CC BY
1
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 3 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 3
УДК 551.4.012; 551.435.1 |(сс)Т7аТТЯ
DOI: 10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-3-97-105
РОЛЬ НАПАШИ В ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИИ ПРОДУКТОВ АНТРОПОГЕННОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВЫ
М. М. Иванов1,2*, Н. Н. Иванова1, С. Ф. Краснов1
1 МГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1
2 Институт географии РАН, 119017, Россия, Москва, Старомонетный пер., д. 29 * E-mail: [email protected]
В работе рассматриваются особенности аккумуляции эродированного почвенного материала у подножия распаханного склона, на нижней границе которого сформирован вал напаши, и его поступления на задернованный борт малой долины. Исследован малый водосбор в районе интенсивного чернобыльского загрязнения, где положение нижней границы пашни на протяжении последних нескольких десятилетий совпадает с бровкой балки. Это позволило проследить пространственные закономерности распределения эродированного материала при стабильном функционировании напаши в качестве важного литодина-мического рубежа, аккумулирующего и перераспределяющего потоки смытого твердофазного вещества почв. Определение объемов материала, поступающего с пахотных склонов, проводилось при помощи математического моделирования эрозии на базе высокоточной цифровой модели рельефа, данных о климате, эродируемости почвы и севооборотах. Для оценки интенсивности аккумуляции использован 137Cs чернобыльского происхождения в качестве надежного хрономаркера. Основной объем эродированного материала поступает в долинную сеть по системе склоновых ложбин, концентрирующих склоновый сток и прорезающих напаши. На участках задернованных бортов вне зон концентрации стока переотложение материала в основном зависит от морфологической выраженности вала напаши, происходит локально и связано с эпизодическими переливами в результате постепенного заполнения понижения перед напашью. В существующих условиях аккумуляция продуктов эрозии почвы на задернованных бортах балки занимает сравнительно малую долю в общем балансе наносов исследованного водосбора. Существенные изменения могут произойти вследствие постепенного снижения барьерной роли напаши в результате аккумуляции эродированного почвенного материала и климатических изменений, способствующих увеличению смыва.
Ключевые слова: аккумуляция, эродированный почвенный материал, радиоцезиевый метод, чернобыльское загрязнение.
Введение
Нарушение естественного растительного покрова на склонах междуречий в процессе сельскохозяйственной деятельности приводит к интенсификации процессов эрозионного смыва [Литвин, 2002]. Мобилизуемый почвенный материал может полностью или частично переоткладываться непосредственно внутри склона и/или выноситься за его пределы. В движении вниз по склону поток вещества последовательно пересекает элементы рельефа, некоторые из которых могут выступать в качестве непреодолимых барьеров, нарушающих геоморфологическую связанность (connectivity) водосбора [Wohl et al., 2019]. Постоянное механическое воздействие на почву в процессе обработки приводит к трансформации продольного профиля склона параллельно основному направлению распашки [Curwen, 1939]. Вызванное совокупным воз-
© Иванов М.М., Иванова Н.Н., Краснов С.Ф., 2024
действием отвальной вспашки и аккумуляции мобилизованного на пашне материала формирование агротеррас и уступов является распространенным явлением для агроландшафтов по всему миру [Sillar et al., 2008; Froehlicher et al., 2016; Brown et al., 2020]. В отечественной литературе закрепился термин «напаши», обозначающий валы на нижней границе пашни высотой иногда до 1-2 м [Арманд, 1958]. М.А. Глазовская указывала, что для территорий, издавна используемых в земледелии, характерно наличие в нижних частях склонов уступчиков, «целиком образованных снесенным в результате ускоренной эрозии гумусовым горизонтом почв» [Глазовская, 1964, стр. 25]. Они выступают в роли особых трансаккумулятивных фаций, хорошо маркируемых и формами рельефа, и почвами с необычной мощностью гумусового горизонта. Напаши являются одним из первых препятствий на пути склонового стока, концентрируя, перераспределяя и аккуму-
лируя почвенный материал у подножия пахотного склона [Ларионов, 1993; Голосов, 2006; СЬагйп et а1., 2013]. Область перехода приводораздельного склона в борт малой долины является важным ли-тодинамическим рубежом, проницаемость которого определяет долю мобилизованного на распахиваемых склонах материала, которая может дальше выноситься в долинно-балочную сеть [Иванова и др., 2016].
