Введение к работе
Актуальность темы. В лесостепной зоне Кемеровской области, некоторые крупные геоморфологические структуры, такие как Кузнецкая котловина, испытывают интенсивное антропогенное воздействие и характеризуются значительным горизонтальным (1-2 км/км2) и вертикальным (50-150 и более м) расчленением территории. Здесь более половины всей пашни расположено на склонах крутизной до 10. Лучшие земли региона - черноземы и темно-серые лесные почвы, распространенные на склонах с такой крутизной, уже полностью вовлечены в хозяйственное производство.
Если учесть, что прирост населения в Западно-Сибирском регионе в последнее время резко возрос, а средняя потребность пашни для производства сельскохозяйственной продукции на одного жителя планеты при существующем уровне урожаев - 0,4 га [Заславский, 1979], то в сельскохозяйственное использование в Западной Сибири ежегодно должно вводиться около 50 тыс. га земель. К сожалению, площадь пашни здесь за последние 30 лет сократилась почти на 500 тыс. га [Танасиенко, 1999]. Самое низкое количество пашни на 1 жителя приходится в Кемеровской области - 0,46 га, т.е. приближается к мировому уровню. Учитывая вышесказанное, понятно, что дальнейшее освоение земель под пашню возможно только за счет почв, находящихся на покато-крутых (более 10) склонах. Механический перенос на склоновые земли агротехники, сложившейся на равнинных территориях, привел к обесструктуриванию черноземов, к их значительной выпаханности, снижению плодородия почв и, как следствие, к резкому росту интенсивности процессов водной эрозии почв (ВЭП). Активизация последних обусловлена резким уменьшением защитной функции естественной растительности и противоэрозионной устойчивости почв, подвергающихся длительному хозяйственному воздействию при своеобразных почвенно-экологических и климатических условиях.
Таким образом, сильное антропоіенное воздействие на пахотно-пригодные почвы, снижение залесенности территории создают в лесостепной зоне юга Западной Сибири предпосылки для активизации процессов ВЭП, ухудшения качества пашни, ограничения роста продуктивности сельскохозяйственных культур. Процессы ВЭП в регионе формируются и проявляются на почвах, которые располагаются на склонах с высоким горизонтальным расчленением, интенсивно используются в сельскохозяйственном производстве и характеризуются большим атмосферным увлажнением. При этом, если на всей территории Западной Сибири процессы ВЭП обусловлены поверхностным стоком снеготалых вод, то в лесостепной зоне Кузнецкой котловины выпадение осадков в теплое время года на распаханные склоны в виде ливней вызывает появление поверхностного стока и ливневой эрозии почв (ЛЭП). Первичное разрушение структуры почвы, ее разбрызгивание и уплотнение происходит под ударным действием капель дождя. На уплотнение поверхности почв расходуются примерно 2/3 энергии дождевых капель (Кузнецов, Глазунов, 1996). Кроме этого, падение капель на поверхности движуще-
РОС. НАЦИОНАДЬЬ ' У БИБЛИОТЕКА
С.І 9Э
гося водного потока малой глубины вызывает увеличение турбулентности потока и тем самым увеличивает его транспортирующую способность (Литвин, 2002).
На современном этапе исследований стали предприниматься оценки регионального соотношения талой и ливневой эрозии почв с опорой на непосредственное наблюдение за ними (Сурмач, 1992; Литвин, 1997). При этом анализ результатов прошлых лет показал, что «очень плохо обстоит дело с экспериментальными измерениями смыва при выпадении ливней» (Литвин, 2002).
В Азиатской части России данные наблюдений за ЛЭП имеются лишь на пахотных землях востока Западно-Сибирского региона и Алтайского края. Экспериментальные наблюдения в Кузнецкой котловине позволили прийти к выводу о преобладании ЛЭП (Хмелев, Танасиенко, 1983), поскольку смыв почвы при снеготаянии составляет 6-12 т/га и 8-20 т/га при выпадении ливневых осадков (Орлов, Танасиенко, 1977).
