Дербенцева А.М. Эрозия и охрана почв (Механическая деградация почв)

Подождите немного. Документ загружается.

минералов поглощаю-

щего комплекса

гидрослюд и монтмориллонита,

органическим веществом. Увеличение

емкости обмена оснований, содержания в

почвогрунтах поглощающего натрия за

счет кальция и магния

9.Изменеие состава

солей

Дифференциация солей по составу. При

хорошем дренаже происходит

накопление в почвогрунтах трудно

растворимых солей. На слабо

дренированных территориях орошение

вызывает постепенное накопление в

почвогрунтах легко растворимых солей

(включая соду)

10.Изменение содержа-

ния питательных эле-

ментов

Оросительная мелиорация увеличивает

запасы питательных элементов в

почвогрунте (гумуса, фосфора, калия,

азота)

11.Изменеие рН и

окислительно-восста-

новительного потенци-

ала

Повышение рН и щелочности

почвогрунтов и дисперсности почвенных

частиц. Активизация восстановительных

процессов при орошении и окис-

лительных – при осушении

Зона гру-

нтовых

вод

1.Изменение режима

грунтовых вод

а) уровня

б) минерализация хи-

мического состава

На слабо дренированных территориях

происходит подъем уровня грунтовых

вод, складываются ирригационные

(испарительные) типы режима уровня. В

результате осушения происходит

снижение уровня до оптимальной

глубины

Подъем уровня грунтовых вод при

орошении вызывает рост минерализации

грунтовых вод, происходит увеличение в

составе солей доли сульфатов и

хлоридов. Интенсивный дренаж и

проливы приводят к рассолению

грунтовых вод

Зона на-

порных

вод

Изменение напоров Увеличение вертикального градиента

напорных вод сопровождается

увеличением питания грунтовых вод,

усилением процессов засоления

Региональные процессы

Поверх-

ностный

сток

1.Изменение водного

режима рек

Уменьшение речного стока ( в основном

паводочного), выравнивание годового

стока

2.Изменеие гидроди-

намической структуры

территории

Региональное перераспределение вводно-

солевых масс между мелиорируемыми и

прилегающими территориями; смещение

областей питания и разгрузки

Зона гру-

нтовых и

напорны

х вод

Изменение водно-соле-

вого баланса

Увеличиваются абсолютные значения

инфильтрации и суммарного испарения,

что в бездренажных условиях приводит

при орошении к заболачиванию и

засолению. При дренаже увеличивается

подземный отток, уменьшаются

заболоченность и засоление

почвогрунтов

Промышленная эрозия. Промышленная эрозия возникает при

строительстве автотрасс, газопроводов, зданий и сооружений, при разработке

полезных ископаемых. Промышленные объекты (их строительство) создают

эрозионноопасную поверхность, перерытый почвенный профиль.

Атмосферные осадки, как фактор эрозии, начинают и заканчивают процесс

эрозионного перемещения, смыва почвенного материала.

Линейная (овражная) эрозия. Струи воды, стекая по склону, разрушают

почву, образуется сеть извилистых промоин и русел, которые постепенно

соединяются между собой. Вода, продолжая свое движение, углубляет русло,

и образуются более глубокие линейные размывы и промоины, то есть

струйчатые размывы. Они возникают следующим образом. Встречая на пути

бугорки, понижения, растительный покров неодинаковой густоты, слой стока

расчленяется на струйки и ручейки. Глубина текущей воды возрастает с 0,5

до 5-7 см, увеличивается скорость течения в 2-3 раза, а интенсивность эрозии

возрастает в 6-7 раз. Струйки воды разрушают почву и образуют сеть

извилистых узких русел, которые постепенно соединяются между собой. Так

возникает начальная стадия линейной эрозии. По глубине различают 3

стадии струйчатого размыва: мелкоструйчатый - 3-5 см, стреднеструйчатый

– 5-15 см, крупноструйчатый – 15-30 см. Вид эрозии, приуроченный к следам

почвообрабатывающих орудий (борон, сеялок, культиваторов, плугов),

относится к бороздково-струйчатому размыву. Сток собирается в струйки и

ручейки на дне бороздок, где возникают прямолинейные размывы. В случае

перелива воды из одной бороздки в другую возникают поперечные размывы.