Целью работы является анализ пространственных закономерностей выноса эродированного почвенного материала за пределы распахиваемых склонов в условиях, когда нижняя граница пашни с сформированной на ней напашью практически совпадает с бровкой малой долины на протяжении нескольких десятилетий.
Объект и методы
Полевые исследования проводились в 20212023 гг. на малом водосборе в южной части Тульской области (рис. 1А) в бассейне р. Плавы. Почвенный покров объекта исследований представлен черноземами выщелоченными разной степени смытости, сформированными на карбонатных лессовидных суглинках. Документально установленная длительность земледельческого использования разных частей водосбора составляет от 200 до 350 лет. Нарушение естественного растительного покрова в условиях сильно расчлененного контрастного рельефа
Среднерусской возвышенности спровоцировало интенсивное развитие эрозионно-аккумулятивных процессов.
После Чернобыльской катастрофы 1986 г. в южной части Тульской области возникла субши-ротно вытянутая зона интенсивного радиоактивного загрязнения («Плавское цезиевое пятно»), которая стала одним из самых крупных ареалов чернобыльского загрязнения на территории РФ. Осевая часть пятна с наибольшей плотностью загрязнения 185-555 кБк-м-2 [Атлас современных..., 2009] проходит через центральную часть бассейна р. Плавы (рис. 1Б), где расположен объект исследований. Основным радиоактивным загрязнителем является 137Cs, который одновременно может служить очень удобным трассером при исследовании эрозионно-аккумулятивных процессов [Zapata, 2002]. В бассейне р. Плавы исследования эрозии с использованием радиоцезиевого метода проводятся на протяжении более 25 лет. Обзор основных полученных результатов опубликован в литературе [Иванов и др., 2023].
Выбранный малый водосбор входит в состав водосбора Лапки, изучение которого, включая крупномасштабное исследование перераспределения наносов и 137Cs, уже проводилось в конце 1990-х гг. [Panin et al., 2001]. Площадь выбранного объекта составляет 0,261 км2, а перепад высот 52 м — от 187 в приустьевой части днища до 236 м на водораз-
Рис. 1. Район проведения работ (А): 1 — местоположение бассейна р. Плавы. Радиоактивное загрязнение бассейна р. Плавы [Атлас современных и прогнозных..., 2009] (Б): 2 — расположение исследованного водосбора; 3 — реки; 4 — граница бассейна; плотность радиоактивного загрязнения: 5 — <37 кБк-м-2, 6 — 37-185 кБк-м-2, 7 — 185-555 кБк-м-2. Схема исследованного склонового водосбора (В): 8 — горизонтали, 9 — граница водосбора, 10 — нижняя граница пашни (напашь), 11 — линии тока, использованные для моделирования эрозии
дельной поверхности. Была произведена аэрофотосъемка территории участка с помощью БПЛА (DJI Mavic 2). Путем обработки полученных фотографий была создана цифровая модель местности (ЦММ) высокого разрешения. Для обрабатываемых склонов площадью 0,233 км2 было произведено моделирование среднего многолетнего смыва для периода 1986-2022 гг. по сетке с размером ячейки 10-10 м (рис. 1В).
В основе модели, по которой проводились расчеты, лежит «Универсальное уравнение потерь почвы» (Уравнение Уишмейера - Смита, USLE/ RUSLE) [Wischmeier, Smith, 1978], которое нашло всемирное признание и практическое применение во многих странах. В России уравнение Уишмейера - Смита было адаптировано в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов имени Н.И. Маккавеева географического факультета МГУ под научным руководством и авторством Г.А. Ларионова. Была проведена модернизация модели и разработка блока «Эрозия при снеготаянии», создана база данных по основным входным параметрам модели для условий России [Ларионов, 1993]. Использование цифровых моделей рельефа (ЦМР) для оценки эрозионных процессов, получившее в последнее время широкое распространение, послужило толчком для дальнейшего усовершенствования модели с использованием ГИС-технологий, позволяющих оперативно и с наименьшими трудозатратами оценить один из основных факторов эрозионного процесса — фактор рельефа. Разработанный алгоритм расчета позволяет также оценивать и внутрисклоновую аккумуляцию. Современный вариант модели получил название «Эрозия почв от дождя и снега на сельскохозяйственных землях», или «Soil Erosion from Rain and Snow on Agricultural Lands» (SERSAL), полностью отражающее ее назначение.
