Ландигафтно—экологическое обоснование землепользования в условиях проявления водной эрозии почв

Краткое описание

Содержание
Введение 4

Глава 1. Факторы и условия развития эрозионных процессов в Белгородской области 8

1.1. Рельеф: морфометрические особенности, геоморфологическое районирование 9

1.2. Основные климатические особенности Белгородской области 22

1.3. Почвозащитная и стокорегулирующая роль растительного

покрова 28

1.4. Структура почвенного покрова, закономерности развития эродированных почв 37

1.5. История освоения, современное землепользование и развитие эрозии почв 42 Глава 2.Методы изучения эрозионных процессов и эродированных почв 46

2.1. Почвенно-морфологический метод 46

2.2. Метод полевых экспериментальных наблюдений 48

2.3. Моделирование эрозионных процессов 52

2.4. Математические методы изучения эрозии почв 53

2.5. Картографирование эродированных почв 57

2.6. Изучение эрозионных форм рельефа и эродированных почв дистанционными методами 60

2.6.1. Методические особенности идентификации эрозионных форм рельефа и сильноэродированных почв по аэрофотоснимкам 60

2.6.2. Методика построения и анализ карты «Распространение эрозионных форм рельефа, сильноэродированных и маломощных почв на территории Белгородской области» 69

3

2.6.3. Почвенно-эрозионное районирование Белгородской области 77 Глава 3. Ландшафтно-экологическое обоснование землепользования в бассейнах малых рек в Белгородской области

(на примере ОПХ «Белгородское») 85

3.1. Общая характеристика землепользования 85

3.2. Морфометрические особенности речных бассейнов 87

3.3. Рельеф, как природный компонент ландшафта 90

3.4. Климат и его роль на формирование ПТК хозяйства 92

3.5. Растительный покров в системе ландшафтных

компонентов 96

3.6. Почвообразующие породы и почвы хозяйства 97

3.7. Методика построения и анализ ландшафтной карты 108

3.8. Оценка результатов внедрения ландшафтной системы земледелия в ОПХ «Белгородское». Рекомендации по оптимизации территориальной структуры ландшафтов хозяйства 116 Выводы 122 Список литературы 124 Приложение 140
Введение

Введение

Актуальность темы. Белгородская область, расположенная в пределах Среднерусской возвышенности в бассейнах рек Дона и Днепра, характеризуется силь-норасчлененным рельефом, преобладанием склонов различной экспозиции и значительной крутизны, малой облесенностью и сильной распаханностью земель.

Вышеупомянутые особенности, а также интенсивное и длительное использование земель Белгородчины привели к широкому развитию водной эрозии, которая стала ведущим деградационным процессом, снижающим плодородие почв и создающим значительные экологические проблемы. В среднем с 1 га склоновых земель ежегодно смывается до 12 т почвы (Здоровцов, 1990). По данным экспликации почвенного покрова, доля эродированной пашни в Белгородской области составляет 53,6 % (Ахтырцев, Соловиченко, 1984), при средней величине по ЦЧР 20,1 %.

Совершенно очевидно, что без действенных противоэрозионных мероприятий хозяйственное использование агроландшафтов области ведет к необратимому развитию деградационных процессов. Земледелие может быть экономически эффективным и экологически безопасным, если оно основывается на научной агроланд-шафтной организации территории, которая максимально учитывает природно-хозяйственные особенности региона.

Основной целью данной работы является пространственно-временная оценка развития эрозионных процессов, выявление сильноэродированных и маломощных почв на территории Белгородской области; оценка эффективности внедрения ландшафтной системы земледелия с контурно-мелиоративной организацией территории.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) оценить природно-антропогенные условия развития эрозионных процессов;

2) идентифицировать динамические формы рельефа, созданные эрозионно-аккумулятивными процессами, определить тенденцию и стадийность их развития;

5

выделить ареалы сильноэродированных почв и выходы меловых пород по аэрофотоснимкам (АФС);

3) на основании комплексной оценки провести почвенно-эрозионное районирование территории Белгородской области;

4) дать оценку внедренной ландшафтной системе земледелия с учетом микрозональной неоднородности природно-антропогенных ландшафтов и разработать рекомендации, направленных на улучшение агроландшафтных экосистем.

В качестве объекта исследований выступают природно-антропогенные ландшафты в условиях активного проявления эрозионных процессов (территория Белгородской области).

Предметом исследований являются эрозионно-аккумулятивные процессы и обусловленные ими формы рельефа, сильноэродированные и маломощные почвы, а также ландшафтная почвоводоохранная система земледелия, внедряемая в условиях Белгородской области.

