CC BY
2
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 3 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 3
УДК 631.481+631.485
DOI: 10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-3-139-151
ДОПУСТИМЫЕ ЭРОЗИОННЫЕ ПОТЕРИ ПОЧВЫ И СКОРОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В КОНТЕКСТЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО БАЛАНСА
Ф. Н. Лисецкий*, П. В. Голеусов, Ж. А. Буряк
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, 308015, Россия, Белгород, ул. Победы, д. 85
* E-mail: [email protected]
Эрозионно-аккумулятивные процессы реализуются посредством парагенетических процессов деструкции почвы, транспорта, переотложения и аккумуляции педоседиментов, обогащенных органическим углеродом. Перспективным подходом в обосновании допустимых эрозионных потерь почв становится интеграция оценок качества почвенных ресурсов, темпов эрозии, а также скорости почвообразования, включающей расчеты баланса органического углерода в почвах агроэкосистем. Круг исследовательских задач включал: анализ среди современных комплексных подходов по обоснованию допустимых эрозионных потерь почв наиболее перспективных с точки зрения полноты отражения агропедогенеза; оценку эффективности процесса регенерации гумусового горизонта при первичном, рецентном и постагрогенном вариантах воспроизводства почв; выявление закономерностей формирования природного почвенного покрова на датированных и полноголоценовых педотопокатенах; определение результативности эрозионно-аккумуля-тивных процессов при формировании обогащенных органическим углеродом педоседиментов в тальвегах ложбин стока при экстремальном гидрологическом событии и в аккумулятивных элементах ландшафта за многовековой период.
Основными объектами исследования выступили разновозрастные почвы в состоянии ренатурации, которые были выбраны в антропогенно нарушенных геосистемах европейской лесостепи. Кроме того, изучены почвенно-геоморфологические особенности в пределах разновозрастных эрозионных педотопокатен и процессы аккумуляции педоседиментов на разных масштабных уровнях.
По результатам моделирования почвообразовательного процесса во времени, основанного на обширной базе почвенно-хронологических данных, определены значительные различия скорости формирования гумусового горизонта на начальных и квазифинальных стадиях педогенеза, а также сопряженность онтогенетической зрелости гумусового профиля со скоростью педогенеза, что необходимо учитывать при обосновании допустимых эрозионных потерь. Многолетние исследования процессов ренатурации нарушенных почв в зоне лесостепи определили особый тип воспроизводства у агроаброземов, когда происходит функциональная реабилитация остаточного гумусового горизонта, отличающийся от первичного педогенеза (при формировании гумусового профиля на материнских породах). В зависимости от эрозионной трансформации профиля почвы-предшественника средние скорости формирования постагрогенного гумусового горизонта у черноземов лесостепи находятся в диапазоне от 3,6 до 6,0 мм-год-1. Как показали результаты изучения разновозрастных и полноголоценовых педотопокатен, природный почвенный покров, который отражает процессы смыва-аккумуляции и ландшафтной склоновой микрозональности, и почвенно-гео-морфологические взаимоотношения могут быть адекватно формализованы путем совершенствования в эрозионных моделях формулы расчета рельефной функции через введение переменной величины степени при показателе длины склона.
Ключевые слова: эрозионно-аккумулятивные процессы, воспроизводство почв, педотопокатены, педоседи-менты, органический углерод почв.
Введение
Процессы дегумусирования пахотных почв, которые на плакорах проявляются в результате физико-химической деградации, а на склонах дополняются воздействием эрозии, вызывают озабоченность
© Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В., Буряк Ж.А., 2024
не только в почвозащитном и агрохозяйственном аспектах, но также в глобальном измерении. Деградация почвы может быть результатом эрозионно-аккумулятивных процессов (эрозии почвы, переноса и отложения наносов) и связанной с ними потери запасов почвенного органического вещества (ПОВ,
ОВ), когда обогащенные органическим углеродом (Сорг) наносы переносятся из верхних ландшафтных позиций в нижние [Olson et al., 2016]. Это является веским аргументом в пользу того, что эрозию почв следует непременно включать в модели круговорота и балансовые модели Сорг. Анализ новых тенденций развития эрозиоведения показал, что в активной разработке находятся принципы нормирования смыва почв и поиск количественных критериев ограничения эрозионных потерь с крупных водосборов [Демидов, Макаров, 2021]. Проблематика, связанная с изучением состава твердого стока, как в физико-химическом, так и в эколого-геохимиче-ском аспектах, и оценками вклада склоновой эрозии в потери депонированного в агропочвах ПОВ, приобрела особую актуальность.
На пахотных почвах, где используются севообороты с большим разнообразием культур, общие потери почвы складываются из дефляционных и эрозионных потерь, технологического пыления при обработке сухой почвы, вносящего вклад в дефляцию, а также выноса почвенного материала в результате уборки урожая, особенно корнеплодов. Эти особенности не учитываются, когда для характеристики именно эрозионных потерь почвы предлагается использовать более общий термин Tolerable Soil Loss (TSL), также известный как «soil loss tolerance» [Di Stefano et al., 2023, р. 2]. Поэтому в настоящей статье использована аббревиатура ДЭПП (допустимые эрозионные потери почвы).
Цель работы состояла в решении следующих задач: 1) проанализировать современные подходы в эрозиоведении по расчету ДЭПП и определить наиболее перспективные из них; 2) провести сравнительный анализ эффективности процесса регенерации гумусового горизонта разновозрастных почв при трех вариантах воспроизводства (первичном, рецентном и постагрогенном); 3) по результатам изучения эрозионных разновозрастных педотопокатен установить закономерности формирования природного почвенного покрова под влиянием геоморфологических и мезоклима-тических условий; 4) определить потенциальные и эмпирические оценки коэффициента селективности органического углерода при аккумуляции наносов при редком по повторяемости гидрологическом событии и за период, превышающий инструментальный период.
Материалы и методы
Обзор отечественной и мировой научной литературы позволил определить наиболее перспективные методики расчета ДЭПП, которые характеризует попытка объединить почвенно-ресурсные показатели, оценки темпов почвенной эрозии и скорости почвообразования в агроландшафтах. Такие этапы исследования, как структурирование эмпирических данных о темпах воспроизводства почв
в антропогенно нарушенных и в постагрогенных ландшафтах, получение хронофункций для обоснования нормативов воспроизводства почв, опирались на авторские базы данных (БД), получившие государственную регистрацию (№№ 2010620434, 2019620653, 2020621328). Разработанные модели изменения Сорг в почвах залежей, которые могут воспроизводить процессы в реабилитационном земледелии, опирались на авторскую БД, созданную по результатам полевых исследований в 1998-2023 гг. Объектами исследования были определены разновозрастные почвы в режиме ренатурации, в антропогенно нарушенных геосистемах на территории европейской лесостепи (Белгородская, Курская, Воронежская области). Нарушения земель были обусловлены несколькими причинами: воздействием на почвенно-растительный покров, приведшим к его полному уничтожению (отвалы горнодобывающей промышленности), частичным разрушением и дезинтеграцией (беллигеративные сооружения Курской битвы и разнообразные насыпи почвогрун-тов), частичным нарушением из-за абразии (агро-почвы разной степени эродированности). Возраст объектов с начала ренатурации находился в интервале n1-n10 лет и соответствовал стадии быстрого восстановления почвенных свойств. Исследования включали морфологическое описание новообразованных профилей почв и отбор образцов для лабораторных анализов содержания ПОВ и плотности сложения.