Блок дождевой эрозии, оценивающий сред-немноголетнюю интенсивность смыва (т/га/год), включает четыре фактора и рассчитывается по уравнению:
W, = R30xnxLSxK№ где: R30 — фактор эродирующей способности дождя (эрозионный индекс осадков); П — фактор эроди-руемости почв; LS — фактор рельефа — произведение зависимостей, описывающих влияние на смыв длины и крутизны склона, является интегральной характеристикой рельефа, получившей название «эрозионный потенциал рельефа» (ЭПР); Кд — фактор почвозащитной способности культур (агротехнический) в период дождевых осадков.
Блок эрозии при снеготаянии содержит зависимости адаптированной модели ГГИ для расчета среднемноголетней интенсивности смыва. Основное уравнение имеет вид:
WT = WLx[I]xKT,
где: WL — смыв со склона длиной L, распаханного под зябь; [I] — фактор крутизны склона; Кт — фактор агрофона в период снеготаяния.
Смыв со склона WL рассчитывается в зависимости от эродируемости (смываемости) почвы П, слоя склонового стока h, зависящего от запасов воды в снеге H с учетом осадков за период снеготаяния, уклона склона i, природной зоны и гранулометрического состава почвы.
Программа для реализации модели SERSAL написана на языке программирования MapBasic для среды MapInfo Professional. Данные для расчета смыва с использованием SERSAL формируются в пяти входных файлах (таблицах MapInfo), названия которых указываются в «рабочем» текстовом файле, принимаемом к расчету. Первый файл содержит данные по геоморфологическим характеристикам рельефа исследуемого участка (крутизна и экспозиция склонов), полученные путем обработки ЦМР участка с помощью пакета инструментов ArcGis. Второй — индекс природной зоны, среднемного-летние значения запаса воды в снеге с учетом слоя осадков, выпавших за период снеготаяния, и эрозионный индекс осадков. Третий файл — характеристики почвы, определяющие ее эродируемость. Четвертый — данные по составу и почвозащитным свойствам агрофона. Пятый файл — внешние границы участка, которыми могут быть оконтурива-ющие участок линии водораздела и/или рубежи стока. При расчете использовались значения ЭПО, запасов воды в снеге и эродируемости почв из базы данных модели. Состав возделываемых культур был определен по литературным и архивным данным о структуре севооборотов в исследуемом регионе, для расчета фактора почвозащитной способности различных групп культур использовалась база данных модели.
Положение нижней границы пашни на склоне практически не менялось на протяжении после-чернобыльского периода. Здесь сформировался вал напаши, которая выступает в качестве важного литодинамического рубежа. В зависимости от наличия или отсутствия бокового уклона и степени морфологической выраженности напаши она способна концентрировать и перенаправлять сток поступающих со склона наносов, задерживать его или пропускать на задернованный борт балки. В результате происходит выполаживание нижней части распаханного склона за счет постепенного формирования аккумулятивного шлейфа в виде узкой полосы шириной от 2 до 5 м (рис. 2А). Состояние напаши оценивалось визуально в рамках маршрутной съемки с использованием ручного GPS -приемника.
Для оценки мощности слоя аккумуляции почвенного материала у подножия распаханного склона и на бортах долины в течение полевых сезонов 2021-2023 гг. была заложена сеть точек, где
определялось вертикальное распределение 137Cs (рис. 2Б). Работы проводились путем послойного отбора образцов из стенок почвенных разрезов, а также при помощи почвенного пробоотборника в двукратной повторности. Отбор производился с интервалом 3, 5 или 10 см до глубины 50 см. Образцы были доставлены в лабораторию, высушены, перетерты до размера не более 2 мм и помещены в емкости заданной геометрии, для которой была предварительно произведена калибровка гамма-спектрометра. Содержание 137Cs определялось на гамма-спектрометре с детектором из очень чистого
германия (ОЧГ) производства компании ОКГЕС с погрешностью измерений, не превышающей 7%. Всего было отобрано и измерено 166 образцов почвы.
