Статьи

Эрозионно-аккумулятивные процессы реализуются посредством парагенетических процессов деструкции почвы, транспорта, переотложения и аккумуляции педоседиментов, обогащенных органическим углеродом. Перспективным подходом в обосновании допустимых эрозионных потерь почв становится интеграция оценок качества почвенных ресурсов, темпов эрозии, а также скорости почвообразования, включающей расчеты баланса органического углерода в почвах агроэкосистем. Круг исследовательских задач включал: анализ среди современных комплексных подходов по обоснованию допустимых эрозионных потерь почв наиболее перспективных с точки зрения полноты отражения агропедогенеза; оценку эффективности процесса регенерации гумусового горизонта при первичном, рецентном и постагрогенном вариантах воспроизводства почв; выявление закономерностей формирования природного почвенного покрова на датированных и полноголоценовых педотопокатенах; определение результативности эрозионно-аккумулятивных процессов при формировании обогащенных органическим углеродом педоседиментов в тальвегах ложбин стока при экстремальном гидрологическом событии и в аккумулятивных элементах ландшафта за многовековой период.
Основными объектами исследования выступили разновозрастные почвы в состоянии ренатурации, которые были выбраны в антропогенно нарушенных геосистемах европейской лесостепи. Кроме того, изучены почвенно-геоморфологические особенности в пределах разновозрастных эрозионных педотопокатен и процессы аккумуляции педоседиментов на разных масштабных уровнях.
По результатам моделирования почвообразовательного процесса во времени, основанного на обширной базе почвенно-хронологических данных, определены значительные различия скорости формирования гумусового горизонта на начальных и квазифинальных стадиях педогенеза, а также сопряженность онтогенетической зрелости гумусового профиля со скоростью педогенеза, что необходимо учитывать при обосновании допустимых эрозионных потерь. Многолетние исследования процессов ренатурации нарушенных почв в зоне лесостепи определили особый тип воспроизводства у агроаброземов, когда происходит функциональная реабилитация остаточного гумусового горизонта, отличающийся от первичного педогенеза (при формировании гумусового профиля на материнских породах). В зависимости от эрозионной трансформации профиля почвы-предшественника средние скорости формирования постагрогенного гумусового горизонта у черноземов лесостепи находятся в диапазоне от 3,6 до 6,0 мм·год–1. Как показали результаты изучения разновозрастных и полноголоценовых педотопокатен, природный почвенный покров, который отражает процессы смыва–аккумуляции и ландшафтной склоновой микрозональности, и почвенно-геоморфологические взаимоотношения могут быть адекватно формализованы путем совершенствования в эрозионных моделях формулы расчета рельефной функции через введение переменной величины степени при показателе длины склона.

В работе на основе применения универсального уравнения эрозии почвы RUSLE оценивается пространственно-временная изменчивость водной эрозии почвы в Крыму для двух периодов 1958–1988 и 1989–2018 гг. Уровень эрозии почв на полуострове изменяется от слабо опасного до чрезвычайно опасного. Наиболее эродированные почвы приурочены к Южному берегу Крыма, что соответствует сочетанию наибольших значений эрозионной способности осадков и эрозионного потенциала рельефа. Установлено, что потери почвы в первый период несколько превышали аналогичную величину после 1989 г. (⁓ на 13%), при этом доля земель, подверженных эрозии от средне опасной до чрезвычайно опасной, изменялась в пределах менее 1%. Указанные изменения могут быть связаны как с сокращением сельскохозяйственных обрабатываемых земель, так и с изменчивостью самих факторов смыва почв. Показано, что основную роль в формировании поверхностного смыва почвы на территории Крыма играют факторы эрозионной способности осадков, эрозионного потенциала рельефа, а также фактор растительности. На основе сопоставления величин фактического стока взвешенных наносов в замыкающих створах рек со значениями смыва почвы выявлена степень трансформации смытых частиц в сток наносов и показано, что для большинства рек, освещенных данными стационарного мониторинга за стоком взвешенных наносов, характерна аккумуляция продуктов эрозионного смыва, когда замыкающих створов достигает не более 50% смытого материала.

