Цифровое картографирование эрозионных структур почвенного покрова на основе имитационной модели смыва (северная лесостепь Среднерусской возвышенности)

Автор: Козлов Д.Н., Жидкин А.П., Лозбенев Н.И.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Статья в выпуске: 100, 2019 года.

Бесплатный доступ

В работе представлены оригинальные разработки по применению эрозионной модели WaTEM/SEDEM для крупномасштабного картографирования эрозионных структур почвенного покрова Среднерусской возвышенности. Оценка участия смытых почв в составе почвенных комбинаций распаханных склонов проведена на основе сопоставления расчетных темпов смыва с результатами почвенно-морфологической диагностики степени эродированности черноземов в 859 точках. При заданных входных параметрах эрозионной модели качественные изменения в структуре почвенного покрова (доля слабосмытых почв более 10%) начинаются с порогового значения водной эрозии 8 т·га-1·год-1. При среднегодовой эрозии 30 т·га-1·год-1 доля смытых почв превышает 50%. Полученные отношения между встречаемостью почв эрозионно-аккумулятивного ряда и интенсивностью смыва использованы для построения карты типизированных комбинаций почв разной эродированности. Сравнение с материалами детальной почвенной съемки показало, что карта отражает пространственное разнообразие и конфигурацию эрозионных почвенных комбинаций. Разработанный подход представляется перспективным для решения фундаментальных и прикладных задач, связанных с изучением структурно-функциональной организации почвенного покрова склонов и проектированием противоэрозионных мероприятий в адаптивно-ландшафтном земледелии.

Еще

Расчетные темпы эрозии, эрозионная деградация черноземов

Короткий адрес: https://sciup.org/143168541

IDR: 143168541 | DOI: 10.19047/0136-1694-2019-100-5-35

Список литературы Цифровое картографирование эрозионных структур почвенного покрова на основе имитационной модели смыва (северная лесостепь Среднерусской возвышенности)