В пределах лесостепи и степи проведены по-чвенно-генетические и геоморфологические исследования пяти педотопокатен, не подвергавшихся распашке в историческом прошлом: полноголоце-новые катены у х. Б. Кульбаки (Белгородская обл.) и в балке Глубокая (Одесская обл.), и три датированные катены Большого Бельского городища (Полтавская обл.), сформированные после III в. до н. э. На педотопокатенах особенности природного почвенного покрова выявляли по переходам профильной организации в непрерывных траншеях, а геоморфологические параметры определяли по результатам геодезической съемки. Расчет эрозионного потенциала рельефа (LS-фактор) проводили по формуле из модели EUROSEM [Morgan, 1979] из-за адекватного отражения ею сингенетичного проявления эрозии и почвообразования:
LS = VL/100x(1,38 + 0,965xS + 0,138xS2), (1)
где L — длина склона, м; S — уклон, %.
Обобщенные данные по содержанию ПОВ в отдельных фракциях позволяют рассчитать потенциальные коэффициенты превышения содержания ПОВ во фракциях размером менее 0,01 мм над средним взвешенным его значением в почве. Помимо переотложения наносов в границах водосборов, аккумуляция почвенного материала, обогащенного Сорг, происходит в днищах выположенных эро-
Таблица 1
Расчетные методики определения ДЭПП на основе комплексного подхода изменения продуктивности почв в агроландшафтах
Способы оценки ДЭПП Формулы и их автор(ы)
Расчет ДЭПП в точке (x, y) на любой момент времени [Skidmore, 1982] Т(х,у, 0 = (Т^+ТУ^-СГг-Т^^соБ^яСХ-^)/^-^)], где Т1 и Т2 — скорости почвообразования и предельной величины эрозионных потерь почвы, мм-год-1; Z — мощность почвы, включая Z1 — минимально допустимая, м; Z1 — оптимальная (плановая); Z — фактическая; число п = 3,14 при расчете в радианах или 180° при расчете в градусной мере
Модификация модели Скидмора [Гродзинский, Шищенко, 1993]. Qdop = ^/А^^т(0,5 л(2Ь-М-Ь2)/(Я2-М))]- Qm/At}10/gpk, где Qdop — предельно допустимый смыв почвы, мм-год-1; Qh — масса гумуса, которая образуется за ротацию севооборота, т-га-1; At — длительность севооборота, годы; ^ Ы, h2 — соответственно фактическая, предельно допустимая, оптимальная мощности гумусовых горизонтов почвы; Qm — масса гумуса, которая минерализуется за ротацию севооборота, т-га-1; р — плотность сложения верхнего (0-10 см) слоя почвы, т-м-3; g — содержание гумуса в пахотном горизонте, %; к — коэффициент увеличения содержания гумуса в твердом стоке по сравнению с его содержанием в почве
Модификация модели Скидмора [Кузнецов, Абдулханова, 2014] Т = 100хН/С, ... Н= Н1 + (Н2 - Н1)(г-г^/^ - г1), где С — содержание гумуса в верхнем (0-25 см) слое почвы, %; Н — допустимая норма потерь гумуса в слое 0-50 см, т-га-1 в год; Н1 — нижний предел допустимых потерь гумуса, равный скорости его накопления, т-га-1 в год; Н2 — верхний предел допустимых потерь гумуса, принимаемый равным содержанию гумуса в 10 т верхнего слоя почвы (0-25 см), соответствующий нижней границе интервала скорости смыва почвы с гектара пашни исследуемой территории, т-га-1 в год; г, г1, г2 — соответственно, текущий, критический (допустимый минимум) и оптимальный запасы гумуса в слое почвы 0-50 см, т-га-1
Расчет ДЭПП при условии превышения исходных запасов почвенного ресурса над оптимальными [Швебс, Лисецкий, 1985] АНГ(доп) = [(Нгу)опг - (Нгу)ИсХ](ехр(-ад - (ехр(-Ь^))/(р^ - ^-ю), где Г0-10 — содержание гумуса в смываемом слое почвы, %; g — плотность сложения верхнего слоя почвы, т-м-1; Ь — параметр, зависящий от экологических ограничений: потенциальной возможности развития оврагов, скорости заиления водоемов, ухудшения качества воды и др.; р — коэффициент превышения содержания гумуса в твердом стоке над исходным значением в смываемом слое почвы
Допустимые эрозионные потери почвы [Каштанов и др., 1994] АНг(доп) = 10 у х Г0-ю(1 + 0,01Нг) - Нг(АГпр - АГр - АГМН) - Гх АН^), где Н — мощность гумусового горизонта, мм; Г — запасы гумуса в нем, т-га-1; АНг — изменение мощности Нг в результате почвообразования — АНг(п) и эрозии — АНг(доц), мм-год-1; АГ^ — приходная составляющая гумусообразования за счет растительных остатков и удобрений, т-га-1; АГр — минерализация гумуса, определяемая структурой севооборота и уровнями урожая, т-га-1; АГмн — минерализация (обновление) пассивного гумуса, т-га-1; Г0-10 — содержание гумуса в смываемом слое почвы, %; у — плотность сложения почвы в пределах гумусового горизонта, т-м-3
Определение ДЭПП как потери почвы, соответствующей определенному допустимому сокращению продуктивности почв (А) в рамках заданного горизонта планирования [Pierce et al., 1984] Т = (Ах5Р0 хх)/( УхО, где А — допустимая величина сокращения продуктивности почв, %; 8Р0 — индекс существующей продуктивности почвы (нормирован на диапазоне от 0,0 до 1,0); х — плотность почвы (г-см-3-100); V — функция, определяющая связь между продуктивностью почв на склоне и потерей почв в результате эрозии; t — горизонт планирования (годы)
Уравнение для расчета ДЭПП (T-values, т-га-1) в агроландшафте [Lisetskii, 2019] T-values = (Н((АСаг - АСтп - АС^ + СУ))/(к у Н хСр + С0-10), где Н — мощность гумусового горизонта, мм; АСаг — приходная составляющая процесса гумусообразования за счет растительных остатков и удобрений, т-га-1; АСтп —минерализация гумуса, которая зависит от структуры севооборота и уровня урожая, т-га-1; А^ — минерализация (обновление) пассивного гумуса, т-га-1; Ср — содержание гумуса в смываемом слое почвы соответственно, %; С и С0-10 — запасы гумуса в гумусовом горизонте и смываемом слое почвы соответственно, т-га-1; V — скорость почвообразования, мм-год-1; у — плотность сложения почвы в смываемом слое почвы, т-м-3; к — коэффициент превышения содержания гумуса в твердом стоке по сравнению с исходным значением
Интегрированная модель процессов эрозии почвы, почвообразования и трансформации ПОВ, а также формула расчета ДЭПП [Сухановский, Прущик, 2023, с. 124-125, 141] с!А(^ х)М£ dGk(t, х)М£ АИЫт(^ х)/^, где t, х — время (год) и расстояние (м) от верха склона; х) — запасы негумифицированного ОВ, кг-м-2 ; Ок(^ х) — запасы к-й компоненты гумуса в слое почве (0-20) см (к =1, 2), кг-м-2; НЫт(^ х) — мощность гумусового слоя, м; 10ор(Т) = а / [Т КР(Т)], где 1Лор(Т) — ДЭПП, мм-год-1; а — абсолютная погрешность измерений (мм), которая равна еН/100; Т — период времени, годы (принимается равным 1000 лет); КР(Т) — функция надежности, характеризующая варьирование средне-многолетнего смыва; в расчетах для вероятности 95% она принимается равной 1,4
зионных форм. Проведена оценка содержания Сорг в наносах при единичном экстремальном событии при стоке талых вод, а также получены результаты аккумуляции Сорг в геоморфологической ловушке за длительность, превышающую время инструментальных метеорологических наблюдений.
