Введение к работе
-тд'».-
--""-—-Актуальность теин. Среди негативных последствий хозяйственной деятельности человека эрозии и дефляции почв принадлежит одно из первых мест по масштабам потерь, причиняемых сельскому хозяйству. Кроме того, продукты ускоренной эрозии, поступая в речную сеть, вызывают деградации рек и ухудшение качества поверхностных вод, что приобретает особое значение в условиях кризисной экологической ситуации.
В связи с этим развитие эрозии и дефляции вызывает обоснованную тревогу спеївіалистов, а в последнее время и широкой общественности. Этой проблеме уделяется значительное внимание также правительствами многих стран в том числе и СССР. Однако, несмотря на определенные успехи, проблема еще далека от решения. Одной из важнейших причин такого положения является недостаточная изученность вопроса и преобладание эмпирических методов в эрозиоведении. Поэтому большое научное и практическое значение имеет разработка физических основ теории эрозии и дефляция, которые крайне необходимы для объяснения экспериментальных и натурных данных, а также для совершенствования эмпирических моделей эрозии.
Основная цель работы - обоснование принципов и расчетных методов оценки и картографирования эрозионноопасных земель для разработки систем почвозащитных мероприятий на различных стадиях проетно-изыскательских работ и разработка необходимого информационного обеспечения для земледельческой зоны СССР. Достижение этой цели было сопряжено с решением следупцпх частных задач: I) разработкой гидрофизических основ теории эрозионного процесса, удовлетворительно объясняющей результаты натурных и экспериментальных исследований; 2) анализом роли отдельных факторов в развитии дефляции и количественных методов их опенки; 3) сбором данных и расчетом климатических факторов эрозии и дефляции для составления серии факторных карт на территорию СССР; 4) разработкой системы эрозионных и дефляционных индексов для основных полевых культур и районированием территории СССР по этому признаку с учетом внутриго-дового распределения климатических факторов; 5) модификацией известных эмпирических уравнений эрозии на основе гидрофизических представлений о механизме процесса и адаптацией их для целей проектирования противоэрозионных мер, дифференцированных по длине склонов; 6)разработкой методики оценки и карти-
рования эрозионноопасных земель для целей' проектирования лротивоэрозионных мер на различных стадиях проектне—изыскательских работ; 7) обоснованием и разработкой новой модели дефляции почв; 8) разработкой методики оценки дефляционноопао-ных земель и проектированием системы прогиводефляпионных мер.
Объект исследования и (фактический материал. В основу работы положены результаты многолетних (с I9S0 по 1986 гг.) полевых маршрутных обследований и полустационарных наблюдений за развитием эрозионных и дефляшшнноопасных процессов, а также их последствий в виде смытых почв и аккумулятивных образований в различных физико-географических условиях. Почвен-ноэрозионные исследования производились на Северном Кавказе и Нижнем Дону, юго-востоке Украины, в Дагестане, е Центральночерноземном регионе, в среднем и нижнем Поволжье, южном їїрєд-уралье, в пелтралъных областях Нечерноземья, а также в ряде регионов Средней Азии. На всю территорию СССР были собраны данные по интенсиркости осадков (свыше 600 станций) за 25-летний период, материалы по ветровому режиму (свыше 900 станций), сведения о средних датах установления и'разрушения снежного покрова, а также ряд агроклиматических характеристик. Использовались фондовые материалы Главка землепользования и землеустройства РСФСР и его областных отделений в районах, где проводились полевые работы, а также отечественные и зарубежные литературные источники. Перечисленные выше материалы и результаты их обработки частично приведены в диссертации в виде таблиц, графиков и карт.
Научная новизна работы. Разработаны гидрофизические основы эрозионного процесса, объясняющие все многообразие натурных и экспериментальных данных, что позволило: I) усовершенствовать блок рельефа в эмпирическом универсальном уравнении рельефа; 2) обосновать новую структуру модели эрозии почв. Впервые в рамках эмпирических уравнений эрозии предложено аналитическое решение, позволяющее оценить совокупное влияние продольного и поперечного профиля склона на смыв почвы. Предложены единые подходы к опенне и картографированию эрозионноопасных и дефляшонноопасных земель для мелкого, среднего и крупного масштабов, соответствующие различным стадиям проект-но-изыскательских работ. На основе карт эрозионноопасных земель и данных о структуре посевов разработаны принципиальные положения методики проектирования почвозащитных мер на стадии
схем и конкретных проектов. Показано, что сравнительно незначительные различия в величинах допустимого смыва на 1-2 порядка изменяют капитальные и текущие затраты на осуществление системы почвозащитных мер.