Поэтому изучение процессов ЛЭП, поиски их связей с гидротермическими условиями, генетическими свойствами почв, а также особенностями их хозяйственного использования - ключ к разработке эффективных систем почвозащитных мероприятий (СПМ), направленных на регулирование процессов ЛЭП.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка научных основ регулирования ЛЭП на базе изучения закономерностей их формирования и проявления при хозяйственном освоении лесостепной зоны юга Западной Сибири (Кемеровская область). В соответствии с этой целью решались следующие задачи:
разработка основных концептуальных положений геоэкологического
анализа формирования процессов ЛЭП в лесостепной зоне Кемеровской об
ласти с позицией взаимодействия окружающей среды и сельскохозяйствен
ного производства, определяющих специфику и динамичность их развития;
экспериментальное изучение параметров дождевых и ливневых осадков с установлением влияния их и других факторов на количественные и качественные параметры ЛЭП;
выявление основных закономерностей, формирования и проявления процессов ЛЭП под различными сельскохозяйственными культурами;
разработка основных принципов агроэкологической группировки земель с позиций адаптивно-экологической системы земледелия, включающей контурно-мелиоративную систему обработки земель, а также агро- и биомелиоративные мероприятия и склоновые гидротехнические противоэрозион-ные сооружения, направленные на регулирование процессов ДЭП и ЛЭП.
Предметом исследования являются концептуальные положения геоэкологических основ формирования и проявления ЛЭП и их регулирования посредством СПМ при освоении лесостепной зоны, которые включают следующие основные положения:
-
Научные основы формирования и проявления процессов ЛЭП с учетом параметров выпадающих ливневых и дождевых осадков, состояния и свойств почвенного и растительного покровов и других факторов эрозии, базируются на идее взаимодействия природной среды и нерациональной хозяйственной дея гельности человека.
-
Основные закономерности формирования и проявления ЛЭП, обусловленные техногенно измененной динамикой противоэрозионнои устойчивости почв и параметрами ливневых и дождевых осадков.
-
Обоснование количественных оценок ЛЭП на основе расчета энергетических характеристик выпадающих дождевых и ливневых осадков и поверхностного склонового стока.
-
Разработка основных принципов агроэкологической группировки земель, включающей контурно-мелиоративную систему обработки земель и систему противоэрозионных мероприятий, направленных на регулирование процессов ЛЭП.
В качестве объектов исследования выбрана территория СПК «Калтан-ский» Новокузнецкого района Кемеровской области с характерными элементами ландшафта лесостепной зоны юга Западной Сибири.
Методика исследования включала три этапа работ:
-
Сбор и анализ имеющихся материалов по геозколої ической сиіуации формирования и проявления процессов ЛЭП в лесостепной зоне Кемеровской области и воздействия на нее процессов ЛЭП.
-
Осуществление экспериментальных исследований параметров дождевых и ливневых осадков, исследований ЛЭП на стационарных стоковых площадках с естественной и культурной растительностью, а также методом искусственного дождевания склонов.
III. Обработка полученных материалов: расчет количественных показате
лей процессов ЛЭП, энергетических и других показателей дождей, составле
ние карта-схем интенсивности распределения дождевой эрозии почв (ДЭП) и
ЛЭП, разработка агроэкологической группировки земель и составление кар
ты-схемы противоэрозионного использования земель с комплексом агро - и
биомелиоративных мероприятий, направленных на регулирование процессов
ЛЭП, повышение плодородия почв и урожайности сельхозкультур.
Исходные материалы. В работе использованы опубликованные работы по проблеме процессов ВЭП и ЛЭП в условиях Западной Сибири, других ре-і ионов страны, а также зарубежных авторов, результаты экспериментальных исследований автора.
Личный вклад автора. Работа выполнена автором самостоятельно. Им проведены экспериментальные исследования по: динамике ливневой эрозии почв; изучению параметров дождевых капель и их влиянию на формирование ДЭП; установлению влияния различных факторов на интенсивность стока и ЛЭП. На основе обработки экспериментальных данных предложены формулы для определения интенсивности ДЭП и ЛЭП, которые были использованы
при составлении карт распределения интенсивности ДЭП (впервые) и ЛЭП, поверхностного стока, а также карты противоэрозионного использования земель.