Результаты
Современные комплексные методики расчета ДЭПП в агроландшафтах. Результаты обобщения предложенных методов определения ДЭПП показали, что до недавнего времени преобладали методики, основанные на учете лишь одного фактора (фактической мощности почвы, свойств кор-необитаемого слоя или темпа почвообразования). Это не позволяло с учетом прогресса в моделировании эрозионно-аккумулятивных процессов соразмерно учитывать многообразные процессы почвообразования в агроландшафтах, включая задачи регулирования гумусового баланса. Обладают перспективами дальнейшей разработки и получают широкое распространение подходы, в которых совместно рассматриваются эрозия, почвообразование и углеродный баланс [Гродзинский, Шищенко, 1993; Сухановский, Прущик, 2023; Pierce et al., 1984]. Особенностью этого направления является также стремление учесть динамические характеристики ключевых почвообразовательных процессов в агроландшафтах [Швебс, Лисецкий, 1985; Сухановский, Прущик, 2023; Skidmore, 1982]. Предложено такое понятие, как интегрированная модель, под которой понимается взаимоувязанный комплекс моделей эрозии, почвообразования и трансформации поступающего ПОВ, причем для последней модели оценивается вклад негумифицированного ПОВ и двух пулов гумусовых веществ [Сухановский, Прущик, 2023, с. 124]. Наиболее характерные примеры методик расчета ДЭПП, в которых увязаны почвенно-ресурсные показатели, оценки почвенной эрозии и скорости почвообразования, представлены в табл. 1.
Во многих представленных методиках (табл. 1) оценка эрозионных потерь почвы рассматривается как одна из составляющих более общих проявлений агропедогенеза. С учетом того, что потенциальное, а особенно эффективное плодородие нельзя сводить только к содержанию (запасам) ПОВ, предложены методы оценки ДЭПП с учетом временных изменений индекса продуктивности под влиянием эрозии и допустимости таких изменений [Pierce et al., 1984]. Признавая, что комплексные методики наиболее перспективны для определения величин ДЭПП, следует отметить, что учитываемые в них изменения продуктивности почв имеют и более широкий контекст, который опирается на современные трактовки концепции качества почв (Soil Quality - SQ). В частности, индекс SQ рассматривается [Letey et al., 2003] как функция шести компонентов, включая
220
200
180
160
140
120
1 100 х
80 60 40 20 0
0
& 0
□ о о
о- ■ о о.
о >
Xi рва S ° а ° * EU- п *
У* /овс / 0 ° ¡г П" и о
® § ъ. □ а а 1 ^ "u[f о |Р ш
о< П 0' □ - - Л а й = .е 1 П ервичное воспроизводство
Г сцеп 1 пис DULI ipUHJDU^LIDU ■:: Вторичное воспроизводство
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ^ годы
Рис. 1. Тренды различных вариантов воспроизводства гумусового горизонта почв в лесостепной зоне
эрозионную активность, производство продуктов питания и волокон, а также качество продуктов питания, воздуха, поверхностных и грунтовых вод.
Закономерности изменения мощности гумусового горизонта почв во времени при разных вариантах воспроизводства. В исследованиях 1998-2023 гг. получены авторские данные по изменению мощности регенерированного гумусового горизонта разновозрастных почв, формирующихся при разных вариантах воспроизводства: на рыхлых безгумусных материнских породах (первичное), на переотложенных почвогрунтах (квазипервичное, рецентное) и на средне- и сильноэродирован-ных почвах (вторичное, постагрогенное) (рис. 1). В целом скорости воспроизводства во многом зависят от степени благоприятности эдафических условий для формирования фитомассы сукцессий, контролируемых энергопотенциалом местного климата.
Почвы лесостепной зоны, образовавшиеся за 30 лет на техногенных грунтах отвалов вскрышных пород (первичное почвообразование), имеют мощность новообразованного гумусового горизонта около 6 см. Одновозрастные с ними почвы залежей имеют постагрогенный гумусовый горизонт мощностью около 11 см даже на сильносмытых предшественниках, в которых припахивался горизонт В. На залежах сильноэродированных агрочерноземов за 78 лет и на участках, нарушенных в период Великой Отечественной войны, это различие меньше (14-16 см), но на среднесмытых и слабосмытых агропочвах через 30 лет отмечали мощности постагрогенного горизонта до 18 см. Таким образом, средняя за 30 лет скорость формирования постагрогенного гумусового горизонта черноземов варьирует в диапазоне от 3,6 до 6,0 мм-год-1.
Зависимости мощности постагрогенного (Нп) горизонта от остаточной мощности гумусового горизонта агропочвы (Нс), эмпирически обосно-
' 40 -
0 20 40 60 80 100
Степень сохранности (остаточной мощности) гумусового горизонта эродированной почвы, %
Рис. 2. Зависимость скорости воспроизводства постагрогенного гумусового горизонта чернозема от степени сохранности гумусового горизонта почвы-предшественника
ванные по результатам исследований, адекватно формализуются экспоненциальной функцией вида: Нп = Hlimx(1-axexp(\xHc)), (2)
где Hiim — максимальная (для данного возраста залежи) мощность постагрогенного горизонта на несмытой почве; а и \ — эмпирические коэффициенты.
Выход зависимости на плато происходит при остаточной мощности 40% от максимальной мощности целинного аналога в конкретных биоклиматических условиях (рис. 2). Т. е. при полном отсутствии гумусового горизонта мощность с линейно усредненной за 30 лет средней скоростью формирования гумусового горизонта составит 60% (3,6 мм-год-1) от максимально возможной скорости (6,0 мм-год-1), при остаточной мощности в 20-77% — 4,7 ммтод-1, при 30-84% — 5,1 мм-год-1 и при 40-90% — 5,5 мм-год-1. Такие различия необ-
ходимо учитывать при использовании природного режима воспроизводства агрочерноземов.