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.

Деградация земель — глобальная проблема человечества, где наибольший вклад принадлежит засушливости и эрозии почв. Социальные последствия деградации земель — крайне актуальная, но слабо концептуализированная проблема. Это препятствует созданию эффективных исследовательских программ по их изучению. В статье дается широкий обзор рассматриваемой проблемы. Для выявления проблемного поля в области изучения социальных последствий деградации земель было проведено экспертное исследование. С помощью интервьюирования девяти признанных ученых-экспертов в области изучения деградации земель были выявлены наиболее устойчивые суждения, которые послужили опорой для выделения основных форм проявления социальных последствий деградации земель. Были составлены частные исследовательские концепции, заключающиеся в выделении позиции каждого эксперта по поводу основных последствий деградации земель. В результате была сформирована обобщенная экспертная модель проблемного поля социальных последствий деградации земель. Согласно этой модели, все эксперты отмечают междисциплинарный характер изучения рассматриваемых вопросов, которые находятся на пересечении экологических, экономических и социальных проблем. Подавляющее большинство экспертов отметили прямой характер влияния деградации земель на формирование социальных последствий. Благодаря комплексированию частных концепций получилось выявить такие аспекты, по которым есть расхождения. Это предоставляет возможность более широкого изучения социальных последствий деградации земель. Так, встречается экспертное мнение, которое заключается в том, что социальные последствия имеют скорее опосредованный характер и реализуются через ресурсные проблемы. Часть экспертов обратили внимание на то, что именно экстремальные формы деградации земель значительно усиливают проявление социальных последствий. По мнению экспертов, деградация земель может приводить к изменению социального статуса; снижению рекреационного потенциала земель; голоду, изменению продолжительности жизни, потере работы; усилению расслоения общества; изменению стоимости жилья и смене типа землепользования; снижению использования земли для сельскохозяйственных нужд и изменению отношений людей на более индивидуалистические. Также было отмечено, что использование продукции с деградированных земель может приводить к повышению онкозаболеваемости в регионе. Концептуализация и выявление указанных проблем может помочь сконцентрировать усилия в области изучения социальных проблем деградации земель.

.В работе рассматриваются особенности аккумуляции эродированного почвенного материала у подножия распаханного склона, на нижней границе которого сформирован вал напаши, и его поступления на задернованный борт малой долины. Исследован малый водосбор в районе интенсивного чернобыльского загрязнения, где положение нижней границы пашни на протяжении последних нескольких десятилетий совпадает с бровкой балки. Это позволило проследить пространственные закономерности распределения эродированного материала при стабильном функционировании напаши в качестве важного литодинамического рубежа, аккумулирующего и перераспределяющего потоки смытого твердофазного вещества почв. Определение объемов материала, поступающего с пахотных склонов, проводилось при помощи математического моделирования эрозии на базе высокоточной цифровой модели рельефа, данных о климате, эродируемости почвы и севооборотах. Для оценки интенсивности аккумуляции использован 137Cs чернобыльского происхождения в качестве надежного хрономаркера. Основной объем эродированного материала поступает в долинную сеть по системе склоновых ложбин, концентрирующих склоновый сток и прорезающих напаши. На участках задернованных бортов вне зон концентрации стока переотложение материала в основном зависит от морфологической выраженности вала напаши, происходит локально и связано с эпизодическими переливами в результате постепенного заполнения понижения перед напашью. В существующих условиях аккумуляция продуктов эрозии почвы на задернованных бортах балки занимает сравнительно малую долю в общем балансе наносов исследованного водосбора. Существенные изменения могут произойти вследствие постепенного снижения барьерной роли напаши в результате аккумуляции эродированного почвенного материала и климатических изменений, способствующих увеличению смыва.