Основные защищаемые положения. I. Все многообразие натурных и экспериментальных данных о влиянии на смыв параметров рельефа как длина и крутизна склона находит удовлетворительное объяснение в рамках гидрофизического представления о механизме эрозионного процесса основными положениями которого являются: 1) отрыв частиц почеы и грунта и дальнейвий перенос их вниз по склону представляет собой работу (в физическом смысле) , совершаемую водным потоком за счет его кинетической энергии; 2) отрыв частиц грунта производится лишь теми струями потока, которые имеют скорости выше пороговых. Из этого положения следует, что при изменении крутизны или длины склона в интервале, обеспечивающем изменение скорости потока от допороговых значений до значений, превышающих в 2-3 раза пороговые, влияние вышеназванных параметров на смыв будет выражаться степенной зависимостью с показателем степени высе единицы; 3) в точке касания влекомой частини ложа потока и в ее ближайшем окружении отрыв ноеых частки не происходит. Из этого положения следует, что по мере увеличения длины склона нарастание интенсивности смыва замедляется, и поэтому использование постоянного показателя степени при длине в эмпирических уравнениях эрозии неправомерно.
-
В блоке рельефа эмпирических моделей эрозии,предназначенных для определения смыва по отрезкам склона, фактор длины должен выражаться в виде двучлена. В рамках такого выражения может быть найдено аналитическое решение вопроса о влиянии продольного и поперечного профиля склона на смыв почвы. Показатель степени при длине склона должен закономерно уменьшаться с длиной склона.
-
Величина эрозионного потенциала осадков, зависящая от слоя и интенсивности дождя, на территории СССР изменяется Е широких пределах (от 0,5 и менее до 120 единиц). Кроме фактора зональности и общих закономерностей атмосферной циркуляции на географию эрозионного потенциала осадков большое влияние оказывают макро- и мезоформы рельефа. Причем, характер влияния не вполне идентичен влиянию рельефа на общее количество осадков. Максимальные значения эрозионного потенциала тяготе-
ют к предгорному поясу и большим межгорным котловинам. Пояс максимального количества осадков в горных странах не совпадает с поясом максимальных значений эрозионного потеншала осадков. На территории СССР выделяется 39 районов, различающихся по внутригодовому распределению эрозионного потеншала осадков.
-
Элективная почвозащитная способность полевых культур относительно ливневого смыва зависит,кроме их биологических свойств и агротехники возделывания, от внутригодового распределения эрозионного потенциала осадков и поэтому не может быть одинаковой на территории СССР. По этому показателю в СССР обособляется 62 района. Эффективная почвозащитная способность густопокровных полевых культур в пределах СССР изменяется более, чем в 2 раза. Диапазон региональных различий в почвозащитной способности пропашных культур несколько меньше.
-
Модификация эмпирического уравнения ГГИ для расчета смыва от стока талых вод и усовершенствование блока рельефа в универсальном уравнении, предназначенном для определения ливневого смыва, значительно повысили их достоверность, расширили круг вопросов, решаемых с их помощью и устранили некоторые региональные ограничения.
-
Карты дефляционного потенциала ветра позволили выделить на территории СССР области возможного развития дефляции. На величину дефляционного потеншала ветра, кроме общих закономерностей циркуляции воздушных масс, большое влияние сказывают лесная растительность,- удаленность от обширных акваторий,
а также макро- и мезорельеф. Влияние последнего фактора неоднозначно. Он может как увеличивать дефляционный потенциал ветра, так и снижать его. Стеснение воздушных потоков сбоку и снизу вызывает резкое увеличение скорости ветров и соответственно величины дефляционного потеншала на возвышенностях, у горных хребтов, расположенных под тупым углом к направлению господствующих воздушных потоков, и в узких горловинах долин. Гравитационный разгон холодных воздушных масс на подветренных скатах возвышенностей является одной из ведущих причин, обусловивших существование ряда обширных областей с высоким дефляционным потенциалом.
7. Предложено новое уравнение дефляции, предназначенное
для определения интенсивности потерь почвы на пахотных землях
и проектирования почвозащитных мер. Оно основано на ряде впол
не очевидных постулатов, вытекающих из элементарных физичес-
- .5 -ких законов, и данных о среднемноголетней интенсивности дефляции в районах, различающихся по противодефляционным свойствам почв-и величине дефляционного потеншала ветра. Расчитанные по уравнении дефляции потери почвы хорошо согласуются с фактическими данными.
Достоверность выводов- и практическая ценность работы. Теоретические выводы и методические разработки создавались и проверялись на .обширном фактическом материале 28-летних коллективных исследований в широком диапазоне природных условий - от полупустыни и субтропиков до тайги. Материал собирался в процессе маршрутных почвенно-эрозионных и почвенно-дефляшон-нн-т обследований, детальных съемок на ключевых участках, полу-стационзрныз: наблюдений, полевых и лабораторных экспериментов, а такхсо в процессе анализа фондовых материалов, метеорологических и статистических данных, а также литературных источников.
