CC BY
10УДК 631.4
Д.В. Фомичева1, Н.И. Лозбенев2 1 МГУ им. М. В. Ломоносова 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1 2Почвенный институт им. В.В. Докучаева 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7 стр. 2
D.V. Fomichev1, N.I. Lozbenev2
1Moscow State University 1, Leninskie gory str., Moscow, 119991 2Soil Institute. V.V. Dokuchaeva 7/2, Pizhevskii str., Moskow, 119017
e-mail: f.d.vladimirovna@rambler.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭРОЗИОННЫХ СТРУКТУР ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА (НА ПРИМЕРЕ ЮЖНОГО СКЛОНА КЛИНСКО-ДМИТРОВСКОЙ ГРЯДЫ)
Цель исследования заключается в применении математических методов расчета эрозии почв и данных полевых почвенных обследований для моделирования пространственной конфигурации эрозионных структур почвенного покрова. Проведена попытка совмещения методов статистического и физико-математического моделирования и почвенно-морфологического метода полевых наблюдений. Исследования показали, что применения математических эрозионных моделей для пространственного цифрового моделирования эрозионных структур почвенного покрова обладают высокой перспективностью.
Ключевые термины: эрозионная модель, почвенно-морфологический метод, структуры почвенного покрова, дерново-подзолистые почвы.
MODELING OF EROSION STRUCTURES OF THE SOIL COVER (ON THE EXAMPLE OF THE SOUTHERN SLOPE OF THE KLIN-DMITROVSKY CROSS)
The purpose of the study was to apply digital modeling methods and field soil survey data to simulate the spatial configuration of erosional soil cover structures. An attempt was made to combine the methods of statistical and physico-mathematical modeling and the soil-morphological method of field observations. Studies have shown that the use of mathematical erosion models for spatial digital modeling of erosional soil cover structures is highly promising.
Keywords: erosion model, soil-morphological method, soil cover structures, sod-podzolic soils.
На сегодняшний день активно развиваются методы цифровой почвенной картографии. При этом в литературе практически отсутствуют исследования, использующие данные подходы для изучения эрозионно-аккумулятивных процессов. Многие цифровые эрозионные модели не учитывают при расчете частные особенности моделируемой территории, полевые наблюдения приводят к интерполяции субъективных значений, присущих конкретной точки, на большие территории. Необходима разработка метода, который при применение комплекса цифровых методов в совокупности с полевыми и аналитическими данными почвенных исследований может существенно облегчить изучение почвенного покрова, подверженного эрозионным процессам.
В качестве объекта исследования выбран полигон, расположенный в Московской области, на территории стационара Почвенного института имени В.В. Докучаева. Общая площадь территории около 100 км2, 70% которой занимают леса с доминированием коренных пород и разновозрастные леса вторичной сукцессии. Остальные земли заняты пашней и разновозрастными залежами. Почвенный покров представлен дерново-подзолистыми почвами разной степени оподзоленности, оглеенности и эродированности, сформированными на покровных суглинках, подстилаемых мореной (Сорокина и др., 2013). В южной части суглинки переходят в
© Фомичева Д.В., Лозбенев Н.И., 2018
зандровую равнину. Согласно природному районированию участок относится к южным макросклонам Клинско-Дмитровской гряды, северной части Смоленско-Московской
возвышенности (Гвоздецкий, 1968).
Цель исследования заключается в применении математических методов расчета эрозии почв и данных полевых почвенных обследований для моделирования пространственной конфигурации эрозионных структур почвенного покрова, то есть таких структур почвенного покрова, ведущим фактором формирования и эволюции которых являются эрозионные процессы.
В качестве факторно-индикационной основы использованная цифровая модель рельефа (ЦМР) разрешением 30 метров, построенная по высотным отметкам крупномасштабной топографической карты. На её основе по модели WaTEM/SEDEM (Notebaert and ect. 2006), рассчитана интенсивность водной эрозии в величинах поверхностного смыва почв (т/га* год),
На изучаемой территории сотрудниками Почвенного института за последние 50 лет накоплена база данных из 1500 точек полевых почвенных описаний, часть из которых (879), расположенная в пределах пашни, использована для статистического сравнение расчетных данных интенсивности смыва с таксонами почв разной степени смытости.