Барабанов А.Т., Долгов С.В., Коронкевич Н.И., Панов В.И., Петелько А.И. Поверхностный сток и инфильтрация в почву талых вод на пашне в лесостепной и степной зонах Восточно-европейской равнины // Почвоведение. 2018. № 1. С. 62-69
Голосов В.Н., Геннадиев А.Н., Олсон К.Р., Маркелов М.В., Жидкин А.П., Чендев Ю.Г., Ковач Р.Г. Пространственно-временные особенности развития почвенно-эрозионных процессов в лесостепной зоне Восточно-Европейской равнины // Почвоведение. 2011. № 7. С. 861-869.
Голосов В.Н., Беляев В.Р., Маркелов М.В., Шамшурина Е.Н. Особенности перераспределения наносов на малом водосборе за различные периоды его земледельческого освоения (водосбор Грачева лощина, Курская область) // Геоморфология. 2012. № 1. С. 25-35.
Жидкин А.П., Голосов В.Н., Светличный А.А., Пяткова А.В. Количественная оценка перераспределения наносов на пахотных склонах на основе использования полевых методов и математических моделей // Геоморфология. 2015. № 2. С. 41-53
Козлов Д.Н., Лозбенев Н.И., Левченко Е.А. Структурно-функциональная организация водно-миграционных и эрозионно-аккумулятивных комплексов лесостепи Среднерусской возвышенности // Ландшафтоведение: теория, методы, ландшафтно-экологическое обеспечение природопользования и устойчивого развития: материалы XII Международной ландшафтной конференции. Тюмень: Изд-во Тюменского гос. ун-та, 2017. С. 71-76.
Кирюшин В.И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирования агроландшафтов. М.: КолоС, 2011. 443 с.
Клещенко М.М. Формирование эрозионных почвенных комбинаций в ареалах дерново-подзолистых и черноземных почв (сравнение экспериментальных и модельных данных) // Материалы Международной научной конференции XVIII Докучаевские молодежные чтения "Деградация почв и продовольственная безопасность России". СПб: Издательский дом СПбГУ, 2015. С. 157-158.
Клещенко М.М., Козлов Д.Н., Сорокина Н.П. Закономерности формирования эрозионных почвенных комбинаций лесостепи Среднерусской возвышенности и их картографирование с использованием почвенно-морфологического и расчетного методов // Почвоведение - продовольственной и экологической безопасности страны: тезисы докладов VII съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева и Всероссийской с международным участием научной конференции. Ч. II. М. - Белгород: Издательский дом “Белгород”, 2016. С. 422-423.
Кузнецов М.С., Гендугов В.М., Дубин В.Н. Допустимые потери почвы при эрозии и скорость гумусообразования // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2002. Вып. 56. С. 50-58.
Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв: основные закономерности и количественные оценки. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. 200 с.
Литвин Л.Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. М.: ИКЦ "Академкнига", 2002. 255 с.
Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Курск: ЧуДо, 2001. 260 с.
Методические рекомендации по проектированию комплекса противоэрозионных мероприятий на расчетной основе / Д.Е. Ванин, Г.П. Сурмач и др. Курск, 1985. 167 с.
Методические указания по проектированию противоэрозионной организации территории при внутрихозяйственном землеустройстве в зонах проявления эрозии / Карцев Г.А., Лука А.Н., Носов С.И. и др. М., 1989. 79 с.
Мирцхулава Ц.Е. Водная эрозия почв (механизм, прогноз). Тбилиси: "Мецниереба", 2000. С. 3-421.
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. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2013. 756 с.
Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользований. М.: Колос, 1973. 48 с.
Почвенная карта Курской государственной сельскохозяйственной опытной станции М 1: 10 000, ред. В.А. Носин. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1965.
Рожков В.А. Оценка эрозионной опасности почв // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2007. Вып. 59. С. 77-91.
DOI: 10.19047/0136-1694-2007-59-77-91
Светличный А.А., Черный С.Г., Швебс Г.И. Эрозиоведение: теоретические и прикладные аспекты. Сумы: ИТД "Университетская книга", 2004. 410 с.
Смирнова Л.Г., Нарожняя А.Г., Шамарданова Е.Ю. Сравнение двух методов расчета смыва почвы на водосборах с применением ГИС-технологий // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 9. С. 10-12.
Сорокина Н.П. Статистический метод оценки смытости на примере мощных типичных черноземов Курской опытной станции // Почвоведение. 1966. № 2. С. 91-96.
Сорокина Н.П. Элементарные почвенные структуры на полях Курской опытной станции. // Крупномасштабная картография почв и ее значение в сельском хозяйстве черноземной зоны. Науч. тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. М., 1976. С. 155-173.
Сорокина Н.П. Динамика ПП распаханного склона Курской опытной станции за 20-летний период // Региональные модели плодородия почв как основа совершенствования зональных систем земледелия. М., 1988. С. 163-171.
Сорокина Н.П. Принципы типизации почвенных комбинаций при изучении агрогенных изменений почвенного покрова // Почвоведение. 2005. № 12. С. 1477-1488.
