ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ СМЫВА ПОЧВ ОТ ТАЛЫХ ВОД НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЛЯХ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ
Филиал ФГБУ «ФКП Росреестра» по Красноярскому краю, г. Красноярск, *****@***ru
Проведены исследования смыва почв от талых вод в северной лесостепи Средней Сибири. Изучены природные особенности и смыв почв на сельскохозяйственных землях исследуемой территории: рельеф, климат, почвы, растительность, накопление и распределение снежного покрова, осеннее увлажнение, смыв почв, интенсивность эрозионных процессов. Изучены факторы и закономерности, влияющие на процессы смыва почв от талых вод.
RESEARCH OF FACTORS OF SOIL WASHOUT FROM THAWED SNOW ON THE AGRICULTURAL GROUNDS OF KRASNOYARSK FOREST-STEPPE
Golubev I.A.
Branch of FSBE "Federal Cadastral chamber" across Krasnoyarsk region, Krasnoyarsk, *****@***ru
The researches of washout почв from thawed snow in northern forest-steppe of Average Siberia are carried out. Natural features and washout of soil on the agricultural grounds of researched territory are studied: a relief, a climate, ground, vegetation, accumulation and distribution of a snow cover, autumn humidifying, washout of soil, intensity of erosive processes. Factors and the laws influencing processes of washout of soil from thawed snow are studied.
В период 2проведены полевые исследования смыва почв от талых вод на территории средней части лесостепной зоны Средней Сибири (Красноярская лесостепь) с целью изучения факторов, влияющих на величину и интенсивность водной эрозии. Красноярская лесостепь располагается на территории трех административных районов Красноярского края (Емельяновский, Сухобузимский, Большемуртинский). На юге данная территория ограничивается отрогами Восточных Саян, на востоке – Енисейским кряжем, на севере и западе лесостепь постепенно сменяется подтайгой [1,2]. Красноярская лесостепь представляет собой предгорную всхолмленную равнину, постепенно понижающуюся в северном направлении. Колебания высот – от 200 м на севере до 400 м на юге; протяженность территории с севера на юг – 110 км, с запада на восток – около 80 км.
Почвообразующими на всей территории лесостепи являются породы различного возраста (девонские, меловые, юрские), перекрытые четвертичными отложениями, мощностью 3 – 20 м [2]. Почвенный покров разнообразен, преобладающие типы почв – черноземы и серые лесные. Кроме того, встречаются болотные, луговые и лугово-черноземные почвы. Распахиваются в основном черноземы выщелоченные тяжело - и среднесуглинистые, являющиеся самыми распространенными в лесостепи; а также черноземы оподзоленные, обыкновенные, лугово-черноземные и серые лесные почвы.
Климат Красноярской лесостепи резко континентальный. Зимний период имеет продолжительность около 5,5 месяцев, количество дней с морозом – 218, средняя многолетняя высота снежного покрова 40 – 50 см, запас воды в снеге 50 – 60 мм, годовая сумма осадков – 450-550 мм [3] .
Исследования смыва почв производились методом шпилек [4] на типичном для северной части Красноярской лесостепи участке – урочище Долгий Лог. Данный участок площадью около 500 га, окаймленный по периметру лесом и разделяемый грунтовой дорогой на два массива – северный и южный, используется в основном под пашню. Распашка преимущественно проводится вдоль склонов. В период снеготаяния талые воды стекают со склона по пахотным бороздам. Работа водных потоков приводит к образованию струйчатых размывов, характерных для продольной вспашки.