Результаты полевых исследований содержания ПОВ в наносах эрозионных ложбин и тальвегах балочных форм. Причины, по которым отмечаются значительные различия коэффициентов обогащения твердого стока ПОВ, определяются большим количеством факторов, влияющих на водно-эрозионный процесс и его результаты. Обычно при гидравлическом анализе механизма смыва почвы учитываются компоненты потока, подстилающей поверхности и свойства наносов в замыкающем створе, однако как количество наносов, так и степень проявления селективности почвенной эрозии различаются в отдельных створах, что определяется сочетанием условий водоотдачи, на-носообразования и транспортирующей способности потока по вышележащим позициям водосбора [Швебс, 1981]. Справедливость этого утверждения отражается в полученных результатах определения содержания Сорг в наносах, аккумулированных вследствие активного весеннего смыва в тальвеге ложбины и в конусе выноса при разных параметрах микроводосборов. Данные о результатах весеннего снеготаяния в редкий по повторяемости год для южной степной подзоны, которая характеризуется нормой годовой суммы осадков 400 мм, представлены на рис. 3. Фоновые почвы — черноземы южные малогумусные тяжелосуглинистые. Согласно данным метеостанции Одесса (№ 33837), в 1986 г. наблюдалась аномально снежная зима. В январе-феврале суммарно выпало 123 мм осадков, что составило 230% от средней 30-летней климатической нормы этих месяцев (1960-1990 гг.). Это обеспечило высокие значения слоя талого стока в начале пери-
Рис. 3. Участок наблюдения за талым стоком 20.03.1986: местоположение участка (а), цифровая модель местности БАВОЕМ и микроводосборы (б), топографическая основа 1:50 000 и флювиальная сеть (розовым цветом) (в), современный спутниковый снимок (г)
ода активного снеготаяния, которое пришлось на вторую половину марта.
Ранее было отмечено [Кузнецов и др., 2009], что в ложбинах даже со значительными уклонами могут формироваться намытые почвы из-за того, что при таянии более мощного, чем на склонах, слоя снега уменьшается скорость стекания вод по тальвегу и происходит аккумуляция наносов. Как показали результаты неординарного гидрологического события (табл. 2), наносы, которые при весеннем смыве аккумулировались в тальвеге ложбины, отличались обогащением Сорг в 1,31 раза по сравнению с поверхностным (2 мм) слоем почвы на макроагрегатах (точки 1 и 2). При иной ситуации, как в случае микроводосбора с т. 3-4, где в сравнении с ложбиной с т. 1-2 больше и его площадь, и ширина днища (т. 3) — в 1,2 и 3,0 раза соответственно, наносы конуса выноса и пашня выше по склону не отличались по содержанию Сорг, то есть селективность эрозии тут не проявилась. Это можно объяснить тем, что для периода интенсивного стока, когда кинетическая энергия потока достигает максимума, он способен транспортировать грубые (псаммитовые) фракции, менее обогащенные ПОВ, и в наносах понижено содержание ила и физической глины [Танасиенко, 1983].
Помимо того, что в почвах наряду с гумификацией происходит и минерализация ПОВ, его балансовая величина в определенных биоклиматических условиях характеризует потенциал депонирования Сорг как преграждающего механизма его возврата из почвы в атмосферу. В этой связи рассмотрим роль водно-эрозионного процесса в переотложении наносов и их аккумуляции в подчиненных элементах ландшафта. Для оценки многовековой аккумуляции Сорг изучен уникальный по датировке объект — Карповский участок Белгородской черты,
Таблица 2
Содержание Сорг в пахотной почве и седиментах (в замыкающем створе) при весеннем снеготаянии (20.03.1986)
№ точки отбора (рис. 3) Местоположение Агрофон С„р„ %
1 Нанос мощностью 45 мм в тальвеге ложбины стока Озимая пшеница 2,09
2 В 40 м выше по склону крутизной 2° от т. 1, почва на макроагрегатах по бортам ложбины Озимая пшеница 1,59
3 Нанос мощностью 42 мм в пределах конуса выноса размером 8 на 9 м Озимые пшеница и рапс 2,03
4 В 90 м выше по склону крутизной 3,5° от т. 3, пахотная почва Озимые пшеница и рапс 2,05
строительство которого окончено к 15 сентября 1646 г. Этот объект находится в зоне типичной лесостепи, где норма осадков составляет 550 мм-год-1. Как показали оценки в замыкающем створе рва, при толще педоседиментов 950 мм среднегодовая скорость аккумуляции составила 2,58 мм, а запасы Сорг — 214 т-га-1. В толще педоседиментов, которая отражает период аккумуляции наносов с 1740 г. и по настоящее время, среднее содержание Сорг составило 2,61±0,26% (при значительном варьировании ^=22%) по профилю (2,00-3,52)). При сравнении содержания Сорг на педотопокатене (склоне вала, обращенном ко рву) и в толще 0-70 см определено, что за 270 лет аккумуляции коэффициент селективности Сорг наносов варьировал от 1,04 до 1,83 при среднем значении 1,36. Механизмы, определяющие
Таблица 3
Геоморфологические характеристики склоновых подсистем педотопокатен
№ Местоположение Объект Основная экспозиция Длина склона, м Средневзвешенный уклон, ° (%) Ь8 по (1) Мощность гор. А, см Мощность гор. А+АВ, см
1 Лесостепная зона, Белгородская обл. балка у х. Б. Кульбаки западная 333,16 9,33 (16,46) 7,92 32,1±3,6* 53,6±7,1
2 Степная зона, Одесская обл. балка Глубокая северо-западная 32,0 5,54 (9,69) 1,27 16,1±8,9 30,6±15,3
3 Лесостепная зона, Полтавская обл., Большое Бель-ское городище, оборонительные укрепления северная часть северо-западная 9,22 17,45 (30,46) 7,31 18,1±3,5 36,3±9,3
юго-восточная 19,23 13,76 (24,02) 4,45 14,8±2,4 29,9±3,0
4 восточное укрепление северо-западная 5,75 6,58 (11,49) 2,97 14,5±3,9 36,3±5,1
юго-восточная 8,30 15,38 (26,85) 7,90 14,4 ± 9,8 40,1±10,0
5 западное укрепление северо-восточная 6,05 14,02 (24,47) 3,97 15,0 27,4
юго-западная 15,95 18,76 (32,73) 4,39 12,7±2,7 27,1±9
* ± х — доверительный интервал 95%-й вероятности
30
о 20
X
3"
■ •
10 15 20
Крутизна, град
3 4
1_Б
о Северная о Южная
Рис. 4. Зависимости мощности гор. А+АВ от уклонов (а) и величин Ь8-фактора (б)
селективность эрозии, формирующей наносы, обогащенные Сорг, рассмотрены ниже.
Результаты почвенно-генетических и геоморфологических исследований педотопокатен.
Результаты исследования формирования гумусового горизонта педотопокатен под воздействием эрозионно-аккумулятивных процессов обобщены в табл. 3.
Для разрезов по всем катенам прослеживается общая зависимость снижения мощности гор. А+АВ с увеличением уклона. Однако в некоторых склоновых микрозонах с нарастанием уклонов и длины линии стока наблюдается увеличение мощности гор. А+АВ (рис. 4). Также сходная мощность гор. А+АВ наблюдается на склонах, отличающихся по крутизне в несколько раз.