Сурмач Г.П. Рельефообразование, формирование лесостепи, современная эрозия и противоэрозионные мероприятия. Волгоград, 1992. 172 с.
Сухановский Ю.П. Модель дождевой эрозии почв // Почвоведение. 2010. № 9. С. 1114-1125
Сухановский Ю.П. Вероятностный подход к расчету эрозионных потерь почвы // Почвоведение. 2013. № 4. С. 474-481.
Тишкина Э.В., Иванова Н.Н. Почвенный покров распаханных и целинных прибалочных склонов (Курская область) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. № 6. С. 73-79.
Фишман М.И. Запасы гумуса в микрокомбинациях почвенного покрова лесостепи Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 1971. № 11. С. 20-30.
Фишман М.И. Черноземные комплексы и их связь с рельефом на Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 1977. № 5. С. 17-30.
Фридланд В.М., Глазовская М.А. Основные формы структур почвенного покрова Земли // Природа. 1979. № 11. С. 61-69
Целищева Л.К., Дайнеко Е.К. Очерк почв Стрелецкого участка Центрально-черноземного заповедника // Труды Центрально-черноземного государственного заповедника имени В.В. Алехина. 1966. Вып. 10.
Beff L., Gunther T. Vandoorne B., Couvreur V., Javaux M. Three-dimensional monitoring of soil water content in a maize field using Electrical Resistivity Tomography // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2013. Vol. 17. Iss. 2. P. 595-609.
DOI: 10.5194/hess-17-595-2013
De Vente J., Poesen J., Verstraeten G., Govers G., Vanmaercke M., Van Rompaey A., Arabkhedri M., Boix-Fayos C. Predicting soil erosion and sediment yield at regional scales: Where do we stand? // Earth-Science Reviews. 2013. Vol. 127. P. 16-29.
Dhami, B.S., Pandey, A. Comparative review of recently developed hydrologic models // J. IndianWater Resour.Soc. 2013. Vol. 33. No. 3. P. 34-41.
Eltner A., Baumgart P., Maas H.-G., Faust D. Multi-temporal UAV data for automatic measurement of rill and interrill erosion on loess soil // Earth Surface Processes and Landforms. 2014. Vol. 40. Iss. 6. P. 741-755.
DOI: 10.1002/esp.3673
Florinsky I.V. Digital terrain analysis in soil science and geology. Amsterdam: Elsevier, Academic Press, 2016. 506 p.
García-Ruiz J.M., Beguería S., Nadal-Romero E., González-Hidalgo J.C., Lana-Renault N., Sanjuán Y. A meta-analysis of soil erosion rates across the world // Geomorphology. 2015. Vol. 239. P. 160-173.
Golden H.E., Lane C.R., Amatya D.M., Bandilla K.W., Hadas R.K., Knightes C.D., Ssegane H. Hydrologic connectivity between geographically isolated wetlands and surface water systems: A review of select modeling methods // Environmental Modelling & Software. 2014. Vol. 53. P. 190-206.
Karydas C.G., Panagos P., Gitas I.Z. A classification of water erosion models according to their geospatial characteristics // Digital Earth. 2014. Vol. 7. Iss. 3. P. 229-250.
DOI: 10.1080/17538947.2012.671380
Kozlov D.N., Levchenko E.A., Lozbenev N.I. Soil combinations as an object of DSM: a case study in chernozems area of the Russian Plain. In: Arrouays D., Savin I., Leenaars J., McBratney A. (Eds.), GlobalSoilMap - Digital Soil Mapping from Country to Globe. London: CRC Press, 2018. P. 81-88.
Minasny B., McBratney A. Digital soil mapping: A brief history and some lessons // Geoderma. 2016. Vol. 264. Part B. P. 301-311.
Panagos P., Borrelli P., Poesen J. et al. The new assessment of soil loss by water erosion in Europe // Environmental Science & Policy. 2015. Vol. 54. P. 438-447.
DOI: 10.1016/j.envsci.2015.08.012
Panagos P., Borrelli P., Meusburger K. et al. Global rainfall erosivity assessment based on high-temporal resolution rainfall records // Sci Rep. 2017. 7 (1):4175.
DOI: 10.1038/s41598-017-04282-8
Pandey A., Himanshu S.K., Mishra S.K., Singh V.P. Physically based soil erosion and sediment yield models revisited // Catena. 2016. Vol. 147. P. 595-620.
Renard K., Foster G., Weesies G., McCool D., Yoder D. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). USDA Agriculture Handbook. 1997. 384 p. URL: https://www.ars.usda.gov/ARSUserFiles/64080530/rusle/ah_703.pdf.
Revised Universal Soil Loss Equation Version 2 (RUSLE2). User's reference guide // USDA-Agricultural Research Service. 2008. 430 p. URL: http://fargo.nserl.purdue.edu/rusle2_dataweb/userguide/RUSLE2_User_Ref_Guide_2008.pdf.
Van Oost K., Govers G., Desmet P. Evaluating the effects of changes in landscape structure on soil erosion by water and tillage // Landscape Ecology. 2000. Vol. 15. Iss. 6. P. 577-589. DOI: 10.1023/A:1008198215674.
Van Rompay A., Verstraeten G., Van Oost K., Govers G., Poesen J. Modelling mean annual sediment yield using a distributed approach // Earth Surface Processes and Landforms. 2001. Vol. 26. Iss. 11. P. 1221-1236.
Verstraeten G, Van Oost K, Van Rompaey A, Poesen J., Govers G. Evaluating an integrated approach to catchment management to reduce soil loss and sediment pollution through modelling // Soil Use and Management. 2002. Vol. 18. P. 386-394.

Еще

Статья научная