Таблица 1
Результаты исследований смыва почв от талых вод, уч. Долгий Лог
методом шпилек
Массив | № профиля склона | Номер точек со шпильками | Элемент склона | Уклон, % | Длина Элемента склона, м | Экспози ция склона | Смыв(-)/аккумуляция(+), мм | ||
2009 г | 2010 г | 2011 г | |||||||
Се вер ный | 1 | 1 | вершина | 3,1 | 157 | СВ | -9,7 | -2,4 | 2,91 |
2 | средняя часть | 4,6 | 76 | - | -3,2 | ||||
3а | нижняя часть | 4,7 | 69 | -7,7 | +14,5 | ||||
3в | средняя часть | 2,4 | 352 | - | -1,1 | ||||
3б | средняя часть | 7,2 | 25 | - | -1,2 | ||||
3а | нижняя часть | 2,8 | 24 | -7,7 | +14,5 | ||||
11 | вершина | 2,1 | - | -15,2 | -0,95 | -8,25 | |||
12 | средняя часть | 2,4 | 151 | -2,1 | -0,4 | -18,0 | |||
13 | нижняя часть | 6,6 | 62 | -23,7 | -3,3 | +12,0 | |||
16 | вершина | 3,7 | 174 | -19,7 | -6,6 | -15,3 | |||
17 | средняя часть | 3,7 | 109 | -20,7 | -1,0 | -24,2 | |||
18 | нижняя часть | 3,8 | 201,5 | -40,3 | -5,4 | -19,7 | |||
2 | 11 | вершина | 2,1 | - | ЮВ | -15,2 | -0,95 | -8,25 | |
14 | средняя часть | 3,1 | 146,5 | -2,9 | -1,6 | -21,3 | |||
15 | нижняя часть | 2,9 | 191 | -21,6 | -0,4 | -20,2 | |||
19 | вершина | 1,0 | 20 | -24,9 | -6,9 | - | |||
20 | средняя часть | 2,1 | 118 | -9,7 | -10,0 | -4,8 | |||
юж ный | 3 | 8 | вершина | 5,4 | 173,5 | ЮЗ | -8,8 | -4,0 | -7,8 |
9 | средняя часть | 11,0 | 77 | -9,7 | -4,0 | -5,0 | |||
10 | нижняя часть | 13,6 | 48 | -21,8 | +7,5 | +7,0 | |||
4 | 3 | вершина | 3,5 | 67 | ЮВ | -6,5 | -2,9 | -2,7 | |
4 | средняя часть | 7,0 | 237 | -19,0 | -2,35 | -4,2 | |||
5 | 3,8 | 219 | -20,1 | -17,7 | -16,3 | ||||
6 | 3,5 | 243 | -9,1 | -4,6 | - | ||||
7 | нижняя часть | 3,5 | 277 | -23,9 | +9,0 | -8,8 | |||
5 | 21 | вершина | 2,0 | 57 | ЮВ | -5,6 | -3,0 | -2,7 | |
22 | средняя часть | 3,1 | 122,5 | -4,4 | -4,0 | -1,3 | |||
23 | нижняя часть | 5,6 | 103,5 | -25,5 | -5,2 | +2,7 |
Северный массив представляет собой слабовыпуклое водораздельное плато с общим уклоном в направлении с запада на восток. Рельеф преимущественно пологий, средний уклон 1,1°. В северной части вдоль опушки леса рельеф представлен сетью ложбин шириной 50-100 м. Данный массив делится водораздельной линией на вытянутые склоны № 1 и № 2 северо-восточной и юго-восточной экспозиций, на которых производились исследования. Вдоль грунтовой дороги в южной части северного массива проходит искусственная канава шириной 80 – 120 см и глубиной до 1 м. В процессе снеготаяния поверхностный сток со склона № 1 поступает в примыкающий с севера участок леса, а со склона № 2 – в придорожную канаву.
Южный массив представляет собой обширный склон преимущественно юго-восточной экспозиции, со средним уклоном около 2,3 °. Исследования смыва на данном массиве проведены на трех профилях склонов – 3, 4, 5. Результаты исследования представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что максимальные величины смыва были зафиксированы в 2009 г, минимальные – в 2010 г; 2011 год характеризуется средними значениями. Средняя величина смыва по участку составила в 2009-м году – 15,3 мм, в 2010-м – 4 мм, в 2011-м – 10,4 мм.
Рассмотрим основные факторы, обусловившие данные величины эрозии.
