании кафедры эрозии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова 4 июня 2003г. и на Международной научно-практической конференции «Модели и технологии оптимизации земледелия» (г. Курск, 9-11 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 17. Почвоведение» (№4, 2003) и в материалах Международной научно-практической конференции «Модели и технологии оптимизации земледелия» (Курск, 2003) и одна принята к опубликованию в журнале «Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение».

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Лян Инь

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 площади) и наиболее низкохолмистые территории (до 250 м), среди которых до 25% их площади сильно и средне эродированы.

3. Более двух третей площади почв на фиолетовых глинах, 45% на красном песчанике, выступающих в качестве почвообразующей 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), а также фиолетовые почв (около 25% площади).

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

5. Увеличение степени смытости от незначительной до чрезвычайно сильной приводит к уменьшению содержания ила и физической глины в фиолетовой суглинистой почве и красноземе легкого гранулометрического состава, а также содержания 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 эродированности почв приводит к уменьшению их полевой влагоемкости.

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

8. Содержание доступной влаги изменяется по тем же закономерностям, что и величина полевой влагоемкости: увеличивается с утяжелением гранулометрического состава почв, уменьшением плотности их сложения и степени эродированности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование цифровых данных, изображений со спутников Landsat и

SPOT, и аэрофотографий, полученных за период от 1958 до 2000 гг., позволило провести детальную инвентаризацию эрозии почв, оценить динамику эрозионных процессов, определить применимость дистанционных методов к мониторингу эрозионных процессов на территории юговосточного Китая. Использование GIS- технологий позволило количественно в виде площадей разной степени эродированности почв) оценить характер и динамику эрозионных процессов, а также разработать схему контроля динамики эрозионных процессов.

Установлено, что разновременная информация, получаемая с помощью ДМ, повышает скорость составления эрозионных карт, улучшает точность этих карт и уменьшает стоимость. Информация о факторах эрозии почв по данным ДМ служит основой описания и объяснения характера и степени эрозии почв юго-восточного Китая, которая проявляется через изменение таких свойств почв, как содержание органического вещества, окислов железа, содержания влаги, емкости катионного обмена. При этом достоверно изменяются спектры отражения в разной степени эродированных почв. При одной длине волны возрастание величин отражения происходит в следующем ряду почв: чрезвычайно сильно эродированная почва> сильно эродированная> средне эродированная>слабо эродированная.

Для южных районов Китая определены факторы, оказывающие заметное влияние на проявление, характер и интенсивность эрозионных процессов -это растительный покров, почвы и почвообразующие породы, крутизна склонов, способ использования земли. При проективном покрытии 75% и более эрозия почв обычно не возникает.

Основным способом получения информации с изображений в наших исследованиях была визуальная интерпретация, при которой более точно устанавливались границы контуров, точнее и в количественном виде передается содержание контуров и оцениваются потери почв вследствие эрозионных процессов. Результаты визуальной интерпретации вводятся через сканер в компьютер. В компьютер же вводится массив числовых данных. С помощью пакетов программ CORELDRAW и ARCVIEW в интерактивном режиме составляется карта эрозии почв.

На основе анализа факторов определяющих индекс эрозии почв в соответствии с их вкладом в проявление эрозии устанавливают вес и влияние каждого из них. Получаемые суммированием индексы эрозии почв количественно характеризуют степень проявления эрозии почв. Завершающим этапом выступает полевая проверка составленного авторского оригинала карты эрозии. Важными условиями качественного составления карт эрозии являются:

- выбор и обоснованное комбинирование данных ДМ разных диапазонов;

- усиление используемых изображений; - выбор масштаба составляемой карты.

Проведенные по вышеизложенной методике исследования изменения эродированности земель участка юго-восточного Китая показали, что за 40 наблюдается определенная положительная динамика, приводящая к уменьшению эродированных площадей, но в то же время доля площади сильно эродированных земель на обследованной территории в течение 40 лет оставались стабильно высокими (30-40% от площади эродированной территории).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лян Инь, Москва

1. Андроников B.JL, 1959. Некоторые принципы дешифрирования эродированных почв лесостепи по аэрофотоматериалам. Ж.Почвоведение, № 10

2. Андроников В.Л., Королюк Т.В., 1985 Использование дистанционных методов в почвоведении и сельском хозяйстве. Итоги науки и техники. Почвоведение т. 5, ВИНИТИ

3. Афанасьева Т.В., Лидов В.П., 1962. О применении аэрофотоматериалов при исследовании водной эрозии почв. Ж. Научные доклады высшей школы. Биологические науки, №2

4. Афанасьева Т.В., Лидов В.П., Можарова Н.В., 1974. Изучение процессов эрозии почв путем инструментального дешифрирования аэроснимков. Ж. Почвоведение, №1

5. Афанасьева Т.В., Петрусевич Ю.М., Трифонова Т.А., 1977. Практикум по дешифрированию аэрофотоснимков при почвенных исследованиях. М.: Изд-во МГУ

6. Аэрокосмические методы в почвоведении и их использование в сельском хозяйстве, 1990. М.: «Наука»

7. Баранова А.И., 1967. Дешифровочные признаки некоторых эрозионных форм рельефа и их геоиндикационное значение. Сб. Доклады комиссии аэросъемки и фотограмметрии. Вып. 3, Ленинград

8. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1973. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: «Высшая школа»

9. Ван Анмин, Чжан хёсчан, Хуан чжинчан, 1999. Исследование технических вопросов учета эрозии почв в провинции Чжэцзян. Охрана воды и почвы Китая, №7 (на кит. яз.)

