CC BY
37
УДК 911.2; 631.4
С.Я. Кудряшова, Л.Ю. Дитц, А.Ф. Путилин, А.В. Чичулин,
А.М. Шкаруба, А.С. Чумбаев, Г.Ф. Миллер СГГ А, Новосибирск
ОЦЕНКА ЗАПАСОВ И ЭРОЗИОННЫХ ПОТЕРЬ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ПОЧВАХ ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНОВ ЛЕСОСТЕПИ ПРИОБЬЯ НА ОСНОВЕ ГИС
S.Ya. Kudryashova, L.Yu. Dits, A.F. Putilin, A.V. Chichulin, A.M. Shkaruba,
A.S. Chunbayev, G.F. Miller SSGA, Novosibirsk
GIS-BASED ESTIMATION OF ORGANIC CARBON RESERVES AND EROSION DAMAGE IN FOREST-STEPPE DRAINAGE BASINS SOILS OF THE OB VICINITY
The principles of basin concept for estimation soil carbon stocks and their erosive losses at agricultural use at the different hierarchical levels of structural organization with GIS.
В настоящее время для описания современного географического и временного распределения запасов почвенного углерода все чаще используется бассейновая концепция, как ведущая часть функциональноцелостного подхода. Обоснование бассейна, как самой распространенной, геосистемы, целостного природно-геоморфологического образования, в границах которого замыкаются основные циклы круговоротов вещества и энергии, дает значительную возможность для выявления особенностей формирования запасов углерода в пределах территориальных выделов различного иерархического уровня [1, 2].
Целью нашей работы являлась оценка запасов углерода в почвах локального водосборного бассейна лесостепи Приобья и их эрозионных потерь при сельскохозяйственном использовании на основе дистанционной информации для разных иерархических уровней его организации. Актуальность исследования связана с высокой значимостью почвенного покрова лесостепи Западной Сибири в структуре глобального углеродного баланса, как в создании общих запасов, так и в части, связанной с выносом органического углерода. Согласно имеющимся данным, всего в почвенном покрове Западной Сибири содержится 22 642 млрд. т органического углерода их которых более 30 % сформировано почвами лесостепной зоны [3].
Вынос органического углерода происходит, главным образом, в результате развития эрозионных процессов, которые определяются спецификой природно-климатических условий и степенью антропогенной нагрузки. В лесостепи Приобья интенсивное развитие эрозии обусловлено крупными водосборами (435-654 тыс. га), которые сформированы на легкоразмываемых породах. Другой, очень важный аспект, связан с практикой землепользования. Согласно имеющимся данным разные формы сельскохозяйственного производства занимают от 50 до 80 % территории
лесостепной зоны, что значительно больше, чем во многих крупных европейских странах. За время культивации общие потери углерода составили 29 % к исходному запасу.
Специальной задачей нашего исследования являлось изучение динамики запасов почвенного углерода в связи с особенностями развития эрозионных процессов на водосборных бассейнах лесостепи Приобья. По имеющимся материалам, с момента распашки до наших дней, потери углерода из пахотных почв за счет эрозии и дефляции составили 10 % от общих потерь. Основной вынос органического вещества происходит с талыми водами в многоснежные гидрологические годы. Однако, большая часть проведенных исследований имеет характер оценок, тогда как ключевым показателем в бассейновом пространстве является баланс твердого вещества - результат концентрирующегося потока цепочки процессов, протекающих гипсометрически сопряжено.
В качестве объекта исследования на территории Приобского плато бы выбран типичный водосборный бассейн, в пределах которого на локальном водосборе был заложен эталонный участок для выявления взаимосвязи между содержанием углерода и интенсивностью развития эрозионных процессов. В пределах ложбины стока по специально разработанной схеме нами было проведено определение запасов почвенного углерода на участках, имеющих максимально выраженные эрозионные и аккумулятивные формы (табл. 1).
Таблица 1. Среднестатистические запасы органического углерода, т/га
Глубина, см Водораздел Средняя и нижняя части склона Подножие склона
0-10 33,6 24,0 34,1
10-20 12,6 4,5 35,2
20-30 12,4 4,1 25,4
30-40 11,8 3,3 15,8
40-50 8,3 3,3 14,9
50-60 5,7 2,2 6,3
70-80 3,0 2,5 6,9
90-100 2,8 2,4 5,3
Всего 90,2 46,4 143,9
Площади почв, в разной степени подверженных воздействию эрозии, получены на основе анализа цифровой модели рельефа, дистанционной информации и полевых обследований. В работе были использованы космические снимки высокого разрешения (15-30 метров), которые позволили по яркостным характеристикам в различных зонах спектра выявлять малые эрозионные формы.
На основе цифровой модели рельефа малого водосборного бассейна, полученной с помощью модулей Spatial Analyst и 3D Analyst ArcView и
цифровых слоев топографических карт с гипсометрическими данными, получены площади деградированных в результате эрозионных процессов участков в зависимости от угла наклона поверхности, экспозиции склона и положения в рельефе (табл. 2).
Таблица 2. Описание топографических параметров
Категория эродированности почв Угол наклона, град Положение на склоне Площадь почвенного выдела, га
ненарушенные 0-1 водораздел 2,7
слабо-и среднесмытые 1-5 верхняя и средняя части склона 9,5
сильносмытые 5-7 центральная часть ложбины стока 0,5
намытые 7-9 нижняя часть склона 4,0
Установлено, что концентрация углерода в отложениях новых осадочных масс находится в тесной корреляционной зависимости от скорости и интенсивности развития эрозионных процессов. Запас углерода, определяется содержанием органического вещества и площадью, которую занимают почвенные разности. В пределах исследованного водосбора, площадь которого составляет 16,7 га, большая часть углеродного бюджета (45 %) формируется намытыми почвами, занимающими четвертую часть общей площади. Содержание органического вещества в слабо - и среднесмытых почвах довольно низкое, но так как они занимают большую часть площади водосбора (60 %), то их вклад в общий запас довольно высок - 36 % от общего запаса. Ненарушенные почвы водораздела занимают 16 % и создают менее 20 % углеродного запаса. Подобным образом, на основе принципа замкнутости эрозионного баланса вещества в условиях естественных границ может быть проведено описание количественных соотношений компонентов баланса почвенного органического углерода, как в пределах бассейновой геосистемы в целом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Путилин А.Ф., Дитц Л.Ю., Кудряшова С.Я., Чичулин А.В., Шкаруба А.А. Принципы бассейновой концепции в исследовании почвенно-эрозионных процессов, запасов органического углерода в почвенном покрове лесостепи Приобья с использованием ГИС технологий.- Сибирский экологический журнал, № 5, 2007. - С. 741-751.
2. Ж.-Б. Вэй, Д.-Н. Дзяо, Д.-Й. Чжанг, Д.-Ю. Ли. Влияние рельефа и типа земель на пространственное распределение углерода органических веществ в почвах (на примере типичного локального водосборного бассейна в зоне черных почв северо-востока Китая). - Почвоведение, № 1, Январь 2008, С. 44-53.
3. Титлянова А.А., Кудряшова С.Я., Косых Н.П. Воспроизводство фитобиоты и почвенного органического вещества Природные ресурсы антропосферы: воспроизводство, стоимость, рента. -М.: Изд-во Янус-К, 2003. - С 110-136.
© С.Я. Кудряшова, Л.Ю. Дитц, А.Ф. Путилин, А.В. Чичулин,
А.М. Шкаруба, А.С. Чумбаев, Г.Ф. Миллер, 2008
