ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2010, № 9, с. 1126-1134
ЭРОЗИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.4:632.125
ЭРОЗИЯ ПОЧВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ: ОЦЕНКА МЕТОДОМ МАГНИТНОГО ТРАССЕРА* © 2010 г. А. Н. Геннадиев1, А. П. Жидкин1, К. Р. Олсон2, В. Л. Качинский1
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы 2Департамент природных ресурсов и экологических наук Иллинойского университета, США, 61801, Иллинойс, Урбана, Саус Гудвин авеню, 1102 Поступила в редакцию 04.02.2010 г.
В статье дается характеристика нового метода магнитного трассера, который совершенствуется и применяется авторами в течение последних лет для количественной оценки почвенно-эрозионных процессов. На основе использования этого метода получены данные о скорости эрозии почв (главным образом, черноземов) на распахиваемых и неосвоенных склонах в пределах различных территорий России и США. Выявлены количественные параметры смыва-намыва почв для склонов различной конфигурации и экспозиции. Установлены особенности протекания эрозионных процессов в пределах различных частей склонов. Охарактеризованы связи между интенсивностью почвенной эрозии и гумусовым состоянием почв. Оценено влияние типа землепользования на темпы эрозионных процессов.
ВВЕДЕНИЕ
Среди различных процессов деградации почв одно из первых мест по наносимому ущербу, по-прежнему, занимает почвенная эрозия. В этой связи представляется актуальным продолжение и углубление исследований почвенно-эрозионных процессов, дальнейшее познание их сущности и природы на основе как традиционных, так и новых методов изучения.
В последние годы значительно повысился интерес к прямым методам количественной оценки смыва—намыва почв, основанным на использовании определенных почвенных микрокомпонентов, которые можно рассматривать в качестве трассеров (или маркеров) физического переноса почвенной массы в форме взвесей. Так, получен значительный объем данных о почвенно-эрози-онных процессах на основе применения радиоактивных маркеров — 137С8, 210РЬ и др. Накапливается все больше материалов и при использовании для данной цели магнитного трассера — сферических магнитных частиц (СМЧ). Эти вещества выпадают на почвенный покров из атмосферы, в которую они выбрасываются преимущественно в виде продуктов пиролиза органического топлива (преимущественно, угля).
Метод магнитного трассера применительно к задачам исследования эрозии почв был апроби-
* Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Американского фонда гражданских исследований и развития: проекты РФФИ-АФГИР 09-05-92513-ИК_а и РФФИ 10-05-00532-а.
рован в США около 20 лет назад, а в России — 10лет назад [3—5, 11, 13, 15, 16]. Техногенные СМЧ начали интенсивно поступать на поверхность почв в промышленно развитых странах с появлением первых железных дорог и паровых локомотивов, то есть около 150 лет назад. Как показали проведенные исследования, вблизи железных дорог этот источник СМЧ является существенно доминирующим по массе сферул среди других возможных источников данных веществ — природных (вулканические выбросы, космические выпадения) и техногенных (различные пи-ролитические процессы в промышленности, связанные со сжиганием угля). Однозначно установлено, что при удалении от железных дорог запасы СМЧ в почвах направленно уменьшаются [6].
Магнитные сферулы являются устойчивыми и достаточно инертными веществами в составе почвенной массы. В почвах в течение длительного времени (как минимум сотен лет) они не приобретают заметных признаков разрушения. СМЧ состоят в основном из магнетита, гематита и других железосодержащих минералов. Размеры этих частиц колеблются от долей микрометра до сотен микрометров. Ряд особенностей магнитных сфе-рул, таких как, оболочечное строение, пустотелость и металлический блеск, позволяют отличать их от широкого спектра других сильномагнитных минералов [1].
Поскольку в пределах локальных местностей из атмосферы в почвы СМЧ поступают достаточно равномерно, то изменения их концентраций в почвенном покрове являются следствием пере-
распределения этих веществ в результате смыва-намыва почвенного материала. Предполагается, что масса перераспределенного в результате эрозии магнитного трассера прямо пропорциональна массе перераспределенного почвенного материала. Определение содержания СМЧ в почве включает выделение из почвенной массы магнитной фракции и подсчет под микроскопом доли в ней магнитных сферул. Для этого используется соответствующее программное обеспечение. Количественная оценка скорости смыва почв основана на сопоставлении концентрации и запасов СМЧ на различных участках склонов относительно опорных водораздельных позиций с учетом длин сегментов и допущении, что выявленные между почвами различия в содержании СМЧ возникли в течение последних 100-150 лет (с начала периода активного использования паровых локомотивов на железных дорогах). Формула расчета следующая:
у = 10 ХББ Т ,
где У — ежегодный смыв или намыв вещества почвы в т/га в год (отрицательное значение означает смыв, положительное — аккумуляцию); Б — мощность пахотного (или пахотного с подпахотным) горизонта, м; В — плотность почвы, кг/м3; Т — количество лет с начала выпадения компонентов-маркеров до времени отбора проб; X — относительное изменение удельного запаса компонентов-трассеров в исследуемой точке, определяемое по формуле X = (А — Аоп) : Аоп, где А — измеренный удельный запас трассера в исследуемой точке, г/м2; Аоп — опорное значение запаса трассера на эталонном участке (в тех же единицах) — за эталонный участок принимается местность, в максимально возможной степени не подвергавшаяся эрозии.
