Особенности экспериментальной оценки эродируемости почв

Аннотация

Проведено изучение эродируемости модельных почв методом размыва образцов водным потоком в гидродинамической трубе. Новый способ формирования почвенных образцов при горизонтальной загрузке кассет по сравнению с традиционным вертикальным методом позволил получить более однородное сопротивление образцов в процессе их размыва водным потоком, к которому сформированные слои почвенных агрегатов располагаются перпендикулярно. Использование измерительного устройства «Посейдон» позволило получить интенсивности смыва в динамике, оценить качество подготовки образцов и провести анализ данных с целью их выбраковки, особенно начала и конца экспериментов. Кроме того, использование устройства позволило отказаться от отдельных операций, необходимых для уточнения данных опытов при досрочном их прекращении, — учета остатка образца, требующего его высушивания для определения количества смытой почвы по разности масс. Файлы данных, формируемые устройством по окончании экспериментов, существенно упростили их обработку и значительно сократили требуемое на нее время. Коэффициент вариации величины интенсивности смыва уменьшился в среднем на 12% при использовании нового метода подготовки образцов по сравнению с прежним. Установлены диапазоны влажности модельных почв, для которых характерна их минимальная эродируемость. Приведены зависимости интенсивности смыва почв от скорости водного потока в диапазоне от 0,5 до 2,5 м·с-1. Полученные результаты подтверждают зависимость интенсивности смыва почв от куба скорости потока. Эродируемость почв определяли как коэффициент пропорциональности между интенсивностью смыва и кубом скорости потока. Максимальный коэффициент эродируемости характерен для агросерой почвы и равен 179×10-6, а минимальный получен для агрочернозема — 53,0×10-6 с2·м-2. Агродерново-подзолистая почва характеризуется промежуточной величиной коэффициента эродируемости — 80,3×10-6 с2·м-2. Предложенные методические подходы и полученные экспериментальные результаты в дальнейшем могут использоваться для оценки эродируемости монолитов почв и грунтов и модельных образцов полифракционного состава, близкого к естественному.

Литература

1.    Бастраков Г.В. Эрозионная устойчивость рельефа и противоэрозионная защита земель. Брянск, 1994.
2.    Бушуева О.Г., Горобец А.В., Добровольская Н.Г. и др. Экспериментальная оценка противоэрозионной стойкости агропочв лесостепи // Маккавеевские чтения – 2022. Сб. матер. Науч. редакция – Р.С. Чалов. М., 2023.
3.    Горобец А.В., Краснов С.Ф., Митюхина Н.В. и др. Использование электроконтактного уровнемера для определения отметки поверхности мелководных бурных потоков // Маккавеевские чтения – 2013. Сб. матер. М., 2014.
4.    Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева и др. Смоленск, 2004.
5.    Кузнецов М.С. Противоэрозионная стойкость почв. М., 1981.
6.    Ларионов Г.А., Краснов С.Ф. Вероятностная модель размыва почв и связных грунтов // Почвоведение. 2000. № 2.
Larionov G.A., Krasnov S.F. Probabilistic Model of Soil and Cohesive Ground Erosion // Eurasian Soil Science. 2000. Vol. 33, № 2.
7.    Ларионов Г.А., Краснов С.Ф., Литвин Л.Ф. и др. Основы эрозии и оценка эродируемости почв (теория, эксперимент). М., 2022.
8.    Лисецкий Ф.Н., Светличный А.А., Чёрный С.Г. Современные проблемы эрозиоведения / Под ред. А.А. Светличного. Белгород, 2012.
9.    Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. М., 1970.
10.    Холодов В.А., Ярославцева Н.В. Агрегаты и органическое вещество почв восстанавливающихся ценозов. М., 2021.
11.    Choo H., Zhao Q., Burns S.E. et al. Laboratory and theoretical evaluation of impact of packing density, particle shape, and uniformity coefficient on erodibility of coarse-grained soil particles // Earth Surf. Process. Landforms. 2020. Vol. 45. https://doi.org/10.1002/esp.4825
12.    Crowley R.W., Robeck C., Thieke R.J. Computational modeling of bed material shear stresses in piston-type erosion rate testing devices // J. Hydraul. Eng. ASCE. 2014. Vol. 140, № 1. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000797
13.    Foster G.R. Modeling the Erosion Process. In: C.T. Haan, H.P. Johnson and D.L. Brakensiek (eds.) Hydrologic Modeling of Small Watersheds. ASAE Monograph № 5. ASAE, St. Joseph, MI. 1982.
14.    Hanson G.J., Cook K.R. Apparatus, test procedures, and analytical methods to measure soil erodibility in situ // Applied Engineering in Agriculture. American Society of Agricultural Engineers. 2004. Vol. 20, № 4. https://doi.org/10.13031/2013.16492
15.    Hanson G.J., Hunt S.L. Lessons learned using laboratory JET method to measure soil erodibility of compacted soils // Appl. Eng. Agric. 2007. Vol. 23, № 3. https://doi.org/10.13031/2013.22686
16.    Kimiaghalam N., Clark S.P., Ahmari H. An experimental study on the effects of physical, mechanical, and electrochemical properties of natural cohesive soils on critical shear stress and erosion rate // Int. J. Sediment Res. 2016. Vol. 31, № 1. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2015.01.001
17.    Knapen A., Poesen J., Govers G. et al. Resistance of soils to concentrated flow erosion: A review // Earth-Science Reviews. 2007. Vol. 80. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2006.08.001
18.    Li M., Liu Q., Zhang H. et al. Effects of antecedent soil moisture on rill erodibility and critical shear stress // Catena. 2022. Vol. 216, № 106356. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106356
19.    Li Z.W., Zhang G.H., Geng R. et al. Spatial heterogeneity of soil detachment capacity by overland flow at a hillslope with ephemeral gullies on the Loess Plateau // Geomorphology. 2015. Vol. 248. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.07.036
20.    Moragoda N., Kumar M., Cohen S. Representing the role of soil moisture on erosion resistance in sediment models: challenges and opportunities // Earth-Science Reviews. 2022. Vol. 229, № 104032. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104032
21.    Nearing M.A., Bradford J.M., Parker S.C. Soil detachment by shallow flow at low slopes // Soil Sci. Soc. Am. J. 1991. Vol. 55, № 2. https://doi.org/10.2136/sssaj1991.03615995005500020006x
22.    Song Y., Liu L., Yan P. et al. A review of soil erodibility in water and wind erosion research // J. Geogr. Sci. 2005. Vol. 15, № 2. https://doi.org/10.1007/BF02872682
23.    Wan C.F., Fell R. Investigation of rate of erosion of soils in embankment dams // J. Geotech. Geoenviron. Eng. ASCE. 2004. Vol. 130, № 4. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:4(373)