В процессе развития линейной эрозии возникают промоины, которые по

глубине разделяются на заравниваемые и не заравниваемые. К

заравниваемым промоинам (глубина их 35-50 см) относятся такие, которые в

процессе обработки почвы засыпаются, заиливаются, а на их месте остаются

пологие углубления. Не заравниваемые промоины (глубина их 0,5-1 м) не

проходимы для сельскохозяйственных оружий и поэтому не заравниваются в

процессе обработки. Такие промоины чаще возникают вдоль дорожной

колеи, границ полей, по дну ложбин. Если дно промоины под действием

текущей воды быстро углубляется, промоины превращается в овраг. Овраг

состоит из следующих элементов: вершина оврага, бровка оврага, береговые

промоины, конус выноса, временный водоток, оползень, приовражные

склоны, струйчатые размывы.

С.С. Соболев (1948) выделил четыре стадии развития оврага.

Первая стадия – стадия промоины, или рытвины, которая образовалась

на поверхности почвы и не может быть сглажена обычной вспашкой или

предпосевной обработкой пашни. В ней скапливаются потоки талых,

дождевых, ливневых вод. Овраг в стадии промоины имеет незначительную

глубину и следует за рельефом местности, то есть профиль оврага повторяет

профиль склона, на котором овраг образовался. Поперечный профиль оврага

в первой стадии развития имеет сначала треугольную форму, а затем

трапециевидную (рис.1). В плане овраг имеет линейную форму. В плотных

породах, даже в горах на крутых склонах, овраги очень долго находятся в

первой стадии развития. В рыхлых же породах они очень быстро проходят

эту стадию, нередко даже минуют ее и начинают развитие со второй стадии.

Вторая стадия развития, или стадия врезания оврага вершиной,

начинается с образования вершиной перепада, или обрыва. Овраг растет за

счет обвала своей вершины в направлении, обратном стоку воды (рис.2)

.Одновременно с ростом оврага в длину происходит углубление его ниже

вершинного перепада. Обычно высота вершинного перепада, или обрыва,

достигает 2-10 м, реже – 12-15 м; глубина же оврагов, имеющих такие

вершины, в некоторых районах равна 25-30 м. Такая глубина оврагов, в 2-3

раза превышающая высоту обрыва вершины, объясняется последующим

врезанием (углублением) русла оврага ниже вершины. Продольный профиль

дна оврага в этой стадии развития мало связан с профилем склона, на

котором овраг развился, но еще сильно отличается от, так называемог8о,

профиля равновесия. Объясняется это тем, что крутое русло оврага

продолжает углубляться на всем своем протяжении, а устье оврага часто

бывает отделено перепадом или крутым скатом от дна долины или другого

местного базиса эрозии. То есть во второй стадии развития устье оврага

бывает висячим. Склоны оврага имеют форму вертикальных обрывов или

крутых неустойчивых откосов. Быстрые потоки талых и дождевых вод при

усиленном врезании дна оврага размывают и выносят обвалившиеся глыбы

(рис.3).

Форма оврага в плане, в первую очередь его ширина, зависит от его

глубины в различных частях течения. Вторая стадия быстро протекает в

однородных рыхлых грунтах, лессах, но бывает весьма длительной при

наличии прослоек твердых пород, которые дают начало перепадам в руслах

или устье оврагов. В таких случаях развивается ступенчатый продольный

профиль русла оврага с множеством висячих отрезков, число которых

соответствует числу прослоек твердых пород, образующих так называемые

структурные перепады. Выше структурных перепадов (ступеней), служащих

временными местными базисами эрозии, отрезок длины оврага развивается

независимо от нижней части долины. Это продолжается до тех пор, пока

глубинная эрозия не преодолеет (не перепилит, не разрушит) структурные

А-В

Рис.2. механизм врезания оврага вершиной (по С.С. Соболеву).

А-В

Рис.3. Продольный профиль оврага III стадии развития (по Соболеву).

Базис эрозии

a b

a – в начале стадии

b - в конце стадии

рис.1. Поперечный профиль оврага 1 стадии развития.

перепады как в русле оврага, так и в устье. После этого в овраге постепенно

вырабатывается плавный продольный профиль, в общем соответствующий

профилю равновесия русла речных долин (то есть начнется переход в третью

стадию развития оврага).

Третья стадия развития оврага – стадия выработки профиля равновесия.