Выделение слоя послечернобыльской аккумуляции почвенного материала на задернованных бортах балки проводилось по заглублению максимума содержания 137Cs в почве, который маркирует положение дневной поверхности на момент выпадений радионуклидов из атмосферы в 1986 г. при отсутствии последующих турбаций. Поступавшие в дальнейшем с распаханных склонов наносы, как
Рис. 2. Напашь и зона аккумуляции перед нижней границей пашни (А), расположение точек определения вертикального распределения 137Cs и состояние напаши (Б):
1 — тальвеги склоновых ложбин; 2 — морфологически выраженная напашь, 3 — снивелированная за счет аккумуляции смытой почвы напашь, 4 — задернованные борта балки, 5 — днище балки, 6 — почвенные разрезы с послойным пробоотбором, 7 — скважины с послойным пробоотбором, 8 — скважины с измерениями гамма-активности in situ. Примеры вертикального распределения 137Cs: при послойном отборе из скважины на задернованном борту балки (В) и почвенного разреза на нижней границе пашни (Г), при измерениях гамма-активности в скважине in situ (Д)
правило, характеризуются все более низкими концентрациями радионуклида, поскольку при смыве почвенного материала верхней части гор. Апах и постоянной глубине обработки происходит при-пахивание более «чистого» почвенного материала (рис. 2В). В аккумулятивных толщах на пашне наблюдается иной тип вертикального распределения. Обнаружение высоких удельных активностей 13^s на глубинах больших, чем глубина вспашки, свидетельствует о росте загрязненной части почвенной толщи за счет аккумуляция продуктов эрозии, обогащенных 137Cs. Учитывая перемешивание почвы при механической обработке сразу же после выпадения в 1986 г., точное определение глубины залегания пика чернобыльских выпадений в таких почвенных толщах не представляется возможным (рис. 2Г). Однако можно оценить приблизительную мощность слоя послечернобыльской аккумуляции по разности между интервалом с относительно равномерным вертикальным распределением радионуклида и максимальной глубиной вспашки (30 см). Таким образом, если при глубине отбора 50 см высокая активность 137Cs наблюдалась вплоть до забоя, мощность аккумуляции оценивалась не менее чем в 20 см. Было принято, что каждая точка пробоотбора характеризует определенный сегмент зоны аккумуляции, для каждого из которых было рассчитано количество материала, отложившегося за послечернобыльское время.
На участках, где по внешним признакам интенсивной аккумуляция наносов не предполагалось, были произведены измерения гамма-активности 137Cs в почвенных скважинах in situ при помощи портативного гамма-детектора. Глубинный интервал с максимальной скоростью счета гамма-квантов признавался соответствующим положению слоя с максимальным содержанием 137Cs, который может быть датирован 1986 г. (рис. 2Д). Такая методика полевого экспресс-анализа может быть успешно применена в районах с высоким уровнем радиоактивного загрязнения [Иванов и др., 2021], но в силу наличия неконтролируемых искажений имеет только вспомогательный характер [Иванов, Иванова, 2023]. Было набрано и обработано 37 гамма-спектров.
Для оценки объемов наносов, которые потенциально могли быть доставлены к конкретным отрезкам нижней границы пашни, в пределах распаханных склонов были выделены полигоны, исходя из состояния напаши и планового положения линий тока. Если напашь была морфологически выраженной, то есть в случае, когда «емкость» перед напашью не заполнена наносами, то делалось допущение, что сток наносов не пересекает нижнюю границу пашни, а перераспределяется согласно локальному уклону поверхности в границах угодья. В случае полного нивелирования вала напаши наносами предполагалось, что возникают условия
для поступления эродированного материала на задернованный борт балки. Если уклон вдоль снивелированной напаши сохранялся, то допускалось, что наносы могли как пересекать границу пашни и поступать на задернованный борт балки, так и продолжать свой путь вдоль границы поля. Вторым критерием для выделения склоновых полигонов
Рис. 3. Результаты эрозионного моделирования в пределах распахиваемых склонов исследуемого водосбора : 1 — нижняя граница пашни; 2 — граница водосбора; 3 — границы и номера склоновых полигонов; расчетные темпы смыва (т-га-1-год-1): 4 — >50, 5 — 50-40, 6 — 30-40, 7 — 20-30, 8 — 10-20, 9 — 0-10 и аккумуляции (т-га-1-год-1): 10 — 0-10, 11 — 10-30, 12 — >30
был рисунок линий тока, использовавшихся при эрозионном моделировании. Плановое положение совокупности линий тока, приходящих на заданный участок нижней границы пашни с учетом дальнейшего перераспределения стока, определяло конфигурацию склонового полигона.