Исходные материалы и методика исследований. Основой работы послужил фактический материал, полученный автором в ходе дешифрирования аэрофотоматериалов (АФС) 1988 года. В полной мере были использованы данные собственных полевых и камеральных ландшафтных исследований (1999-2003 гг.).

В ходе работы также использован обширный картографический и статистический материал различных организаций и ведомств: лаборатории экодиагностики и мониторинга окружающей среды кафедры физической географии и геологии, комитета земельных ресурсов Белгородской области, комитета государственной статистики и др.

При выполнении работы применялись как традиционные методы географических исследований - сравнительно-описательный, картографический, экспедиционный, стационарный - так и модификации сравнительно новых методов - дистанционного зондирования окружающей среды и ГИС-технологии.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

6

1) используя материалы дистанционного зондирования окружающей среды, проведено почвенно-эрозионное районирование территории Белгородской области с учетом географии маломощных почв;

2) впервые дана оценка сложившейся системе севооборотов в хозяйствах области в период с 1991 по 2001 годы с позиции противоэрозионной защищённости почв полевыми культурами;

3) проведена оценка внедренной ландшафтной системы земледелия на контурной основе для эталонного хозяйства методом сопоставления действующего проекта внутрихозяйственного землеустройства с авторской картой позиционно-динамических ландшафтно-территориальных структур;

4) разработаны рекомендации по улучшению организации территории хозяйства с учетом выявленных природных особенностей агроландшафтов.

Практическая значимость работы. Результаты диссертационных исследований могут быть использованы в Комитетах по охране окружающей среды, в проектных организациях для составления схем землеустройства и противоэрозионного обустройства территории.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы для разработки и обоснования лесомелиоративных мероприятий как элемента ландшафтной системы земледелия. Работа выполнялась в рамках хоздоговорной темы «Разработка региональной модели лесомелиорации склоновых земель (на примере ОПХ «Белгородское)», финансируемой комитетом природных

Результаты исследований использованы в учебных курсах по дисциплинам «Геоэкология» и «Агроэкология» на геолого-географическом факультете Белгородского государственного университета, а также при подготовке учебного пособия «География Белгородской области», Методических указаний для лабораторных работ «Экологические проблемы в сельском хозяйстве» и разработке экологического паспорта Яковлевского района.

Основные защищаемые положения:

1. Закономерности распространения на территории Белгородской области силь-ноэродированных почв на рыхлых и плотных карбонатных материнских породах.

7

2. Почвенно-эрозионное районирование территории Белгородской области, проведенное на новой методической основе, связанное с вычленением из состава эродированных почв маломощных, сформированных в пределах склонов на плотных карбонатных породах.

3. Принципы адаптации результатов картографирования позиционно-динамических ландшафтно-территориальных структур для предпроектного обоснования систем почвоводоохранного земледелия.

Публикации и апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы освещались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Белгородского государственного университета (2000 -2003), Всероссийском межвузовском координационном совете по эрозионным и русловым процессам (Курск, 2003), 7-ой региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации» (Липецк, 2003), на Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (БТГУ, 2002,2004).

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, общим объемом 12,6 печатных листов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, приложения.

Общий объем диссертации 188 страниц машинописного текста. Основной текст изложен на 123 страницах и проиллюстрирован 19 таблицами и 19 картами, из которых 8 являются авторскими. Библиографический список содержит 160 наименований, в том числе 9 на иностранном языке.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю — д-ру геогр. наук, профессору Ф.Н. Лисецкому (Белгородский государственный университет) и научному консультанту - д-ру с.-х. наук СВ. Лукину (Государственная экологическая инспекция Белгородской области) за всестороннюю помощь в ходе написания работы, а также декану геолого-географического факультета проф. А.Н. Петину и коллегам по кафедре природопользования и земельного кадастра.

Глава 1. Факторы и условия развития эрозионных процессов на территории Белгородской области

Центральное Черноземье - это крупнейший аграрно-промышленный регион России, климатические условия и плодородные почвы которого дают возможность выращивать широкий набор сельскохозяйственных культур. В составе пяти административных областей этот экономический район дает 9,8 % валовой продукции сельского хозяйства (Система управления..., 1996).