Снежный покров. Участок Долгий Лог окаймлен по всему периметру лесом, что увеличивает накопление снега и влияет на его распределение по пашне. В период 2008 – 2011 гг. на опытном участке выполнялись маршрутные снегомерные съемки. Высота и запас воды в снеге участка ежегодно в среднем на 25-30 % превышают аналогичные данные ближайшей метеорологической станции Сухобузимо. Так, в наиболее многоснежный 2010-й год средний запас воды в снеге на участке Долгий Лог перед снеготаянием составил 137 мм, на полевом снегомерном участке станции Сухобузимо – 101 мм; высота снега – соответственно 52 и 42 см (табл. 2). Наивысшее снегонакопление наблюдается у кромки леса, где формируются сугробы: высота достигает 100-110 см, запас воды – 270-280 мм. Минимальное накопление снега фиксировалось на открытой территории в центральной части участка – 30-35 см и 60-70 мм соответственно
Таблица 2
Сравнительные данные по снежному покрову
Показатели | 2009 г. | 2010 г. | 2011 г. | |||
данные по участку | данные по метеостанции | данные по участку | данные по метеостанции | данные по участку | данные по метеостанции | |
дата | 22.03 | 20.03 | 08.03. | 1 дек., март | 7.03 | 10.03 |
маршрут | поле | поле | поле | поле | поле | поле |
средня высота снега, см | 45,1 | 38 | 52,3 | 42 | 41 | 34 |
Плотность снега, г/см³ | 0,27 | 0,24 | 0,26 | 0,24 | 0,21 | 0,24 |
Запас воды в снеге, мм | 123 | 91 | 137 | 100,8 | 88,2 | 81,6 |
Осеннее увлажнение почв. Согласно исследованиям [5], хорошо увлажненные с осени почвы под влиянием отрицательных температур в осенне-зимнее время формируют льдистые прослойки в гумусовом горизонте и становятся практически водонепроницаемыми. Вследствие гравитационного перемещения влаги, влажность почвы возрастает в нижней части склона, соответственно вниз по склону уменьшается ее водопроницаемость.
Рис.1 Динамика осеннего увлажнения почв, ст. Сухобузимо
Исследования формирования весеннего стока показали, что в качестве характеристики осеннего увлажнения почвы на открытых полевых водосборах может выступать сумма осадков за 30 – 50 дней, предшествующих установлению зимы. Косвенная характеристика осеннего увлажнения нами определялась по суточным значениям температуры и осадков в октябре – ноябре. В ноябре часть осадков выпадает в виде снега, который может таять в дни с положительной температурой воздуха. Слой таяния снега определялся по значению средней суточной положительной температуры воздуха и коэффициенту стаивания (5 мм/град. сут.) . На графике (рис.1) представлена расчетная характеристика осеннего увлажнения почв за двадцатилетний период. Расчеты производились по данным ближайшей метеорологической станции Сухобузимо.
Как видно из графика, величина показателя осеннего увлажнения почв на территории Красноярской лесостепи за годы исследований составила: 2008 год - 57,6 мм (близка к максимальной величине за период инструментальных наблюдений), 2009 год – 28,9 мм, т. е более чем вдвое меньше. В 2010 году данная величина составила усредненное за трехлетний период значение – 41,8 мм.
Уровень осеннего увлажнения коррелируется со стоком талых вод и, следовательно, с величиной смыва. Чем выше осеннее увлажнение почв, тем меньше потери талой воды на просачивание и больше поверхностный склоновый сток, производящий эрозионную работу. Этот факт подтверждает зависимость для составления прогноза стока талых вод (Y) от суммы величин запаса воды в снеге и весенних осадков (S+X) и относительной характеристики осеннего увлажнения почв [6]. На рис. 2 представлена эта зависимость для реки Большая Уря (северная лесостепь).
Верхняя кривая на графике обозначает высокую величину осеннего увлажнения водосборного бассейна, при которой почвы характеризуются слабой водопроницаемостью. Нижняя кривая характеризует слабое осеннее увлажнение и высокую водопроницаемость почв. Следовательно, изменения от года в год осеннего увлажнения на степных и лесостепных реках оказывают значительное влияние на сток весеннего половодья, который по этой причине может изменяться в пять и более раз.
Рис. 2. Зависимость величины стока (Y, мм) от осеннего увлажнения и осадков (S+X, мм). У точек – относительная характеристика показателя осеннего увлажнения (По данным ).