Начинается она, когда овраг, углубляясь, теряет висячее устье. Русло оврага,

врезаясь вглубь, доходит до уровня местного базиса эрозии – меженного

уровня реки, уровня пойменной террасы или дна балки, в которую впадает

овраг. В течение третьей стадии развития овраг, углубляясь, вырабатывает

продольный профиль русла (рис.4), соответствующий в общем профилю

равновесия, при котором теоретически не могут иметь место ни размыв

русла, ни отложение продуктов эрозии, и вода должна стекать от вершины до

устья, не оказывая никакого воздействия на русло оврага. При выработке

профиля равновесия русла оврага происходит его углубление, а вследствие

этого – осыпание берегов и расширение оврага. Склоны оврага имеют форму

вертикальных обрывов или крутых неустойчивых откосов, обваливающихся

при углублении русла или расширении дна оврага при меандрировании

потока. В нижней части склонов начинает формироваться неустойчивая

осыпь, которая подмывается снизу и пополняется сверху при разрушении

стенок оврага. На такой осыпи поселяются растения, которые могут расти на

подвижной почве и выдерживать засыпание сверху. Форма оврага в плане,

как и во второй стадии, зависит от глубины врезания оврага в поверхность

склона, на которой он развивается.

A - B

Рис. 4. Сток воды в вершине оврага (по Соболеву).

Вода

Капли

Вода, подмывающая обрыв

вершины

Наилок

Водоводный колодезь

Глыбы, упавшие с вершины

Четвертая стадия развития оврага – стадия затухания. Начинается она

после выработки продольного профиля его русла, приближающегося к

профилю равновесия. Вследствие этого прекращается рост оврага в длину,

реже подмываются склоны, у подножья их образуется устойчивая осыпь, а

дно оврага затягивается овражным аллювием. Данная стадия развития оврага

заключается также в его расширении вследствие меандрирования и осыпания

склонов. Склоны оврагов постепенно осыпаются до крутизны, не

превышающей угла устойчивого естественного откоса (то есть 30-40

), и

овраг еще более расширяется. Устойчивые склоны и вершина оврага

постепенно зарастают растительностью, и на них образуется почвенный

покров. По окончании четвертой стадии развития овраг превращается в

балку.

Обычно овраги разделяют по их расположению относительно рельефа на

склоновые и донные. Существует несколько группировок оврагов:

- по площади водосборного бассейна,

- по высоте вершинного перепада,

- по глубине оврагов,

- по степени пораженности территории оврагами.

О степени пораженности территории оврагами судят по:

- проценту площади, непосредственно занимаемой оврагами,

- суммарной протяженности оврагов на 1 кв. км,

- количеству оврагов, находящихся на площади 1 кв. км,

- степени расчлененности склонов оврагами, определяемой по среднему

расстоянию между двумя оврагами.

Речная эрозия и пойменная эрозия. Характеризуется этот вид эрозии

смывом пахотных почв с пойм и надпойменных террас в период сильных

ливневых дождей, тайфунов, приводящих к половодьям. В этот же период

происходит обрушение берегов рек, не укрепленных растительностью.

Примером служат катастрофические наводнения, вызванные тайфуном

«Джуди», когда с сельскохозяйственных полей был смыт пахотный слой

вместе с урожаем.

Плоскостная эрозия. Плоскостной эрозией называется процесс, в

результате которого перенасыщенный водой поверхностный слой

распыленной бесструктурной почвы приобретает характер пульпы и

«сплывает» вниз по склону. Такие явления бывают после влажной осени на

зяби, на посевах озимых, во время постепенного оттаивания поверхности

почвы при ранних весенних дождях. На крутых склонах в период ливней

«сплывание» пахотного слоя почвы происходит вместе с посевами. Причем,

может быть смыта как часть пахотного горизонта, так и несколько

генетических горизонтов. Таким образом, почвенный профиль

укорачивается. Возникают смытые (эродированные) почвы. По отношению к

не эродированным возникают слабо эродированные, средне эродированные и

сильно эродированные почвенные разности. Нагляднее всего это отражается

в морфологии (рис.5). При слабой степени смытости (эродированности)

смыто не более половины гумусового (пахотного) горизонта. При средней

степени эродированности смыт полностью гумусовый горизонт и затронут

процессом смыва нижележащий горизонт (это может быть иллювиальный,

элювиальный либо переходный горизонты). В сильно эродированных

разностях смыты гумусовый (пахотный), подгумусовый –иллювиальный или

элювиальный, а также затронут процессом смыва второй иллювиальный либо

почвообразующая порода.

A А

BC BC BC BC

C C C C

Рис. 5. Почвенные профили разной степени эродированности

Дефляционные процессы. Дефляция, или ветровая эрозия, процесс

нарушения почвенного покрова ветром. Слово «дефляция» от латинского

слова dtflatio – сдувание, которое абсолютно точно отражает суть явления.