Результаты
Моделирование эрозии на распахиваемых склонах выявило следующую картину пространственного распределения темпов смыва и аккумуляции (рис. 3). При среднем темпе 13,6 т-га"1год"1 суммарный смыв за период 1986-2022 гг. составил 8256,8 т.
На выположенных участках подножий распаханных склонов было переотложено не менее 813,4 т (табл. 1). Учитывая описанную выше специфику интерпретации графиков вертикального распределения радиоцезия, эту величину следует рассматривать как заниженную.
Таблица 1 Оценка аккумуляции продуктов эрозии
на пашне у подножия обрабатываемого склона за послечернобыльский период
Точка Параметры зоны аккумуляции
Слой, м Площадь, м2 Объем, м3 Масса, т*
ЬР-1 >0,25 245,9 >61,5 >73,8
ЬР-2 >0,25 189,8 >47,5 >56,9
ЬР-3 >0,25 439,1 >109,8 >131,7
ЬР-4 >0,25 313,2 >78,3 >94
ЬР-5 0,15 379,2 56,9 68,3
ЬР-6 >0,25 333,1 >83,3 >99,9
ЬР-7 >0,25 556 >139 >166,8
Ьаркь2 >0,35 290,6 >101,7 >122,1
* при средней плотности 1,2 т-м-3
Максимальные мощности послечернобыльской аккумуляции на задернованных бортах балки наблюдаются на участках выхода склоновых ложбин (скв. Ь8-6 и разрезы ЬаркЫ и Ьарк1-3). Объемы поступления материала с распаханных склонов, рассчитанные для этих участков по выделенным полигонам, также достаточно велики. В точках расположения скважин на бортах балки ниже заполненных наносами напашей интенсивность аккумуляции не пропорциональна величине потенциального склонового стока наносов (скв. Ь8-2,4,5; РЬ8-2,5,8). На участках задернованных бортов, где наносопоставляющие водосборные площади отсечены морфологически выраженным валом напаши, в пяти точках из семи не была зафиксирована мощность аккумулированного слоя, превышающего глубинный шаг отбора пробы или полевого измерения гамма-активности (табл. 2).
Таблица 2
Расчетные потери почвы за послечернобыльский период в пределах склоновых полигонов и мощность слоя послечернобыльской аккумуляции в заданных точках на задернованных бортах балки
Точка Склоновые полигоны Сток наносов,т Слой аккумуляции, см
ЬБ-6 7 5751,8 39
Ьаркь3 8,9 533,8 15
Ьаркь1 1,2,3 272,2 25
ЬБ-5 5,6 309,7 6
ЬБ-4 4 275,9 9
ЬБ-2 3 137,6 3
РЬБ-5 5 56,4 6
РЬБ-2 2 33,6 6
РЬБ-8 8 9,1 3
РЬБ-1 - 0 6
РЬБ-4 - 0 3
ЬБ-3 - 0 0
ЬБ-7 - 0 0
РЬБ-3 - 0 0
РЬБ-6 - 0 0
РЬБ-7 - 0 0
Обсуждение
Полученные расчетные значения смыва можно считать ориентировочными по двум обстоятельствам. Во-первых, отсутствие данных не позволило учесть наблюдаемую с начала 21 в. тенденцию снижения талого стока [Барабанов, Петелько, 2023], которая предполагает сокращение эрозии в период весеннего снеготаяния. В блоке модели «Эрозия при снеготаянии» использовались данные о запасах воды в снеге, полученные в середине 1990-х гг. Таким образом, в расчетах имеет место некоторое завышение суммарного объема талого смыва за весь исследуемый период. Во-вторых, следует учитывать, что направление расчетных линий тока в принципе не может совпадать с реальными направлениями течения воды. Вследствие турбулентного характера склонового стока линия тока аппроксимируется к прямой линии весьма условно. К тому же существенную роль в перераспределении стока играет постоянная трансформация микрорельефа склона в процессе вспашки вследствие изменения направления обработки и создания новых борозд, канализирующих сток. Эти ежегодные изменения не могут быть отражены в рамках единичной даже крупномасштабной съемки. Однако для решения поставленных задач важна не столько абсолютная величина рассчитанного по модели смыва, сколько
его относительное распределение по разным участкам водосбора.