Научная состоятельность работы подтверждается тем, что се основные положения включены в состав научных отчетов по ряду г/б тем, в том числе по темам, разрабатываемым в соответствии с научно-техническими программами ГКНТ СССР: Проблема 0.51.01, задание-05.0I.H4.(Постановление ркнт и Госплана СССР В 451/244- от-8.12.1981 г.)'и проблема 0.85.1, задание 08.02.01 Н7б.".(Постановленто'ГКНТ- » 555 от SO.10.1985 г.). К числу последняя относятся:"Обоснование принципов и-методов картографирования и составления карт эрозионноопасных земель разных масштабов на отдельные крупные регионы страны", (госрегистрация .'5 8I0S2852, утвервдена- Советом географического факультета 15 февраля 1985 г.); "Разработка методов расчета опасности эрозии в различных зонах страны", (госрегистрация Я 01.860128376, утверядена Советом географического факультета).
О практическом значении научных положений и методических основ свидетельствуют результаты многочисленных хоздоговорных работ со следующими организациями: Министарствами и управлениями сельского хозяйства Дагестанской и Кабардино-Балкарской АССР, Карачаево-Черкесской Автономной области, проектно-изыс-кательекпми и научно-исследовательскими институтами Среда згип-роводхлопок, Севкавгппроводхоз, Южгипроводхоз, Росгипроводхоз, СОИЗИ, научно-исследовательским институтом горного садоводства и цветоводства, РосНИИземпроектом
Разработанная автором методика использовалась республиканскими и зональными филиалами Союзгипроводхоза для составления карты дефляционно-эрозионного районирования земледельческой зоны СССР в масштабе 1:500 000 и определения объемов и стоимости почвозащитных мер в разрезе административно-территориального деления СССР и по бассейнам рек.
Основные научные результаты и методические положения работы были использованы при составлении карты эрозионноопасных земель Европейской части СССР и сопредельных территорий масштаба 1:1 500 000 . В рамках межкафедральной темы "Картографическое обеспечение высшего образования" она была трансформирована в учебную карту "Эрозионная опасность Европейской части СССР" масштаба 1:2 000 000. Ряд разработок воиел в "Методические указания по проектированию противоэрозионной организации территории при внутрихозяйственном землеустройстве в зонах проявления водной эрозии" (Госагропром СССР, 1989).
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на 48-ыи совещаниях, семинарах и конференциях. В том числе на всесоюзных конференциях "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях" (Москва, 1972, 1976, 1981, 1987), на .Ломоносовских чтениях (Москва, 1978, 1982, 1985, 1986, 1988), на Всесоюзной конференции "Климат, рельєфи человек", "(Казань, 1978), на Всесоюзной конференции "Теоретические основы противоэрозионных мероприятий" (Одесса, 1979), на международном научном симпозиуме "Борьба с опустыниванием путем комплексного развития" (Ташкент, 1981), на УП делегатском съезде почвоведов (Ташкент, 1985), на УШ съезде географического общества (Киев, 1985), на координационном совещании по заданию ГКНТ 'Тазработать и передать в агропром СССР прогноз развития эрозионных процессов" (Пушино, 1987; Ворошиловград, 1988; Москва, 1988, 1990), на всесоюзном совещании "Экзогенные процессы и окружающая среда" (XIX пленум геоморфологической комиссии АН СССР, Казань,1988), а їакже на международном симпозиуме "Геоморфологические процессы и окружающая.среда "Количественный анализ взаимодействия" (Казань, І99І).
Структура диссертации. Работа состоит из 6 глав, заключения ( 291 стр. текста) и списка литературы (244 названия) и, кроме текста, содержит 28 рисунков, графиков, схематических факторных карт СССР и отдельных фрагментов ряда других карт.
Диссертационная работа выполнена в Проблемной лаборатории эрозии почв и русловых проиессов географического факультета Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова. По теме диссертации опубликовано свыше 72 научных работ, подготовлена к изданию монография. Основные выводы и положения используются в лекционных курсах "Защита почв от эрозии с основами земледелия" и "Методы изучения эрозионных процессов".
Автор глубоко благодарен своему ныне покойному учителю д.г.н. заслуженному деятелю науки РСФСР профессору Н.И.Макка-вееву,- многие идеи которого воплощены в настоящей работе. В течение долгих лет автор пользовался неизменным вниманием и поддержкой д.с.-х. наук профессор М.Н.Заславского. В проведении исследований, обработке материалов и обсуждении проблем на разных этапах принимали участие Л.Ф.Литвин, С.Ф.Краснов, Н.П.Тарабрпн, З.П.Кирюхина,. Ю.Г.Жаркова, М.Ю.Белоиерковский, а также многие другие сотрудники Проблемной лаборатории эрозии почв и русловых процессов.
Всем своим товарищам по работе автор выражает глубокую признательность за постоянное содействие и помощь в работе.