Рассмотрим дефляционные процессы в сравнении с эрозионными

процессами.

По исследованиям М.Н. Заславского (1979):

1) Эти процессы вызываются различными причинами.

Перемещение воздушных потоков в атмосфере подчиняется законам

аэродинамики, а формирование вод склонового стока – законам

гидродинамики. Воздушные потоки, вызывающие дефляцию, в отличие от

водотоков могут перемещаться и вверх по склону.

2) Для изучения механизма и интенсивности эрозии и

дефляции применяются различные методы исследования. Для изучения

смыва почв применяются стоковые площадки, установки искусственного

дождевания, гидрологические лотки. Для изучения дефляции –

аэродинамические установки различной конструкции.

3) Для смыва почвы необходима вода, способная

формировать поверхностный сток, для дефляции – ветер. Степень опасности

смыва почвы от ливней определяется периодом их выпадения, слоем осадков

и интенсивностью, а от стока талых вод – запасом воды в снеге,

интенсивностью снеготаяния, противоэрозионной устойчивостью почв. А

степень опасности выдувания почв определяется силой ветра, периодом

прохождения ветров, противодефляционной устойчивостью почв. Для смыва

почв необходимы уклоны поверхности, а для выдувания они не обязательны,

так как этот процесс происходит в условиях совершенно выровненного

рельефа.

Территория, где создается опасность проявления смыва и размыва почв,

называется эрозионноопасной. Территория, где создается опасность

выдувания почв, - дефляционноопасной.

4) Опасности проявления процессов разрушения почв водой и

ветром во многом определяется характером почвенного покрова. Одни и те

же почвы могут быть наиболее подвержены разрушению ветром и наименее

подвержены разрушению стоком вод. Например, песчаные почвы,

обладающие очень высокой водопроницаемостью, поглощают ливневые

осадки и поверхностный сток на них не формируется. В то же время именно

эти почвы сильно подвержены влиянию ветра.

При насыщении почвенно-поглощающего комплекса кальцием

противоэрозионная устойчивость почв возрастает, а при насыщении натрием

– резко снижается. В то же время при насыщении почвенно- поглощающего

комплекса натрием резко возрастает противодефляционная устойчивость

почв.

На степень проявления смыва и выдувания почв оказывает влияние

сезонное состояние почв: почвы насыщенные водой, подвержены

разрушению стекающей водой и не подвержены выдуванию; у промерзших

почв увеличивается опасность их смыва весной, а сдуваются они только

очень сильным ветром.

Поэтому по отношению к стекающей воде и ветру применяются два

самостоятельных термина: противоэрозионная устойчивость почв и

противодефляционная устойчивость почв.

5) Хотя «смытые» и «выдутые» почвы характеризуются укороченным

почвенным профилем, они отличаются степенью изменения

гранулометрического состава. При выдувании почв гранулометрический

состав становится более грубым в результате выноса наиболее тонких

фракций. Поэтому используют два термина: эродированные почвы и

дефлированные почвы.

6) Для эродированных и дефлированных почв в системе мер защиты

почв от разрушения водой и ветром используют различные приемы.

Например. Для того, чтобы уменьшить сток используют приемы

обработки почв на повышение водопроницаемости и влагоемкости почв:

глубокое рыхление. В то же время рыхление может быть фактором,

усиливающим выдувание почв, а уплотнение – мерой защиты почв от

выдувания.

Для борьбы с дефляцией лесные полосы должны быть продуваемые, а

для борьбы с эрозией – плотные.

1.2. О допустимых нормах эрозии почв

Из предыдущего материала мы узнали, что эрозию почв подразделяют

на два типа: нормальную и ускоренную. Нормальной считается эрозия, когда

смыв почв не превышает темпа почвообразования. Отсюда и возник термин

«норма эрозии», тот есть та предельная интенсивность эрозии, которая

компенсируется почвообразованием. Понятие «допустимая норма эрозии»

предложили американские эрозиоведы, которые для разных почв принимают

допустимую норму эрозии от 2,25 до 11,5 т/га. Эти величины зависят от

водопроницаемости, мощности и степени эродированности почв.

В нашей стране впервые вопрос о темпах эрозии и почвообразования

был поднят А.М. Бурыкиным (1966), а затем конкретные рекомендации по

установлению допустимых норм эрозии рассмотрены в работе М.Е.