В результате проведенных исследований установлено, что перед напашью за послечернобыльское время было аккумулировано более 9,9% от мобилизованного на пахотных склонах материала. С учетом завышения расчетных объемов смыва и занижения объемов аккумуляции, о которых упоминалось выше, в реальности доля аккумулированного перед напашью материала может быть еще больше. Так, в результате детальных исследований всего водосбора балки Лапки в 1997 г. с использованием чернобыльского 137Cs в качестве хрономаркера было установлено, что в тот период у нижней границы пашни аккумулировалось 11-19% мобилизованных на распаханных склонах наносов [Рашп et а1., 2001].
Таким образом, несмотря на небольшую площадь, зоны аккумуляции перед напашью играют важную роль в структуре баланса наносов. Полученная в настоящей работе доля аккумулированных на нижней границе пашни продуктов эрозии оказывается вполне сопоставимой с долей материала, выносимого через устьевые створы многих балочных систем в бассейне р. Плавы [Иванов и др., 2023; Ве1уаеу et а1., 2013].
В условиях современной близкой к предельной земледельческой освоенности большинства малых водосборов исследуемого региона бровка малой долины (балки) является зоной резкого перехода от относительно пологих распахиваемых склонов к более крутым задернованным бортам долины. В том случае, когда нижняя граница пашни совпадает или располагается выше бровки долины, вынос продуктов эрозии за пределы распахиваемых склонов осуществляется в основном локально по системе склоновых ложбин, концентрирующих сток и прорезающих нижнюю границу пашни в понижениях рельефа. В редких случаях катастрофических эрозионных событий малой обеспеченности, когда напаши не в состоянии удержать единовременно поступающий объем наносов, становится возможным массовое поступление продуктов эрозии по всей длине задернованных бортов малых долин в их днища [Иванова и др., 2016; Кошовский и др., 2019]. На исследованном водосборе нижняя граница пашни ожидаемо оказалась наиболее проницаемой на участках наибольшей концентрации стока в тальвегах склоновых ложбин, что согласуется с проводившимся ранее исследованием [Рашп et а1., 2001]. Мощности аккумуляции продуктов эрозии в створах выхода склоновых ложбин на борта долины оказались максимальными. Однако стоит учитывать, что данные позиции являются скорее транзитно-аккумулятивными, поскольку тальвеги склоновых ложбин прослеживаются и на задернованных бортах долин, а зачастую и в их днищах, способствуя выносу большей части материала вниз по флювиальной сети. На участках задернованных
бортов балки, где не происходит столь сильной концентрации стока, аккумуляция продуктов эрозии распаханных склонов происходит преимущественно за счет эпизодических локальных переливов через напашь. Мощность слоя, аккумулированного на таких участках за послечернобыльский период, оказалась сравнительно небольшой — в среднем чуть менее 6 см (см. табл. 2), что свидетельствует об отсутствии катастрофических эпизодов смыва за прошедшие 27 лет. Если в будущем граница пашни не будет перенесена, то основной сток наносов продолжит поступать по системе склоновых ложбин, но постепенная аккумуляция продуктов эрозии у подножия распаханного склона может привести к увеличению вероятности перелива склонового стока на новых участках напаши, усилению переотложения наносов на бортах балки и снижению доли материала, который потенциально может быть транспортирован по долинно-балочной сети в постоянные водотоки. В настоящее время аккумуляция смытой с пахотных склонов почвы на задернованных бортах долины вне ложбинной сети носит эпизодический характер и занимает малозначимую часть в структуре баланса наносов. Ситуация может кардинальным образом поменяться при переносе границы пашни вниз по борту долины и вовлечении в обработку участков склонов с высоким эрозионным потенциалом рельефа. В подобном случае даже незначительный прирост площади пашни за счет освоения крутосклонных участков может существенно увеличить потери почвы [Zhidkin et а1., 2023].