В пределах изучаемой территории выделены почвы трёх степеней смытости на основе сравнения мощности горизонтов Апах и А2В (Иванов, 2013):
несмытые (Пд), с полным профилем: Апах (26-30 см) - А2В (36-50 см) - Ы (50-...); слабосмытые (Пдэ1), с профилем Апах (26-30 см) - А2В (<36 см), и среднесмытые (Пдэ2) почвы: Апах (<25 см) -А2В(отсутствует) - Ы (25-.). Сильносмытых почв на территории обнаружено не было.
Эрозионная модель WaTEM/SEDEM основана на уравнении ^ЬЕ. Применение данной модели для исследуемой территории на данном этапе изучения имеет ряд неточностей. В частности, в данном уравнение не учитывается талый смыв, имеющий для территории исследования большое значение. Эрозионный индекс дождевых осадков брался с катр Г.А. Ларионова (1993), которые возможно не в полной мере характеризуют климатические параметры за весь период распашки. Достоверно не известен точный возраст распашки и полная история севооборотов территории, что влияет на результат, понижая его точность.
Однако отметим, что данная работа направлена преимущественно на разработку методов цифрового картографирования. В дальнейших исследованиях необходимо учесть указанные недостатки и использовать более точные методы расчета эрозии почв на основе математических моделей.
На базе массива из 879 почвенных описаний и расчетных темпов водной эрозии было определено количество описаний почв разной степени смытости и их долевое участие в дискретных градациях интенсивности расчетного смыва, объединённых по 5 т/га*год; от 0 до 5 т/га*год, от 5 до 10 т/га*год, от 10 до 15 и т.д.
В результате сопоставления долевого участия категорий почв и интенсивности потенциального смыва были построены эмпирические функции принадлежности, описывающие изменение долевого участия почв разной степени смытости в связи с интенсивностью смыва (рис. 1).
о
\
\ ^_[_г_[ \ \ \ ■V Ч
N ^ ° Ч
о ......-Ч- у
а
О 5 10 16 20 25 30 35^"
Интенсивность смыЕа. т,'гаАгцд
Рис. 1. Функции принадлежности долевого участия почв разной степени смытости (ег0 - несмытые почвы, ег1 - слабосмытые почвы, ег2 - среднесмытые почвы).
Эмпирические функции принадлежности для групп почв разной степени смытости описываются разными уравнениями. Вид этих функций выбирался на основе сравнения уровней аппроксимации. Долевое участие несмытых почв и слабосмытых почв
в зависимости от темпов смыва описывается полиномиальной функцией второй степени, зависимость доли среднесмытых почв в данном случае представлена линейной зависимостью. График иллюстрирует то, что долевое участие несмытых почв находится в обратной зависимости с интенсивностью смыва: при увеличение значений выноса вещества доля несмытых почв снижается.
По эмпирическим функциям для каждого пикселя было рассчитано своё значение долевого участия почв разной степени смытости в пределах пашни: несмытых, слабо- и среднесмытых.
Для выбранного масштаба исследования не получается выделить в обособленные контуры почвы по степени смытости, поэтому с использованием стандартных критериев выделения степени эродированности территории в сложных контурах (Общесоюзная инструкция., 1976) была составлена таблица (табл. 1) почвенных комбинаций по степени эродированности в пределах пашни южного склона Клинско-Дмитровской гряды, где каждой комбинации соответствует процентное соотношение площади несмытых почв к площади всего контура. Позднее 1976 года подобные инструкции не выпускались, поэтому данные критерии нуждаются в обновлении и уточнении, однако на данном этапе альтернативных источников информации нет.
Предварительные расчеты выявили что, на субгоризонтальных поверхностях (с уклоном 1-2°) доминируют преимущественно неэродированные почвенные комбинаций, представленные на данной территории дерново-слабо- и среднеподзолистыми почвами. Очень слабоэродированных,
слабоэродированных и среднеэродированных почвенных комбинаций на субгоризонтальных поверхностях почти не наблюдается.
Пологие приводораздельные склоны заняты в основном очень слабоэродированными почвенными комбинациями, состоящими из дерново-слабоподзолистых почв. Доля неэродированных почвенных комбинаций в структуре почвенного покрова пологих склонов значительно меньше, чем в пределах водоразделов.