Анализ зависимости мощности гор. А+АВ от Ь8-фактора, полученной аппроксимацией данных полиномом 3-й степени (рис. 4б), также показывает немонотонный рост значений Ь8 с уменьшением мощности гумусового горизонта. Это свидетельствует о нелинейности эрозионных процессов там, где чередуются области интенсивного смыва, разгрузки стока и аккумуляции наносов. Поэтому для наиболее точного отражения зависимости эроди-рованности почвы от рельефа необходимо совершенствование расчета Ь8 с учетом особенностей перераспределения наносов на склоне, что, в первую очередь, требует введения изменяемой степенной функции при показателе длины склона. Также отмечено, что мощность гумусового горизонта южных склонов начиная с 7-8° более «чувствительна» к изменениям показателя уклона (рис. 4а): темпы ее снижения с ростом крутизны выше, чем на склонах северной экспозиции аналогичной морфологии.
Обсуждение
Оценка изменений органического вещества и качества почв в связи с установлением ДЭПП в агроландшафтах. Совместное рассмотрение качества почвенных ресурсов, темпов эрозии, а также скорости агропедогенеза с учетом баланса ПОВ (табл. 1) находило в эрозиоведении свое от-
ражение и раньше, в частности при создании методик расчета ДЭПП и при разработке классификации эродированности почв. Представление о возможности определения «нормы смыва» по среднегодовому приросту гумусовых горизонтов, что фактически отождествляло этот процесс с темпами почвообразования, вызвало критику, так как, принимая за абсолютный возраст почвы средний абсолютный возраст гумуса, не учитываются скорость его обновления и различные скорости гумусонакопле-ния в процессе природного и антропогенного почвообразования [Ганжара, Ганжара, 1973]. Так как эрозия приводит к избирательной потере мелкодисперсной, обогащенной ПОВ фракции в смываемом слое почвы, то важно учитывать не только скорости формирования гумусового горизонта, часто определяемые за длительный период педогенеза, но и скорости воспроизводства и депонирования ПОВ в конкретных аэроландшафтных и агротехнологи-ческих условиях.
При выборе критериев для классификации эро-дированности агропочв учитывалось то обстоятельство, что по мере сокращения мощности гумусового профиля происходило подпахивание менее плодородных слоев, и потому было целесообразно учитывать изменения в содержании ПОВ. Г.И. Швебс, анализируя использование двух показателей в классификациях эродированности почв — мощности гумусового горизонта и содержания ПОВ, которые определялись как основной [Заславский, 1984] или как дополнительный [Наумов, 1955] критерии, отмечал, что изменение запасов ПОВ при разной эродированности почв имеет не прямолинейный, а параболический закон [Швебс, 1981]. Во многих работах эрозиоведов обоснование отдельных категорий эродированности почв, то ли по уменьшению мощности гумусового горизонта, то ли по уменьшению содержания (запасов) ПОВ [Заславский, 1984, с. 46], или при их совместном учете, опирается на опорные параметры, характеризующие несмытые почвы. Это в смысловом отношении отражается и в интерпретациях. Так, при обобщении результатов почвенно-эрозионных исследований было опреде-
50
40
лено, что на склонах крутизной 2-3° и на удалении от водоразделов на 200-300 м почвы оказались сла-босмытыми, если экспозиция была северная и восточная, и среднесмытыми, если экспозиция была южная и западная [Заславский, 1984, с. 45]. Однако следует заметить, что предположение, получившее в классификациях эродированности почв аксиоматический статус, о первопричине уменьшения мощности гумусового горизонта и содержания ПОВ в нем на топокатенах при сравнении с параметрами на плакорах за счет активизации эрозии при распашке склонов, не получает подтверждения при изучении топокатен на целине. Результаты изучения разновозрастных педотопокатен с постоянной природной растительностью (см. рис. 4) показали, что по длине склонов отмечается широкий диапазон варьирования мощности гумусовых горизонтов почв, а особенно выразительно это проявляется на склонах полярных экспозиций. Очевидно, что такие особенности обусловлены не только результатом эрозионно-аккумулятивных процессов, но и действием ландшафтоформирующих факторов мезо- и микрозонального уровня (различиями в тепло- и влагообеспеченности, гидрофизике почв, биогеохимических процессах, растительных сообществах и др.).
Типовой подход к противоэрозионному проектированию на землях агроландшафтов путем сравнения среднемноголетних величин смыва почв с установленными нормативами не выдерживает испытания временем. Из-за завышенных величин ДЭПП (в США до 11,2 т-га-1 в год) возникает необходимость согласовывать их значения с овражной активностью, накоплением седиментов в водоемах, ухудшением качества рекреационных зон и др. Кроме того, еще недостаточно увязаны величины ДЭПП с ухудшением агрофизических и водно-воздушных свойств почв и потерей Сорг. Однако до сих пор, например в странах ЕС, предложения по расчету ДЭПП сводятся к оптимизации управляемых параметров эрозионной модели USLE/RUSLE, прежде всего фактора С (севооборота и агротехники) [Di Stefano et al., 2023]. Хотя очевидно, что для отражения изменения продуктивности почв необходимо учитывать как количественные, так и качественные характеристики почв.
Причины различий оценок скорости почвообразования и ДЭПП. До появления надежных данных по скорости почвообразования (40-50 гг. ХХ в.) ДЭПП определяли через величины нормальной (геологической) эрозии. Поэтому имеет смысл привести их оценки по натурным наблюдениям. Оценка скорости эрозии при высокой почвозащитной эффективности растительности во влажных регионах США [Smith, Stamey, 1965] показала, что нормальная склоновая эрозия составляла от 0,22 до 1,34 т-га-1 в год на землях, пригодных для сельского хозяйства. Средняя скорость прироста гумусового
горизонта полнопрофильных черноземов лесостепи, прошедших эволюцию на протяжении голоцена (~11700 лет), составляет около 0,04 мм-год-1, или 0,48 т-га-1 в год [Голеусов, Лисецкий, 2009]. Однако для начального этапа развития почв (первые десятилетия) величины скоростей почвообразования на два порядка больше, чем для почв тысячелетнего возраста.
Значительный период времени (70-90-е гг. ХХ в.) основным подходом к определению величин ДЭПП было их отождествление со скоростью природного почвообразования. В этот период недоставало эмпирических данных для разработки хронофункций, что отражалось в большом диапазоне средних оценок. Проведенное нами обобщение опубликованных работ указанного периода времени показало размах величин средней скорости почвообразования, принимаемой за ДЭПП, от 1,2 до 10 т-га-1 в год (для 13 типов и подтипов почв). В Европе приняты значения ДЭПП, определяемые современным уровнем знаний, от 0,3 до 2 т-га-1 в год, а этот диапазон объясняется ролью активных факторов почвообразования [Di Stefano et al., 2023]. В 2014 г. после публикации статьи в журнале «Science» [Larsen et al., 2014] как уникальный научный результат была представлена формулировка, что почва образуется из коренной породы быстрее, чем считалось ранее, т. е. со скоростью до 2,5 мм-год-1. Эти результаты были основаны на измерении концентрации изотопа бериллия (10Be) в почвах Южных Альп (Новая Зеландия), причем отмечалось, что скорость химической денудации в почвах увеличивается пропорционально скорости эрозии. Что касается данных по России, то ранние стадии педогенеза в нарушенных геосистемах и на отвалах пород могут дать средние скорости роста гумусового горизонта 5,9-6,4 мм-год-1 за 14-29 лет, а большой объем эмпирических данных для условий лесостепи позволил зафиксировать максимально возможные скорости формирования гумусового горизонта для первых (до 10) лет почвообразования от 6 до 9 мм-год-1 [Голеусов, Лисецкий, 2009].