Заключение
Проведенное исследование показало, что аккумуляция продуктов смыва у подножия пахотных склонов перед напашами на нижней границе пашни составляет существенную часть от мобилизованного на склонах почвенного материала. Ее доля в структуре баланса наносов балочного водосбора сопоставима с долей выносимого через устьевой створ материала, поступающего в приемный водоток (водоем). При стабильном положении нижней границы пашни, совпадающей с бровкой малой долины (балки), транспорт наносов с распаханных склонов водосбора в днище долины осуществляется главным образом через систему склоновых ложбин, концентрирующих сток и прорезающих напашь. Поступление продуктов эрозии с пашни на нерасчлененные борта долины происходит локально вследствие перелива через напашь в местах ее нивелирования за счет аккумуляции наносов или при случайных повреждениях вала напаши (ходы землероев, воздействие сельскохозяйственной техники и пр.). При отсутствии экстремальных эпизодов смыва аккумуляция на задернованных бортах долинно-балочной сети занимает значительно меньшую долю в общем балансе наносов, чем депонирование продуктов эрозии в пределах подножий
распаханных склонов. Однако снижение барьерной роли напаши за счет постепенного нивелирования ее вала в результате переотложения наносов может в перспективе существенно увеличить объемы аккумуляции на задернованных бортах малых долин, особенно при изменении климатических условий, способствующих интенсификации смыва в период весеннего снеготаяния.
Информация о финансировании работы
Работа выполнена в рамках проекта РНФ 2377-10045.
СОБЛЮДЕНИЕ
ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ
В данной работе отсутствуют исследования человека или животных.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арманд Д.Л. Развитие эрозионных процессов на Приволжской возвышенности. В кн.: Сельскохозяйственная эрозия и новые методы ее изучения. М., 1958.
2. Атлас современных и прогнозных аспектов последствий аварии на Чернобыльской АЭС на пострадавших территориях России и Белоруссии. М.-Минск, 2009.
3. Барабанов А.Т., Петелько А.И. Факторы склонового весеннего стока на серых лесных почвах в центральной лесостепи // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2023. № 4.
4. Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. М., 1964.
5. Голосов В.Н. Эрозионно-аккумулятивные процессы в речных бассейнах освоенных равнин. М., 2006.
6. Иванов М.М., Комиссарова О.Л., Кошовский Т.С. и др. Применение полевой гамма-спектрометрии и дозиметрии для исследования осадконакопления на пойме малой равнинной реки в зоне радиоактивного загрязнения // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2021. № 1.
7. Иванов М.М., Голосов В.Н., Иванова Н.Н. Баланс наносов и миграция 137Cs в зоне Чернобыльского загрязнения: опыт и итоги исследований в бассейне р. Плавы, Тульская область // Геоморф. и палеогеогр. 2023. Т. 54, № 1.
8. Иванов М.М., Иванова Н.Н. Экспресс-анализ вертикального распределения 137Cs в почве для оценки темпов эрозионно-аккумулятивных процессов в зоне интенсивного радиоактивного загрязнения // Почвоведение. 2023. № 4.
9. Иванова Н.Н., Голосов В.Н., Беляев В.Р. и др. Экологические последствия перераспределения Чернобыльского загрязнения в различных звеньях эрозионно-русловых систем (на примере бассейна р. Плавы, Тульская область // Экологические аспекты эрозионных и русловых процессов. Межвузовский сборник / Под ред. Р.С. Чалова, М.В. Кумани. М., 2016.
10. Кошовский Т.С., Жидкин А.П., Геннадиев А.Н. и др. Диагностика, генезис и локализация педоседиментов в пределах малого водосбора (Среднерусская возвышенность) // Почвоведение. 2019. № 5.
11. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв: основные закономерности и количественные оценки. М., 1993.
12. Литвин Л.Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. М., 2002.
13. Belyaev V.R., Golosov V.N., Markelov M.V. et al. Using Chernobyl-derived 137Cs to document recent sediment deposition rates on the River Plava floodplain // Hydrol. Proc. 2013. Vol. 27, № 6.
14. Brown A., Walsh K., Fallu D. et al. European agricultural terraces and lynchets: from archaeological theory to heritage management // World Arch. 2020. Vol. 52(4)
15. Chartin C., Evrard O., Salvador-Blanes S. et al. Quantifying and modelling the impact of land consolidation and field borders on soil redistribution in agricultural landscapes (1954-2009) // Catena, 2013. Vol. 110.