Большая часть территории региона характеризуется сложным рельефом и высокой степенью освоенности. В настоящее время распаханность сельскохозяйственных угодий составляет 80,6 % и является самой высокой в России, превосходя экологический норматив, который оценивается 60 %. Более 2,3 млн. га пашни ЦЧО подвержено дефляции и водной эрозии (Смык, 2000). В наибольшей степени эродированы почвы Белгородской области. По данным экспликации почвенного покрова, доля эродированных почв в области составляет 53,6 % (Ахтырцев, Соловиченко, 1984). Активному развитию эрозионных процессов и формированию, обусловленных ими форм рельефа способствуют как природные, так и антропогенные факторы. К природным факторам относятся в первую очередь преобладание склонового рельефа, активное снеготаянье весной, низкая водопроницаемость мёрзлых почв и ливневый характер осадков летом; к ведущим антропогенным факторам нужно отнести высокую степень распаханости агроландшафтов, в том числе склоновых земель с преобладанием в севооборотах пропашных культур. Об этом свидетельствуют данные института ЦЧОгипрозем, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Распределение пашни ЦЧР (%) по крутизне склонов (ЦЧОНИИгипрозем, 1981)

Область Крутизна, град.

до 1 1-3 3-5 5-7 более 7

Белгородская 32,6 47,7 15,4 2,8 1,5

Воронежская 53,3 33,2 10,8 2,6 0,1

Курская 24,1 58,8 15,9 0,8 0,4

Липецкая 51,4 42,4 5,2 0,8 0,2

Тамбовская 78,1 20,4 1,3 0,2 -

ЦЧР 49,6 38,9 9,6 1,5 0,4

1.1. Рельеф: морфометрические особенности, геоморфологическое районирование

Белгородская область, расположенная в лесостепной провинции Среднерусской возвышенности, представляет собой преимущественно возвышенную равнину с пологоволнистыми водораздельными пространствами, расчлененными долинно-балочной и овражной сетью. Главный водораздел проходит в западной части области по направлению с северо-востока на юго-запад, образуя два водосборных бассейна: Донецкий и Днепровский, занимающие соответственно 78 % и 22 % от общей площади (рис.1). В целом территория области относится к маловодным регионам России, здесь только 1 % территории занят водными объектами. Большая часть рек относится к категории малых. Рек длиною более 100 км в области четыре: Оскол, Север-ский Донец, Ворскла и Тихая Сосна. В целом речная система насчитывает более 480 рек общей протяженностью 5000 км.

Рис.1. Гидрологическая схема Белгородской области (География Белгородской области, 2003)

Бассейны рек

Днепра Дона

Масштаб! : 1000000

11

Наибольшей густотой и многоводностью рек отличается западный район области, где на 1 км2 площади приходится 0,2 км водотоков. Восточнее р. Оскол густота речной сети уменьшается до 0,15 — 0,10 км на км2 (Петин, Петина, Марциневская, Чендев, 2003)

Таблица 2

Протяженность и площадь водосборных бассейнов наиболее крупных рек Белгородчины

Реки Водосборная площадь, км2 Протяженность реки, км

Оскол 8640 220

Северский Донец 7120 ПО

Тихая Сосна 3547 105

Нежеголь 2830 72

Айдар 2250 81

Ворскла 1870 115

Черная Калитва 1440 78

Высота водоразделов колеблется от 200 до 250 м над уровнем моря, максимальная абсолютная отметка 276 м (исток реки Осколец).

Геотектоническая основа Среднерусской провинции — Воронежская антеклиза, представляющая собой приподнятую часть кристаллического фундамента архейско-протерозойского возраста. Кристаллический фундамент прикрыт мощным осадочным чехлом из пород девонского, каменноугольного, юрского, мелового, палеогенового, неогенового и четвертичного возрастов (Ахтырцев, Соловиченко, 1984).

Общеизвестно, что степень развития и направленность эрозионных процессов во многом обусловлены морфологией рельефа территории и динамикой основных морфологических характеристик склонов (крутизны, длины и формы). Мало того, отдельные формы рельефа формируются под действием эрозионных процессов (водороины, овраги, балки и т.д.). В связи с этим при средне-

12

и мелкомасштабном картографировании современной эрозии почв нельзя обойтись без морфологического районирования (Литвин, 2002).

Для оценки влияния рельефа на интенсивность развития поверхностной и линейной эрозии на территории Белгородской области нами была проанализирована серия морфометрических карт территории Белгородской области (горизонтального и вертикального расчленения рельефа, углов наклона земной поверхности и экспозиции склонов), составленные В.И. Петиной(1999).

Анализ карты «Горизонтальное расчленение рельефа территории Белгородской области» показал, что густота эрозионного расчленения колеблется от 0,2 до 1,9 км/км . Слабое расчленение характерно для западных районов области и приурочено к долинам рек и водоразделам. Средняя степень расчленения наиболее характерна для северных районов области и южной части бассейнов рек Оскол и Северский Донец. Наибольшая густота овражно-балочного расчленения наблюдается для левобережной части Северского Донца, средней части бассейна Оскола и северо-востока области, где поверхность в основном сложена боковой мореной и флювиогляциальными отложениями (рис. 2).