Многие элементарные почвообразовательные процессы протекают в примитивных почвах (с возрастом nx10 лет) намного интенсивнее, чем при их выходе на вековой и тысячелетний этапы развития. Формирование почв под травянистой растительностью обеспечивает ускоренное воспроизводство морфологического строения и свойств гумусового профиля почв в пределах зоны активного гуму-сонакопления с последующим довольно резким замедлением регенерационных процессов. В техногенных ландшафтах лесостепи (отвалы железорудного производства КМА) за 30 лет ежегодные скорости аккумуляции Сорг составляют в среднем около 10 т-га-1, а если складываются наиболее благоприятные эдафические условия, то могут достигать 15 т-га-1.
Воспроизводство почв на вновь экспонированной материнской породе, как это происходит на нарушенных землях горнорудных предприятий, и на абраземах с остаточными почвенными горизонтами (типы, названные первичным и рецентным почвообразованием [Голеусов, Лисецкий, 2009]), относится к важнейшим регенерационным процессам в геосистемах. Его принципиальное отличие от почвообразования на протяжении голоцена заключается в отсутствии первоначальной стадии «медленного роста» и только по завершении ускоренного протекания почвообразования на начальном этапе происходит резкое замедление скорости. Особый, третий тип воспроизводства наблюдается на залежных почвах - это аппликативное воспроизводство постагрогенного горизонта. Обобщенные данные авторов для условий типичной лесостепи показывают, что стартовые среднегодовые скорости формирования мощности регенеративного горизонта на залежах в первые 10 лет могут быть на уровне 7-8 мм-год-1.
Отсутствие систематизированных данных о скорости почвообразовательного процесса вынуждало использовать усредненные оценки по единичным измерениям, которые не учитывали статус профиля по шкале его онтогенетического развития, к тому же они не были скоординированными с биоклиматическими факторами развития почв. Путем обработки больших массивов эмпирических данных по основным типам почв [Голеу-сов, Лисецкий, 2009] было показано, что скорости формирования гумусового горизонта различаются в 3-4 раза для начальных и финальных стадий формирования почвенного профиля из-за нелинейного тренда изменения почвообразования во времени. И потому чем более длительный интервал времени привлекается для оценки темпов педогенеза, тем в большей мере будет искажено истинное значение скорости. Поэтому применение оценок скорости почвообразовательных процессов, полученных для начальных этапов педогенеза, к полнопрофильным или близких к ним по степени онтогенетической зрелости, противоречит закономерности формирования гумусового горизонта почв.
Расчеты по разработанным авторами [Голеусов, Лисецкий, 2009] моделям, отражающим формирование почв в благоприятных и неблагоприятных эдафических условиях экотопов, позволяют получить нормативы воспроизводства почв, которые обосновывают дифференцированный подход к противоэрозионной организации ландшафта. Чем сильнее выведена почва из состояния равновесия, тем выше скорость регенерационных процессов. Это подтверждается многими натурными наблюдениями. Компенсация эрозии почвообразованием усиливается с повышением степени нарушения (эрозионной «сработки») почвенного профиля. Однако в расчете ДЭПП должны учитываться не
столько скорости природного воспроизводства почв, сколько их способность восполнять потери без существенного нарушения функционирования [Голеусов, Лисецкий, 2009]. Согласно концептуальным представлениям о процессах ренатурации, у агроабраземов, выведенных из пашни, заново формируется морфологическое строение гумусово-ак-кумулятивного горизонта, а воспроизводство ПОВ происходит путем матричной достройки органо-минеральных комплексов, унаследованных от агро-генно нарушенной почвы-предшественника. Ранее отмечали [Когут, Семенов, 2020], что на залежах скорость восстановления содержания ПОВ зависит от исходного содержания в агропочве-предшествен-нике. Нами [Голеусов, Малышев, 2022] установлено, что при рецентном воспроизводстве черноземов (на насыпных переотложенных почвогрунтах) эта зависимость такова, что максимальная скорость гуму-сонакопления достигается при исходном содержании ПОВ =2%, минимальная — при =6% Однако, по мнению авторов, нельзя отождествлять формирование постагрогенного гумусового горизонта в пределах пахотного слоя агропочвы-предшественника с его формированием из материнской породы при первичном почвообразовании. В первом случае это лишь функциональная реабилитация остаточного гумусового горизонта, а во втором - прогрессивное развитие (становление) в составе нового (рецентно-го) почвенного профиля.
Вклад эрозионно-аккумулятивных процессов в формирование гумусосферы агроландшафтов. При оценке потерь органического вещества (ОВ) в результате почвенной эрозии следует учитывать изменения содержания ОВ в пахотном горизонте из-за постоянной компенсации эрозионных потерь припахиванием почвы из подпахотного горизонта. Среднее содержание ОВ к моменту времени t (ОВ?, %) рассчитывается по следующей формуле: ОВt = 0,й1хОВрхК + ОВрр (1- 0,01хК), (3)
где ОВр — содержание ОВ в пахотном горизонте на начальный момент времени, %; ОВрр — содержание ОВ в подпахотном горизонте, %; К — количество «старого» почвенного материала в пахотном горизонте ко времени t, %. Величину параметра К можно рассчитать по формуле:
К = 100х(1 -(0,1 Щу хНр)У, (4)
где Ш — среднегодовые эрозионные потери почвы, т-га-1; Нр — мощность пахотного горизонта, мм; у — объемная масса смываемого слоя почвы, т-м-3; t — количество лет.
С учетом (3) и (4) среднегодовые потери ОВ в результате эрозии (Д0Ве, т-га-1) можно рассчитать по формуле:
АОВе = 0,01хрхШх0В^ (5)
где р — коэффициент превышения содержания ОВ в твердом стоке над исходным содержанием в почве. Необходимость введения коэффициента р обуслов-
лена селективным характером проявления водно-эрозионного процесса, из-за чего первоначально выносятся частицы, имеющие меньшую плотность твердой фазы.
Коэффициент селективности (р), который необходим для расчета по формуле (5) и величин ДЭПП по методике [Швебс, Лисецкий, 1985] (табл. 1), имеет значительные различия как в почвенно-географическом измерении, так и в конкретных по-чвенно-геоморфологических условиях водосбора. Обобщив данные по содержанию ОВ в отдельных фракциях, были получены коэффициенты потенциального превышения содержания ОВ во фракциях размером <0,01 мм над средневзвешенным значением в почве — Кпр. Для генетически разнотипных почв значения Кпр составляют: 1,87 (серые лесные почвы), 1,44 (черноземы выщелоченные), 1,34 (черноземы типичные), 1,40 (черноземы обыкновенные), 1,50 (черноземы южные), 2,38 (каштановые), 1,55 (бурые, серо-бурые), 1,68 (сероземы). Величины Кпр могут быть приняты как предельные значения параметра р в методике [Швебс, Лисецкий, 1985].