Дружность снеготаяния. Зависит от погодных условий, в первую очередь – от среднесуточной температуры воздуха. Чем выше дружность снеготаяния, тем больше поступает воды на поверхность почвы в единицу времени и интенсивнее эрозионная работа потоков, что увеличивает величину смыва. Средняя температура воздуха за период снеготаяния 2009-го года составила +4,4 ºC, 2010-го – +1ºC, 2011-го – +5,6 ºC. Таким образом, наиболее высокая дружность наблюдалась в 2009-м и 2010-м годах – основная масса снега растаяла за 5-7 дней; 2010-й год характеризовался холодной затяжной весной и невысокой интенсивностью таяния снега.
Рельеф оказывает значительное влияние на интенсивность смыва на участке. Северный массив представляет собой слабо выпуклое водораздельное плато протяженностью с запада на восток – около 3000 м. Водораздельная вершина (высота 274,0) располагается на его западной окраине. Общий наклон плато следует вдоль его водораздельной линии по направлению от вышеуказанной вершины с запада на восток. Средний уклон составляет 1,7°. Южный массив со средним уклоном 2,3° представляет обширный склон от дороги в сторону ручья. Основная часть массива имеет наклон к юго-востоку. На участке Долгий Лог преобладают склоны повышенной длины (500 – 1300м); этот факт, несмотря на небольшую крутизну склонов, может приводить к значительному смыву за счет увеличения удельных расходов и скорости потоков талых вод.
Экспозиция склона. На участке Долгий Лог присутствуют склоны различных экспозиций, преобладают северо-восточные и юго-восточные. Наблюдения показывают, что на южных склонах снежный покров сходит быстрее, а величина смыва, как правило, выше. На участке Долгий Лог на северном массиве у кромки леса в связи с образованием сугробов часто фиксировался более высокий смыв (табл. 1).
Агрофон пахотных земель опытного участка в 2009 году представлен стерней, в 2010-м – стерня и озимые (последние в восточной части южного массива); в 2011 году на южном массиве – стерня и озимые, на северном – залежь и озимые. На северном массиве образование залежи существенно замедлило скорости потоков, что в целом снизило интенсивность смыва в центральной западной (приводораздельной) части массива. На участках пашни, занятых посевами озимых культур скорости потоков, дружность таяния и процент струйчатых размывов выше, чем на участках, занятых стерней и залежью.
Эрозия почв. Рассмотрим влияние факторов и динамику величины смыва почв в исследуемые годы.
- 2009-й год характеризовался высоким снегонакоплением (123 мм) и наивысшим за 20 лет осенним увлажнением (показатель увлажнения 57,6 мм). Этот фактор, наряду с рано установившимися (начало апреля) и постоянно высокими положительными температурами обеспечили высокую величину поверхностного стока и максимальные величины смыва почв (табл. 1).
- 2010-й год отличался весьма низким осенним увлажнением (28,9 мм) и максимальным снегонакоплением (137 мм). Низкое осеннее увлажнение способствовало усилению впитывания талых вод, снижению поверхностного стока и, соответственно, уменьшению интенсивности смыва (в 2010 году отмечен наименьший смыв почв);
- 2011-й год отличался минимальным снегонакоплением (88 мм) средним осенним увлажнением (41,8 мм), дружным снеготаянием. Величина эрозии в этом году характеризуется средними значениями.
Таким образом, в комплексе рассмотренные факторы оказывают прямое воздействие на величину смыва почв. Как показывают наши наблюдения, наибольшее влияние оказывают гидрометеорологические факторы – осеннее увлажнение почв, снегонакопление, дружность снеготаяния.
Литература
1. Природные условия Красноярского края. – М.: Изд-во АН СССР, 1961. – 300 с.
2. , , Пахтаев условия и природное районирование земледельческой части Красноярского края: Учеб. пособие / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2002. – 144 с.
3. Бураков почв: учеб. пособие / , ; Красноярский гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2009. – 160 с.
4. Голубев модернизированного метода шпилек для оценки смыва почв с пашни талыми водами (на примере Красноярской лесостепи) // Вестник Томского государственного университета. – 2011. - № 000. – С. 170-173.
5. Танасиенко эрозии почв в Сибири. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2003. – 176 с.: ил.
6. Иванова анализ и прогноз весеннего половодья лесных и лесостепных рек Средней Сибири: Автореф. дис. … канд. геогр. наук. – Красноярск, 2010. – 24 с.