10. Ван Жанхынь, Фан Зылин, 1998. Исследование опустынивания в районе Алагана в низовьях реки Талиму с использованием ГИС и дистанционного метода. Бюллетень по дистанционным методам изображения, том 2, №2 (на кит. яз.)

11. Ван Унчжон, Ли Жин, Чжан Хёпин, 1998. Исследование регионального картографирования эрозии почв дистанционными методами. Вестник охраны воды и почв, том 18, №5 (на кит. яз.)

12. Виноградов Б.В., 1984. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Ф «Наука»

13. Воронин А.Д., 1984. Структурно-функциональная гидрофизика почв. Изд-во Моск. ун-та

14. Воронин А.Д., 1986. Основы физики почв. Изд-во Моск. ун-та

15. Герасимов И.П. и Ма Юн-чжи, 1958. Генетические типы почв на территории Китайской Народной Республики и их географическое распространение. Изд-во АН СССР, М.

16. Го Цынян, Лю чиюнь, Чжан Дафан, 1999. Исследование использования земли и покрытия растительностью дистанционными методами и ГИС. Бюллетень по дистанционным методам, том 3, №2 (на кит. яз.)

17. Горбунов В.И., 1982. Использование результатов аэрокосмических ф фотосъемок в природоохранном картографировании на примереизучения объектов водной эрозии южных равнин Западной Сибири. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Баку

18. Исследование по проблемам планирования и мелиорации в районе красноземов и желтоземов, 1985. Пекин: Научное издательство

19. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., 1991. Аэрокосмические исследования динамики географических явлений. М.: Изд-во МГУ

20. Ковда В.А., 1959. Очерки природы и почв Китая. М.: Изд-во АН СССР

21. Курбанов В.П., 1991. Проблемы мелиорации земельных угодий В КНР. Мелиорация и водное хозяйство, №8

22. Ли Дэсчэн, Ши Дэмин, 1998. Динамика потерь воды и почвы в уезде Синьгуо с использованием дистанционной техники. Сб.: Охрана воды и почвы в Китае (на кит. яз.)

23. Ли Пичэн, 1995. Мониторинг эрозии почв и проектирование мероприятий против потери почвы и воды дистанционными методами на малом бассейне. Пекин: Научное издательство (на кит. яз.)

24. Логашев Т.Г., 1987. Выявление эродированных земель по аэроснимкам с использованием аэровизуального контроля. Бюллетень Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. Выпуск XLI

25. Jly Цзиньфан, Цын счухон, Лин ли, 1996. Исследование деградации почв дистанционными методами в котловине Гинпо. Бюллетень по дистанционным методам изображения, том 11, №3 (на кит. яз.)

26. Лю Хай-пэн, 1995. Почвы Китая. Сб.: Леса и почвы Китая. Географический сборник. М.: Изд-во Иностранной литературы

27. Медведева А.А., 1988. Природные ресурсы земледелия Восточного Китая. Автореф. дис. канд. геогр. наук, М.

28. Преображенский А.С., 1959. Об использовании аэрометодов при щ почвенных исследованиях. Труды лаборатории аэрометодов АН СССР.1. Т.7.

29. Пу Джичжан, 1992. Принципы и методы толкования и изображений, полученных дистанционным методом. Пекин: Китайское изд-во науки и техники (на кит. яз.)

30. Пу Чжонхон, Чжон хонсчин, Лю Шосчинь, 1993. Предварительное исследование фактора растительности для прогноза эрозии почв с использованием дистанционных методов. Дистанционная техника и ее использование, том 8, №4 (на кит. яз.)

31. Пу Чжонхон, Тан Уанлуонь, 1994. Исследование рельефа как фактора эрозии почв с помощью дистанционных методов. Бюллетеньф почвоведения, том 31, №3 (на кит. яз.)

32. Пу Чжонхон, Сэн счэнчжан, Чжоу Фусчан, 1997. Количественный дистанционный метод учета потерь воды и почвы и его использование. Бюллетень почвоведения, том 34, №3 (на кит. яз.)

33. Пу Чжонхон, Сэн счэнчжан, Дон Счиньжин, 1999. Исследование потери воды и почвы в провинции Шаньдун с использованием количественных дистанционных методов. Бюллетень почвоведения, том 36, №1 (на кит. яз.)

34. Серия карт земельных ресурсов по материалам дистанционных методов (район города Тэинь), 1981. Пекин: Научное издательство (на кит. яз.)