16. Curwen E.C. The plough and the origin of strip-lynchets // Antiquity.1939. Vol. 13(49).
17. Froehlicher L., Schwartz D., Ertlen D. et al. Hedges, colluvium and lynchets along a reference toposequence (Habsheim, Alsace, France): history of erosion in a loess area. Quaternaire // Revue de l'Association française pour l'étude du Quaternaire. 2016. Vol. 27(2).
18. Panin A.V., Walling D.E., Golosov V.N. The role of soil erosion and fluvial processes in the post-fallout redistribution of Chernobyl-derived caesium-137: a case study of the Lapki catchment, Central Russia // Geomorph. 2001. Vol. 40, № 3-4.
19. Sillar B., Sommer U., Davis R. West Dean 2008: Excavation of Bronze Age Lynchets on Little Comber Hill // Arch. Intern. 2008. Vol. 11.
20. Wischmeier W.H., Smith D.D. Predicting Rainfall Erosion Losses. A Guide to Conservation Planning. 193A Agriculture Handbook № 537. USDA, Washington, DC, 1978.
21. Wohl E., Brierley G., Cadol D. et al. Connectivity as an emergent property of geomorphic systems // Earth Surf. Proc. and Landf. 2019. Vol. 44, № 1.
22. Zapata, F. (Ed.). Handbook for the assessment of soil erosion and sedimentation using environmental radionu-clides (Vol. 219, pp. 9348054-9). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2002.
23. Zhidkin A., Gennadiev A., Fomicheva D. et al. Soil erosion models verification in a small catchment for different time windows with changing cropland boundary // Geoder-ma. 2023. Vol. 430.
Поступила в редакцию 15.02.2024 После доработки 01.04.2024 Принята к публикации 02.05.2024
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 3 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 3
THE ROLE OF LYNCHARTS IN THE REDISTRIBUTION OF PRODUCTS OF ANTHROPOGENIC SOIL EROSION
M. M. Ivanov, N. N. Ivanovа, S. F. Krasnov
The paper considers the spatial heterogeneity of the flow of eroded soil material to the foot of the plowed slope and further to the side of the valley in the presence of a lyncahrt resulting from mechanical tillage on the lower border of arable land. A small catchment area in the area of intense Chernobyl pollution has been studied, where the position of the lower boundary of the arable land over the past few decades coincides with the upper boundary of the side of the valley. This made it possible to trace the spatial patterns of the distribution of eroded material with stable functioning of the lynchart as an important lithodynamic boundary accumulating and redistributing the slope runoff of sediments. The determination of the volume of material coming from arable slopes was carried out using mathematical modeling of erosion based on a high-precision digital terrain model, climate data, soil erodibility and crop rotations. To assess the intensity of accumulation, 137Cs of Chernobyl origin was used as a reliable tracer. The bulk of the eroded material enters the valley network through a system of slope hollows that concentrate the slope runoff and cut through the valleys. In the areas of the valleys sides outside the runoff concentration zones, the redeposition of the material mainly depends on the morphology of the lyncahrt, occurs locally and is associated with episodic overflows as a result of the gradual filling of the depression before the lyncart. Under existing conditions, accumulation on the sides of the valley occupies a relatively small share in the total sediment balance of the studied catchment area. Significant changes may occur due to a gradual decrease in the barrier role of the soil as a result of sediment accumulation and climatic changes that contribute to an increase in erosion rates.
Keywords: accumulation, sediments, radiocesium method, Chernobyl contamination.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Иванов Максим Михайлович, канд. геогр. наук, ст. науч. сотр. НИЛ эрозии почв и русловых процессов имени Н.И. Маккавеева, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, ст. науч. сотр. Лаборатории геоморфологии ИГ РАН, e-mail: [email protected]
Иванова Надежда Николаевна, канд. геогр. наук, ст. науч. сотр. НИЛ эрозии почв и русловых процессов имени Н.И. Маккавеева, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
Краснов Сергей Федорович, канд. геогр. наук, ст. науч. сотр. НИЛ эрозии почв и русловых процессов имени Н.И. Маккавеева, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
© Ivanov M.M., IvanovE N.N., Krasnov S.F., 2024