Активность современных экзогенных процессов, в том числе и эрозионных, во многом определяется вертикальным расчленением, перераспределяющим потоки энергии и вещества по вертикали.

Как показал анализ карты вертикального расчленения рельефа, большую часть территории области занимают ареалы со средним и значительным расчленением (60-80 м и 80-100 м). Ареалы со слабым вертикальным расчленением (20-60 м) распространены на западе и северо-западе области, а с сильным вертикальным расчленением (100-120 м), имеющих вид отдельных пятен, в восточной части области (рис.3).

Рис. 2. Схема горизонтального расчленения земной поверхности территории Белгородской области (составлено В.И. Петиной, 1999; компьютерная оцифровка автора)

Шкала горизонтального расчленения рельефа, в км/км.кв.

О 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,5

10 0 10 20 30 40 50 км

't-

14

Рис. 3. Схема вертикального расчленения земной поверхности

территории Белгородской области (составлено В.И. Петиной, 1999; компьютерная оцифровка автора)

20

Глубина расчленения в метрах

100 ПО

40

60

80

10 0 10 20 30 40 50 км

15

Рис. 4. Схема углов наклона склонов земной поверхности территории Белгородской области (составлено В.И. Петиной, 1999; компьютерная оцифровка автора)

| | 0°-0°30

0°30 -1

3°-5°

5°-10°и

10 0 10 20 30 40 50 км

16

Анализ карты углов наклона земной поверхности показал, что в рельефе Белгородской области преобладают слабопологие склоны с крутизной от 1°до 3°, занимающие 54 % от общей площади; плакоры, т.е. участки земной поверхности с уклоном менее 1° составляют лишь 11 % (рис. 4). Анализ карты углов наклона представлен в таблице 3.

Таблица 3 Углы наклонов земной поверхности (Марциневская, 2003)

Виды поверхности Крутизна, град. % от общей территории

Плакоры менее 1 11

Слабопологие склоны 1-3 54

Пологие склоны 3-5 16

Слабопокатые 5-10 2

Покатые 10-15 3

Сильнопокатые и крутые 15-20и 14

Морфологический облик склонов определяет не только крутизна, но и длина, и форма профиля (Симонов, 1993, 1998). Профили склонов, как в продольном, так и в поперечном направлениях бывают прямые, выпуклые и вогнутые.

Характер профиля, несомненно, влияет на сток вод, а значит и на смыв почвы (Сурмач, 1978; Лысак; 1978; Сурмач 1979). На продольно-прямых склонах процессы эрозии усиливаются примерно от середины склона к их основаниям. На продольно-выпуклых склонах эрозия больше проявляется в нижней части, где наибольшая крутизна. На продольно-вогнутых склонах эрозия сильнее выражена в верхней, более крутой части. Книзу она уменьшается, и даже происходит аккумуляция смытой почвы.

Поперечный профиль склона определяет типы водосборов: прямые, собирающие и рассеивающие сток воды. Их относительная эрозионная опасность приближенно принята следующей: поперечно-прямой профиль склона - 1; поперечно-выпуклый (рассеивающий водосбор) - 0,8; поперечно-вогнутый (собирающий водосбор) - 1,2 (Эрозия почв, 2000). Эрозионная опасность еще больше

17

возрастает при нарастании длины склона, так как резко возрастают объём поверхностного стока, скорость течения и слой воды. В рельефе Среднерусской возвышенности преобладают длинные и крутые склоны (Котлярова, 1995).

Важным фактором развития эрозионно-аккумулятивных процессов является экспозиция склонов. Её влияние сказывается опосредованно через неравномерное распределение тепла и влаги, неодинаковую глубину промерзания почв склонов, флористический состав растительного покрова (Марциневская, 2002) .

На следующем этапе работы нами была детализирована картосхема экспозиций склонов земной поверхности на территории Белгородской области. Нами были выделены относительно горизонтальные поверхности с уклоном менее 1° (плакоры), как не ориентированные по сторонам горизонта и склоны различных экспозиций (рис. 5). Последующие расчёты показали, что в рельефе области преобладают северо-западные и юго-восточные склоны, плакоры занимают только 11 % от общей территории области (Марциневская, 2003).

Таблица 4

Соотношение плакоров и разноориентированных склонов в пределах Белгородской области (Марциневская, 2003)

Экспозиция склонов Площадь, км2 Доля от общей площади, %

Плакоры 2990 11

Склоны: Северные 2570 9,5

Северо-восточные 2760 10,2

Северо-западные 4177 15,4

Восточные 2764 10,2

Юго-восточные 4115 15,1

Южные 2570 9,5

Юго-западные 2182 8,1

Западные 2972 11,0

Общая площадь 27100 100

Список литературы