Научная новизна состоит в исследовании закономерностей формирования и регулирования процессов ЛЭП при сельскохозяйственном освоении лесостепной зоны Кемеровской области, В результате исследований:
установлено, что развитие процессов ЛЭП в геосистемах лесостепной зоны с позиции системного подхода отражает функционирование территории как целостной природно-агропромышлснной системы и может выступать интегральным показателем ее состояния;
выявлена специфика процессов ЛЭП на базовых ключевых участках расположенных в лесостепной зоне Кемеровской области, и сформулированы основные закономерности их формирования и проявления;
обоснованы методы экспериментальных исследований процессов ЛЭП, основных параметров дождевых и ливневых осадков и проведена их комплексная количественная оценка;
впервые составлены карта-схемы интенсивности ДЭП и ЛЭП, выявлены географические закономерности их распределения на исследуемых участках;
разработаны основные принципы и произведена агроэкологическая группировка земель с рекомендацией различных элементов адаптивно-экологической системы земледелия, включающих контурно-мелиоративную систему обработки, а также агро- и биомелиоративные мероприятия и склоновые гидротехнические противоэрозионные сооружения с целью регулирования ЛЭП.
Таким образом в диссертационной работе решается крупная научная проблема, имеющая важное значение - обоснованы теоретические и методические принципы оценки и регулирования интенсивности процессов ЛЭП и ДЭП в лесостепной зоне Кемеровской области.
Практическая значимость работы заключается в разработке эффективных CUM, а также совершенствовании существующих технологий регулирования процессов ЛЭП, что позволяет обеспечить:
восстановление плодородия эродированных почв и возврат их в сельскохозяйственное производство, что обусловит повышение урожайности сельхозкультур и получение экологически чистой сельхозпродукции;
рациональное размещение элементов адаптивно-экологической системы земледелия по территории и минимизацию отрицательного воздействия ДЭП и ЛЭП на окружающую среду посредством контурно-мелиоративной обработки земель, агро - и биомелиоративных и склоновых гидротехнических противоэрозионных мероприятий;
целевое планирование противоэрозионных мероприятий при корректировке областной и районных Схем противоэрозионных мероприятий.
Помимо этого, предлагаемые рекомендации по регулированию процессов ЛЭП могут быть использованы в других регионах Российской Федерации, входящих в лесостепную зону с аналогичными гидротермическими и поч-венно-эрозионными условиями.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены использованием значительного объема исходной информации, полученной из различных источников и в результате экспериментальных полевых и лабораторных исследований, выполненных с 1999 по 2003 годы, а также удовлетворительным согласованием основных результатов с выводами и оценками других исследователей.
Обоснованность результатов и предложенных рекомендаций подгвержда-ется их использованием в проектах рационального использования земель в хозяйствах Кемеровской области.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы были доложены на научных семинарах Московской областной секции РАЕН (2001, 2002, 2003, 2004 годы), Кемеровском филиале Международной Академии экологии и природопользования им. академика B.C. Ал-тунина (2004, 2005 гг.), VIII-IX межвузовском научно-практическом семинаре - конкурсе на лучшую работу студентов, аспирантов, молодых ученых по проблемам экологии и природопользования в Московском регионе (2004, 2005 гг.).
По теме диссертации опубликовано 7 работ.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Основные закономерности формирования и проявления процессов ЛЭП, обусловленные факторами окружающей среды, в том числе хозяйственной деятельностью человека.
-
Оценка интенсивности ДЭП и ЛЭП на склонах с различной растительностью, проведенная на основе последовательного расчета параметров (в том числе и энергетических) выпадающих дождевых и ливневых осадков.
-
Разработка основных принципов агроэкологической группировки земель с позиций адаптивно-экологической системы земледелия, включающей контурно-мелиоративную систему обработки земель, а также агро- и биомелиоративные мероприятия и склоновые гидротехнические противоэрозион-ные сооружения, направленные на регулирование процессов ЛЭП и использование восстанавливаемых и рекультивируемых земель в сельскохозяйственном производстве.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы составляет 202 страницы текста, включая 35 рисунок и 29 таблиц. Список литературы содержит 231 наименований, из них 26 на иностранных языках.
Похожие диссертации на Геоэкологические аспекты формирования и регулирования процессов ливневой эрозии