На крутых склонах крупных эрозионных форм формируются слабоэродированные почвенные комбинации, представленными дерново-слабо- и среднеподзолистыми почвами, которые занимают здесь доминирующие позиции. Неэродированные почвенные комбинации на крутых склонах почти отсутствуют. На наиболее крутых участках склонов овражно-балочных систем встречаются
среднеэродированные почвенные комбинации, состоящие из дерново-среднеподзолистых почв. Их участие в структуре почвенного покрова сельскохозяйственных угодий очень невелико.
В целом на неэродированные почвенные комбинации приходится 24% от площади всех обрабатываемых полей. Суммарная площадь очень слабоэродированных и слабоэродированных почвенных комбинаций составляет 58% от всей распахиваемой территории. А на долю среднеэродированных почвенных комбинаций приходится всего 1% от общей площади пахотных
угодии.
Слабая степень эродированности территории, вероятно, связана с невысокой расчлененностью рельефа и расположением полей преимущественно на
субгоризонтальных поверхностях с уклоном не превышающим 2.
Таблица 1
Комбинации почв по степени эродированности, критерии их выделения
Почвенные комбинации Критерий выделения % Площадь, га Площадь, %
er0 Дополнительно
Неэродированные 1 >90 1953 24
2 90-75 1296 17
Очень слабоэродированные 3 75-50 2157 27
Слабоэродированные 4 <50 er1>er2 2465 31
Среднеэродированные 5 <50 er2>er1 79,5 1
Проведенные исследования показали, что применения математических эрозионных моделей для пространственного цифрового моделирования эрозионных структур почвенного покрова обладают высокой перспективностью. Данный метод позволяет повысить точность учета эрозионно-аккумулятивных процессов, оказывающих влияние на свойства почв и структуру почвенного покрова. Составлены функции принадлежности, позволяющие переходить к количественной оценке доли почв разной степени смытости в пределах изученной территории.
В ходе исследования выявлено, что на исследуемой территории доминирующее положение в структуре почвенного покрова занимают слабоэродированные почвенные комбинаций.
Данный метод нуждается в дальнейшей разработке подхода, верификации модели и уточнение входных параметров. После исправления неточностей будет возможен прогноз дальнейшего развития территории при сохранении существующей системы сельскохозяйственного использования и разработка адаптивно-ландшафтной системы земледелия, в рамках которой минимизируются эрозионные процессы.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №18-35-20011 мол а вед
УДК 581.132.1
Библиографический список
1. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв: основные закономерности и количественные оценки.
— Издательство МГУ Москва, 1993. — 200 с.
2. Научные основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий России и формирования систем воспроизводства их плодородия в адаптивно-ландшафтном земледелии: Т. 1. Теоретические и методические основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий. Коллективная монография / Под ред. А.Л. Иванова. - М.: Почв. Инт имени В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2013. -С. 227-228
3. Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользований / Под ред. Т.А. Ищенко. - М.: «Колос» - 1973. - 95 с.
4. Сорокина Н.П., Козлов Д.Н., Кузнецова И.В. Оценка постагрогенной трансформации дерново -подзолистых почв: картографическое и аналитическое обоснование // Почвоведение. — 2013.
— № 10. — С. 1193-1205.
5. Физико-географическое районирование СССР (характеристика региональных единиц) / Под ред. Н.А Гвоздецкого. - М.: Издательство Московского университета, 1968 - 578 с.
6. Notebaert, B., Verstraeten G., Govers G. WaTEM / SEDEM version Manual. - 2006. - 29 с.
Ю.В. Хотяновская Yu.V. Khotyanovskaya
Пермский государственный национальный Perm State University
исследовательский университет 15, Bukireva st., Perm, 614990
614990, Пермь, Букирева, 15
e-mail: 89082412863@yandex.ru
ОЦЕНКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПРИ НЕФТЕДОБЫЧЕ
НА ЮГО-ВОСТОКЕ ПЕРМСКОГО КРАЯ
В рамках экосистемного исследования проблемной территории на юго-востоке Пермского края проведена оценка физиологического состояния различных видов растительности с помощью метода регистрации относительного показателя замедленной флуоресценции (ОПЗФ) хлорофилла. Ключевые слова: замедленная флуоресценция хлорофилла, нефтедобыча.
© Хотяновская Ю.В., 2018