Многими экспериментальными исследованиями содержания Сорг в почве и наносах подтвержден избирательный характер обогащения Сорг перемещаемой эрозией почвы. По результатам исследований в США [Avnimelech, McHenry, 1984], средние коэффициенты обогащения твердого стока ПОВ составляли 1,84 при размахе от 0,34 до 10,86. Установлено [Танасиенко, 1983], что гранулометрический состав твердого стока тяжелее, чем исходная почва, за счет снижения содержания в нем фракции крупной пыли (0,05-0,01 мм) и увеличения доли илистой фракции (<0,001 мм). В результате эрозии происходит селективный отбор частиц с меньшей плотностью твердой фазы, обогащенных ПОВ, и, как установлено в опытах с искусственным дождеванием [Хан и др., 1981], среди них частицы с гидравлической крупностью <0,01 мм наиболее активно вовлекаются в транспорт наносов. Исследованиями межручейковой эрозии на лювисолях [Wang et al., 2013] определено, что у частиц минерально связанного Сорг размером <0,02 мм коэффициент обогащения уменьшается с увеличением концентрации осадка, а в среднем при концентрации педоседимен-тов 10 г-л-1 он составил 2,8. Причем отмечена высокая устойчивость минерально связанного Сорг по сравнению с углеродом дисперсного ОВ (particulate organic carbon — POC), что показывает необходимость оценки отдельной его роли в углеродном цикле. Следует также учитывать, что в результате проявления водной эрозии происходит потеря водорастворимого ПОВ: со стоком талых вод эта величина оценивается в 0,05-0,1 г-л-1 [Танасиенко, 1983].
Заключение
В современном эрозиоведении наиболее перспективными определены подходы для расчета
ДЭПП, которые отличает комплексная увязка оценок качества почвенных ресурсов, темпов эрозии и почвообразования, включающая также уравнения баланса органического углерода почв. Использование авторской базы почвенно-хроно-логических данных и результатов математического моделирования процесса почвообразования во времени, а также оценка различий скорости формирования гумусового горизонта между начальными и финальными стадиями процесса (до 3-4 раз) показали, что учет координированности параметров скорости педогенеза и степени онтогенетической зрелости гумусового профиля позволяет исключить методические ошибки при обосновании ДЭПП. При этом по мере эрозионной трансформации почвенного профиля появляется потенциальная возможность активизации компенсационных механизмов воспроизводства почв. Сравнительный анализ эффективности процессов ренатурации нарушенных почв показал, что у выведенных из пашни агроабра-земов происходит функциональная реабилитация остаточного гумусового горизонта, которую нельзя отождествлять с формированием гумусового профиля из материнской породы при первичном почвообразовании.
Существенный размах варьирования скорости формирования постагрогенного гумусового горизонта у черноземов лесостепи (в среднем за 30 лет воспроизводства от 3,6 до 6,0 мм-год-1) обусловлен влиянием степени эрозионной деградации почвы-предшественника. Это предполагает, с одной стороны, необходимость учета степени эродированно-сти в прогнозировании воспроизводства, а с другой стороны, возможность управления этим процессом. Темпы природного воспроизводства при этом можно считать базовым уровнем, который целесообразно превзойти применением технологий реабилитационного (регенеративного) земледелия. При всестороннем обосновании параметров ДЭПП в агроландшафтах с применением почвовосстанавли-вающих технологий земледелия следует учитывать специфику воспроизводства ПОВ, заключающуюся в матричной достройке органо-минеральных комплексов, унаследованных от агрогенно нарушенной почвы-предшественника.
Нелинейность проявления водно-эрозионных процессов на педотопокатенах отражается в отклонении от однородного почвенного покрова по топографическому градиенту и отсутствии строгой детерминированности распределения микро-зон интенсивного смыва и аккумуляции продуктов эрозии. Эрозионные катены характеризуются различным проявлением процессов эрозии и аккумуляции наносов не только в различных частях склона, но и при сопоставлении разноэкспониро-ванных склонов. Сравнительный анализ почвенно-геоморфологических взаимоотношений на эрозионных катенах с природным почвенным покровом
показал, что при трендовой зависимости снижения мощности гумусового горизонта по мере увеличения крутизны наблюдается в некоторых микрозонах увеличение мощности профиля по мере нарастания величин уклонов и длины линии стока, а сходная мощность гумусового горизонта отмечается на склонах, различающихся в несколько раз по крутизне. Полученные результаты по сравнению по-чвенно-геоморфологических взаимоотношений в разновозрастных педотопокатенах стимулируют совершенствование структуры формул расчета рельефной функции (Ь8) с учетом особенностей перераспределения наносов по длине склона. Это определяет необходимость введения переменной величины степени при показателе длины склона, что позволит адекватно отражать зависимость эро-дированности почв от условий рельефа. Помимо эрозионно-аккумулятивных процессов, во многом определяемых разнообразным влиянием геоморфологических факторов, на склонах, особенно полярных экспозиций, и на отдельных ландшафтных микрозонах формируются своеобразные условия почвообразования, включающие режимы образования и трансформации ПОВ. Все это создает основания для сомнений в объективности использованной парадигмы в широко практикуемом почвенно-мор-фологическом методе диагностики степени смыто-сти склоновых почв.
В условиях агроландшафтов для почв, выведенных эрозионной трансформацией из состояния равновесия с факторами почвообразования, методики расчета ДЭПП должны, по мнению авторов, во-первых, интегративно и количественно оценивать процессы эрозии, почвообразования и углеродного баланса, а во-вторых, отражать динамические характеристики ключевых процессов почвообразования. Это позволит уйти от прежней методологии по отождествлению ДЭПП со среднемноголетни-ми статичными оценками скоростей природного воспроизводства почв к новым подходам, в фокусе которых будет находиться развернутый во времени алгоритм управляемых скоростей агропедогенеза, поддерживающих режим квазиустойчивого равновесия по траекториям простого или расширенного воспроизводства ресурсов почвенного плодородия.
Информация о финансировании работы
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-17-00169 «Потенциал депонирования органического углерода и ресурсно-экологическая реабилитация черноземных почв в агроландшафтах» га/рш}еС:/23-17-00169/).
СОБЛЮДЕНИЕ
ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ
В данной работе отсутствуют исследования человека или животных.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ганжара Н.Ф., Ганжара Л.Н. О соотношении скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродируемых почвах // Оценка и картирование эрозионноопасных и дефляционноопасных земель / Под ред. М.Н. Заславского. М., 1973.
2. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Воспроизводство почв в антропогенно нарушенных ландшафтах лесостепи. М., 2009.
3. Голеусов П.В., Малышев А.В. Воспроизводство профиля чернозема при различной степени нарушения военными действиями // Региональные геосистемы. 2022. Т. 46, № 3. https://doi.org/10.52575/2712-7443-2022-46-3-463-473
4. Гродзинский М.Д., Шищенко П.Г. Ландшафтно-экологический анализ в мелиоративном природопользовании. Киев, 1993.
5. Демидов В.В., Макаров О.А. Физические основы эрозии почв: механизм, закономерности проявления и прогнозирования. М., 2021. https://doi.org/10.29003/ m2428.978-5-317-06630-7
6. Заславский М.Н. Смытые почвы и их диагностика // Эрозионные процессы / Под. ред. Н.И. Маккавеева, Р.С. Чалова. М., 1984.
7. Каштанов А.Н., Лисецкий Ф.Н., Швебс Г.И. Основы ландшафтно-экологического земледелия. М., 1994.