В полевых условиях работы проводились путем изучения на выбранном склоне 2—3 параллельных дублирующих почвенных катен с послойным опробованием почв различных ланд-шафтно-геохимических позиций.
Методика лабораторных и полевых исследований для количественной оценки эрозии почв с помощью метода магнитного трассера опубликована ранее [5].
Относительными преимуществами данного метода количественной оценки эрозии почв являются достаточно большой характеризуемый им хронологический диапазон, географическая универсальность, возможность визуального наблюдения маркирующего компонента и его химическая инертность, сопоставимость размеров магнитных сферул с характерными размерами частиц твердой фазы почв.
Ниже приводятся последние по времени результаты исследования смыва—намыва почв, полученные с помощью метода магнитного трассера в пределах различных территорий центра Русской равнины и Среднего Запада США.
ЭРОЗИЯ ПОЧВ НА СОПРЯЖЕННЫХ ПАХОТНЫХ И НЕОСВОЕННЫХ СКЛОНАХ
Несмотря на большое число исследований, посвященных влиянию распашки на эрозионно-аккумулятивные процессы, работы, в которых проводится сравнение на количественном уровне скорости смыва пахотных и неосвоенных почв на сопряженных участках, единичны. При этом большей частью полученные данные основываются на косвенных методах оценки эрозии почв [9, 10].
Использование прямого метода магнитного трассера позволило провести сравнительный количественный анализ проявлений эрозии в пахотных и неосвоенных (лесных, лугово-степных) почвах целого ряда регионов России и США.
Так, детальное исследование влияния эрозии на почвы пахотных и неосвоенных (занятых лесом) склонов выполнено на ключевом участке "Диктатура" в Плавском районе Тульской области вблизи пос. Диктатура. Территория характеризуется холмисто-увалистым эрозионным рельефом с интенсивным долинно-балочным расчленением — средние относительные высоты 60— 70 м. Склоны междуречий имеют уклоны до 5 градусов и протяженность 600—800 м. Почвообразу-ющие породы в основном представлены карбонатными лёссовидными суглинками.
На участке были изучены почвы двух катен, расположенных на сходных по морфологии склонах. Первая катена (разрезы TDF-1 — TDF-6) приурочена к залесенному склону. Разрез TDF-1 расположен на водораздельной поверхности; TDF-2 и TDF-3 — в верхней части склона; TDF-4 — в средней части склона; TDF-5 — в нижней части склона; TDC-6 — на крутом (около 15°) также залесенном борту балки. На этом склоне под мелколиственно-еловым лесом развиты черноземы выщелоченные среднемощные и маломощные среднесуглинистые на лёссовидных суглинках. Почвы имели горизонты: А1 — мощностью 30—40 см, темно-серый, зернистый, слабо уплотненный, тяжелосуглинистый; А1В — мощностью 50—60 см, буровато-серый, орехо-ватый с зернистостью, переходящий в нижней части в ореховато-призматический, уплотненный (близкий к плотному); А1Вса — мощностью 15—20 см, серовато-бурый, ореховато-призматический, с ин-крустационными выцветами карбонатов и залегающий ниже гор. Вса — палево-бурый, неясно ореховатый, призматический, тяжелосуглини-
Таблица 1. Содержание СМЧ, гумуса и плотность лесных почв участка "Диктатура", Тульская область
Образец Глубина, см Содержание СМЧ, п х 10-4% Запас СМЧ, г/м2 в 50 см Плотность, г/м3 Гумус, %
TDF-1 0-7 22.5 7.4 1.1 10.0
7-15 15.8 1.1 6.8
15-30 7.8 1.0 6.7
30-50 13.8 1.1 5.7
TDF-2 0-7 17.3 6.8 1.1 10.2
7-15 27.2 1.2 7.0
15-30 9.0 1.1 5.1
30-50 6.5 1.1 3.6
TDF-3 0-7 18.0 4.1 1.0 10.7
7-15 10.8 1.1 7.5
15-30 3.7 1.1 6.1
30-50 5.9 1.1 3.8
TDF-4 0-7 13.3 6.9 1.1 8.9
7-15 15.8 1.3 7.2
15-30 8.5 1.1 4.7
30-50 11.3 1.2 2.9
TDF-5 0-7 21.7 5.1 1.2 9.4
7-15 8.1 1.2 6.0
15-30 6.6 1.3 4.0
30-50 4.8 1.4 2.3
TDF-6 0-7 14.4 5.2 0.9 10.6
7-15 11.6 1.0 8.7
15-30 10.8 1.1 6.5
30-50 6.8 1.2 4.4
стый, очень плотный, с конкреционными карбонатными новообразованиями.
Вторая почвенная катена (разрезы TDC-1— TDC-6) располагалась параллельно первой на распахиваемом склоне. Разрез TDC-1 находился на водораздельной поверхности; TDC-2 и TDC-3 — в верхней части склона; TDC-4 — в средней части склона; TDC-5 — в нижней части склона; TDC-6 — на крутом (около 20°) нераспахиваемом залуженном борту балки. Катена состояла из почв тех же подтипов со сходными морфологическими свойствами. Отличия заключались в том, что в пахотном горизонте хуже была выражена зернистая структура, появлялись признаки гл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.