Бельгибаева и М.И. Долгилевича (1970). Ими установлены следующие

годовые допустимые величины эрозии для разных почв (мм):

- дерново-подзолистые – 0,87

- каштановые - 0,36

- черноземы - 0,28.

То есть при средней объемной массе 1,25 г/см

допустимая годовая

норма эрозии для почв:

- дерново-подзолистых -10,9 т/га

- каштановых - 4,4 т/га

- черноземов - 3,5 т/га.

Продолжая исследования в области эрозии почв, М.Н. Заславский в 1987

г. предложил считать за допустимый смыв такие величины: 0,2 т/га – на

менее плодородных почвах и до 0,5 т/га – на наиболее плодородных. В

дальнейшем им предложена классификация интенсивности годового смыва

почвы ,т/га в год: - незначительная – до 0,5

- слабая - 0,5 – 1

- средняя - 1 – 5

- сильная - 5 – 10

- очень сильная - более 10.

Этой классификацией пользовались до 1992 г. Впоследствии Г.П.

Сурмач предложил новые рекомендации, в которых допускался смыв почв в

пределах 0,5-2,0 т/га в год (0,05 – 0,2 мм/год). При этом учитываются

плотность сложения почвы, тип почвы, степени ее смытости и плотность

материнской породы (табл. 2).

Таблица 2

Среднегодовой предельно допустимый смыв почвы, т/га

Степень смытости

Почвы

несмытые

и слабо

смытые

средне

смытые

сильно

смытые

Дерново-подзолистые, светло-серые

лесные на лессовых и других рыхлых

породах

2,0

1,5

1,0

Серые и темно-серые, черноземные и темно-

каштановые

2,0

1,5

Каштановые, светло-каштановые, серо-

земные

1,5

1,0

Почвы, сформировавшиеся на мелах 1,0 0,5 0,5

1.3. Распространение эрозии и дефляции почв на территории СНГ

Закономерности проявлении эрозионных и дефляционных процессов и

распространение эродированных и дефлированных почв в масштабах всей

страны впервые были показаны на Почвенно- эрозионной карте СССР (М

1:5000 000), изданной в 1968 г. под редакцией С.С. Соболева.

В 1982 г. в Почвенном институте им. Докучаева и МГУ была

разработана «Методика оценки эрозионноопасных земель и составления

карты эрозионно-дефляционного районировапния земледельческой зоны

СССР в масштабе 1:500 000». Используя эту методику институты систем

Гипрозем, Союзводпроект составли по регионам ряд рабочих карт:

а) оценки потенциального смыва от стока дождевых вод

б) оценки потенциального смыва от стока талых вод

в) оценки ирригационной эрозии

г) оценки дефляционноопасных земель

д) карта фактической пораженности почв эрозионными процессами.

ПО этим материалам составлены карты эрозионно-дефляционного

районирования областей, краев, республик, а затем институт

«Союзводпроект» в 1985 г. составил карту «Эрозионно-дефляционное

районирование территории СССР». Фрагмент этой карты в виде карто-схемы

представлен Приморским краем (рис. 11).

В проявлении эрозионных и дефляционных процессов и

распространении эродированных и дефлированных почв прослеживается

зональность, которая определяется закономерными изменениями природных

и антропогенных факторов эрозии.

Тундра и лесотундра. Ландшафты тундры и лесотундры испытывают все

увеличивающуюся нагрузку, связанную с разведкой, добычей и

транспортировкой полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа.

Нерациональная хозяйственная деятельность сопровождается механическим

нарушением почвенного покрова и уничтожением растительности на

больших площадях, а это, в свою очередь, приводит к появлению

термокарста и созданию условий для проявления эрозионных процессов.

Тундровые ландшафты и почвы легко подвергаются механической

деградации, но медленно восстанавливаются. Так, скорость роста оврагов в

тундре достигает 25 м/год, а интенсивность смыва на участках с нарушенным

почвенным покровом – 50 т/га. Дефляция носит очаговый характер и

проявляется в основном на песках. Для наглядности примера скорости

деградации почв и ландшафтов тундры и лесотундры является сокращение

площади оленьих пастбищ с 1965 по 1990 гг. на 70*10

гектаров.

Лесная зона. В северной и восточной частях лесной зоны широко

распространены эрозионноопасные земли, однако преобладающая часть

территории находится под лесом и надежно защищена от развития эрозии

почв. На лишенных леса участках прибрежных склонов долин Северной

Двины, Сухоны, Вычегды, Юга и Лузы, Унжи, Вятки, Камы, в бассейне