35. Сюй Биньбинь, 1991. Исследование спектров отражения почв Китая. Дистанционные методы и окружающая среда, т. 6, № 1

36. Сюй Биньбинь, 1991. Предварительное исследование географического районирования основных земель Китая и спектральные отражательные характеристики почв. Дистанционные методы и окржающиая среда, т. 6, №2 (на кит. яз.)

37. Сюй Дисинь, 1990. Экологические проблемы Китая. М.: Изд-во «Прогресс»

38. Фень Чжонк, 2000. Техника и применение ГИС. Китайское лесное издательство (на кит. яз.)

39. Хилл Дж., Миджер Дж., Мел В., 1998. Контролирование опустынивания, эрозии почв и деградации земли в экосистеме Балтики. Информация по дистанционным методам, №4 (перевод, на кит. яз.)

40. Ху Ганхань, 1988. Исследование воспроизводимых ресурсовдистанционным методом. Пекин: Китайское лесоводческое издательство (на кит. яз.)

41. Ху Лянцын, 1998. Исследование индекса количественной оценки эрозии почв в бассейне с помощью ГИС. Вестник охраны воды и почв, том 18, № 5 (на кит. яз.)

42. Хуан Хюхан, 1988. Сравнительное исследование разных карт эродированных почв по разным источникам информации. Сб.: Экспериментальное исследование пригодности дистанционных методов на Лёссовом плато. Пекин: Научное издательство (на кит. яз.)

43. Хунь Госчин, 1993. Исследование агроэкологических проблем в районе краснозёма и желтозёма южного Китая. География и исследование земли, том 9, №1 (на кит. яз.)

44. Чжан Дипин, 1986. Исследование водоудерживающей способности почв и нижнего предела удерживания воды в почве. Почвенные исследования, т. 23, №4 (на кит. яз.)

45. Чжань Зенксян, 1998. Интегральная оценка и динамический мониторинг природных ресурсов и окружающей среды центрального Тибета путем использования дистанционных методов. Пекин: Университетское изд-во (на кит. яз.)

46. Чжао Чинго, Гон Чжитон, 1989. Методы исследования в географии почв. Пекин: Научное издательство (на кит. яз.)

47. Чжэн Вэй Уы, Чжен Шупень, 1995. Основы дистанционного метода. Пекин: Научно-техническое издательство Китая (на кит. яз.)

48. Чжэн Чженинь, 1991. Прикладное исследование дистанционного метода в северном Шэньси. Пекин: Научное издательство (на кит. яз.)

49. Ши Дэмин, 1991. Эрозия и ее контроль на граните в южном Китае. Журнал охраны почвы и воды, том 5, №3 (на кит. яз.)

50. Ши Дэмин, 1994. Научно-исследовательский прогресс в исследовании эрозии и охраны почв в китайских тропиках и субтропиках. Сб.: Хи Чженфан и география почв Китая. Сиань: Шэньсинское народное изд-во (на кит. яз.)

51. Ши Дэмин, Ли Дэдчэн, Чжо Пин, 1991. Мониторинг эрозии почв и использования земли в уезде Ансэн провинции Шэньси, Сб: Земельные ресурсы Лёссового плато по данным дистанционных методов, Нанкинское издательство (на кит. яз.)

52. Ши Дэмин, Ши Сёчжин, ЛиДэсчэн, 1996. Динамика эрозии почв с использованием дистанционной техники. Бюллетень почвоведения, том 33, №1 (на кит. яз.)

53. Ян Яньшен, Ши Дэмин, 1994. Исследование эрозии почв в зоне трех ущелий бассейна Янцзы. Нанкин: Нанкинское юго-восточное изд-во (на кит. яз.)

54. Campbell, J. В., 1987. Introduction to Remote sensing. New York, London: The Guilford Press

55. El-Swaify S.A., 1980. Physical and mechanical properties of Oxisol. In: Theng, B.K.G. (Ed.), Soil with variable charge. New Zealand Society of Soil Science, 302-303

56. Floyd, F. Sabins, J. R. 1978. Remote Sensing, Principles and Interpretation. San Francisco: W. H. Freeman and Company

57. Gardner W.R., Hillel D. and Benyamini Y., 1970. Post-Irrigation Movement of Soil Water. Water Resources Research, vol.6, № 3

58. Lillesand, Т. M., Kiefer, R.W., 1994. Remote Sensing and Image Interpretation (the third edition). New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore: John Wiley & Sons, Inc.

59. Sheng,T. C., Barrett, R. E., Mitchell, T. R., 1997. Using geographic information systems for watershed classification and rating in developing countries. Journal of Soil and Water Conservation, vol.52, №2

60. Steven, M. D., Clark, J. A., 1990. Application of Remote Sensing in Agriculture. London, Boston, Singapore, Sydney, Toronto, Wellington: Butterwonhs

61. Wischmeier W.H., Johnson C.B., Cross B.V., 1971. A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites. J. Soil and Water Conservation, vol. 26, p. 189-193

62. Wu J., Nellis, M. D., Ransom, M. D., 1997. Evaluating soil properties of CRP land using remote sensing and GIS in Finney County, Kansas. Journal of Soil and Water Conservation, vol.52, №5