8. Когут Б.М., Семенов В.М. Оценка насыщенности почвы органическим углеродом // Бюл. Почвенного инст. им. В.В. Докучаева. 2020. Вып. 102. https://doi. org/10.19047/0136-1694-2020-102-103-124
9. Кузнецов М.С., Демидов В.В., Абдулханова Д.Р. Закономерности распространения смытых и намытых дерново-подзолистых почв на склонах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2009. № 1.
10. Кузнецов М.С., Абдулханова Д.Р. Экологические пределы допустимой эрозии почв центральных районов Европейской территории России // Проблемы агрохимии и экологии. 2014. № 4.
11. Наумов С.В. К вопросу классификации смытых почв // Почвоведение. 1955. № 5.
12. Сухановский Ю.П., Прущик А.В. Моделирование водной эрозии почв. Курск, 2023.
13. Танасиенко А.А. Гумус выщелоченных черноземов и его изменение под воздействием смыва // Почвоведение. 1983. № 4.
14. Хан К.Ю., Игошин Н.И., Гайворон А.И. О про-тивоэрозионной стойкости некоторых типов почв юга Европейской территории Союза // Научн. техн. бюл. по проблеме «Теоретические и практические вопросы почвозащитного земледелия». Вып. 1(28). Курск, 1981.
15. Швебс Г.И. Теоретические основы эрозиоведе-ния. Киев-Одесса, 1981.
16. Швебс Г.И., Лисецкий Ф.Н. Допустимая норма смыва и оптимизация использования земельных ресурсов // Эродированные почвы и повышение их плодородия / Под ред. В.П. Панфилова. Новосибирск, 1985.
17. Avnimelech Y., McHenry J.R. Enrichment of transported sediments with organic carbon, nutrients and clay // Soil Sci. Society of America J. 1984. Vol. 48, № 2.
18. Di Stefano C., Nicosia A., Pampalone V. et al. Soil loss tolerance in the context of the European Green Deal // Heliyon. 2023. Vol. 9, № 1. https://doi.org/10.1016/j.heliy-on.2023.e12869
19. Larsen I.J., Almond P.C., Eger A. et al. Rapid soil production and weathering in the Southern Alps, New Zealand // Science. 2014. Vol. 343, № 6171. https://doi.org/10.1126/sci-ence.1244908
20. Letey J., Sojka R.E., Upchurch D.R. et al. Deficiencies in the soil quality concept and its application // J. Soil Water Cons. 2003. Vol. 58, № 4.
21. Lisetskii F. Estimates of soil renewal rates: Applications for anti-erosion arrangement of the agricultural landscape // Geosciences. 2019. Vol. 9, № 6. https://doi. org/10.3390/geosciences9060266
22. Morgan R.P.C. Soil Erosion. London, N. Y., 1979.
23. Olson K.R., Al-Kaisi M., Lal R. et al. Soil organic carbon dynamics in eroding and depositional landscapes //
Open J. Soil Sci. 2016. Vol. 6. https://doi.org/10.4236/ ojss.2016.68013
24. Pierce F.J., Larson W.E., Dowdy R.H. Soil loss tolerance: Maintenance of long-term spoil productivity // J. Soil Water Cons. 1984. Vol. 39, № 2.
25. Skidmore E.L. Soil loss tolerance // Determinants of soil loss tolerance. American Society of Agronomy special publication No. 45. Madison, 1982.
26. Smith R.M., Stamey W.L. Determining the range of tolerance erosion // Soil Sci. 1965. Vol. 100, № 6.
27. Wang Z., Govers G., Oost K.V. et al. Soil organic carbon mobilization by interrill erosion: Insights from size fractions // J. Geophys. Research: Earth Surface. 2013. Vol. 118, № 2. https://doi.org/10.1029/2012JF002430
Поступила в редакцию 14.02.2024 После доработки 28.03.2024 Принята к публикации 19.04.2024
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 3 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 3
TOLERABLE SOILS EROSION LOSSES AND SOIL FORMATION RATES IN THE CONTEXT OF CARBON BALANCE REGULATION
F. N. Lisetskii, P. V. Goleusov, Zh. A. Buryak
Erosion-accumulation processes are realized through paragenetic processes of soil destruction, transport, redeposition and accumulation of pedosediments enriched in organic carbon. A promising approach in modern methods for substantiating permissible erosion losses of soils is the integration of assessments of the quality of soil resources, the rate of erosion and soil formation, including calculations of the balance of organic carbon in soils of agroeco-systems. The range of research tasks included: analysis of current integrated approaches to justify the permissible erosion losses of soils that are the most promising from the point of view of the completeness of reflection of ag-ropedogenesis; assessment of the effectiveness of the process of regeneration of the humus horizon under primary, recent and postagrogenic variants of soil reproduction; identification of patterns of formation of natural soil cover on dated and full Holocene erosional pedotopocatena; determination of the effectiveness of erosion-accumulation processes in the formation of pedosediments enriched with organic carbon in the thalwegs of runoff depressions during an extreme hydrological event and in accumulative elements of the landscape over a centuries-long period. The main objects of the study were soils of different ages in a state of renaturation, which were selected in anthropo-genically disturbed geosystems of the European forest-steppe. In addition, soil-geomorphological features within different-aged erosional pedotopocatenes and processes of accumulation of pedosediments at different scale levels were studied.
The results of mathematical modeling of the soil-forming process over time, based on an extensive database of soil-chronological data, show significant differences in the rate of formation of the humus horizon at the initial and quasi-final stages of pedogenesis, as well as the relationship between the ontogenetic maturity of the humus profile and the rate of pedogenesis, which must be taken into account when justifying acceptable erosion losses. Long-term studies of the processes of renaturation of disturbed soils in the forest-steppe zone have identified a special type of reproduction in Agroabrozems, when functional rehabilitation of the residual humus horizon occurs, which differs from primary pedogenesis during the formation of a humus profile on parent rocks. Depending on the erosional transformation of the predecessor soil profile, the average rates of formation of the postagrogenic humus horizon in forest-steppe Chernozems range from 3,6 to 6,0 mm-year-1. As shown by the results of studying different-age and full-Holocene pedotopocatenes, the natural soil cover, which reflects the processes of erosion-accumulation and landscape slope microzonality, and soil-geomorphological relationships can be adequately formalized by improving the formula for calculating the relief function in erosion models through the introduction of a variable power value for the slope length index.
Keywords: erosion-accumulative processes, soil reproduction, pedotopocatenes, pedosediments, soil organic carbon.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Лисецкий Федор Николаевич, докт. геогр. наук, профессор кафедры природопользования и земельного кадастра Белгородского государственного национального исследовательского университета, e-mail: [email protected]
Голеусов Павел Вячеславович, докт. геогр. наук, профессор кафедры природопользования и земельного кадастра Белгородского государственного национального исследовательского университета, e-mail: [email protected]
Буряк Жанна Аркадьевна, канд. геогр. наук, ст. науч. сотр. Федерально-регионального центра аэрокосмического и наземного мониторинга объектов и природных ресурсов Белгородского государственного национального исследовательского университета, e-mail: [email protected]
© Lisetskii F.N., Goleusov P. V., Buryak Zh.A., 2024