Черноземы — наиболее плодородные почвы России. Большая часть территории Курской области покрыта черноземами, распахана половина территории, приблизительно пятая часть распаханных земель эродированы. В связи с этим актуально изучение различных аспектов эрозионных процессов, затрагивающих черноземы Курской области. Целью работы являлось оценить влияние мелководных потоков на морфометрические характеристики агрегатов черноземов типичных разной степени смытости. Проведен ряд модельных эрозионных экспериментов с капиллярно-увлажненными насыпными образцами верхнего 10-сантиметрового слоя гумусового горизонта черноземов типичных пахотных Курской области. Контрольный вариант — сопоставимый образец чернозема типичного участка «Косимая степь» Центрально-Черноземного природного биосферного заповедника имени профессора В.В. Алехина. Определены морфометрические параметры агрегатов почвы, вынесенных модельными потоками с минимальной, средней и максимальной скоростью (0,3, 0,41‒0,45 и 0,54‒0,58 м·с-1 соответственно). Анализ результатов экспериментов показал, что агрегаты меньших размеров имеют большие показатели округлости, изометричности, меньший показатель изрезанности поверхности. Агрегаты больших размеров, наоборот, менее округлы и изометричны и более изрезанны. При воздействии на насыпной образец почвы модельным мелководным потоком степень округлости и коэффициент изрезанности поверхности агрегата изменяются обратно пропорционально друг другу. На изменение фактора формы и коэффициент изрезанности поверхности агрегатов оказывает влияние как степень смытости почвы, так и скорость потока, причем эти факторы взаимно усиливают влияние друг друга. На степень изометричности агрегатов влияет главным образом степень смытости почвы, но ее влияние усиливается при добавлении фактора скорости. В зависимости от скорости потока влияние его на морфометрические параметры агрегатов различается: в области низких скоростей происходит окатывающее воздействие, в области высоких скоростей — разрушающее. Продолжение подобных исследований позволит расширить представления о механизмах и закономерностях формирования смытых почв.

Формула Кузнецова связывает параметры эрозионной стойкости и водоустойчивости почв. Однако механизм возникновения данных свойств различен: водоустойчивость объясняют действием внутриагрегатных гидрофобных связей между гуминовыми веществами, а эрозионную стойкость — размером водопрочных агрегатов и силой их сцепления друг с другом. При этом природа межагрегатных связей, обеспечивающих эрозионную стойкость, остается неясной. Цель работы состояла в уточнении механизма эрозионной стойкости почв путем проверки существования связи между устойчивостью почв к действию воды на гидролотке и водоустойчивостью их агрегатов. В работе использовали образцы гумусово-аккумулятивных горизонтов почв: дерново-подзолистой и чернозема выщелоченного. Для получения образцов с одним агрегатным составом, но отличающихся по эрозионной стойкости в работе использованы почвенные полимерные мелиоранты (ППМ). Эрозионную стойкость почв определяли на гидролотке и рассчитывали критическую скорость смыва. Водоустойчивость почв оценивали методом лезвий. Размер частиц в растворах оценивали методом лазерной дифрактометрии. Установлено, что на почвах, обработанных ППМ, результаты методов лотка и лезвий коррелируют на 99%. Высокая корреляция позволяет предположить единую природу внутри- и межагрегатных связей. Для проверки роли гидрофобных взаимодействий в формировании агрегатов, устойчивых к действию воды, в модельном эксперименте к водным растворам гуматов добавили полимеры разной степени гидрофобности: полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиакриламид (ПАА) и поливиниловый спирт (ПВС). Параллельно оценили водоустойчивость почв, обработанных ПЭГ, ПАА и ПВС. Анализ результатов показал, что наибольшая водоустойчивость агрегатов отмечена при добавлении в почвы самого гидрофобного полимера — поливинилового спирта, который формировал наиболее крупные частицы при взаимодействии с гуматом в модельном опыте. Эти результаты подтверждают роль гидрофобных взаимодействий в образовании агрегатов и свидетельствуют, что при подборе полимеров-структуров следует учитывать их взаимодействие не с глинистыми минералами, а почвенными гелями, которые включают в себя глинистые минералы и гуминовые вещества.

Оценена динамика накопления наносов в днищах малых водосборов лесостепной зоны Среднерусской возвышенности с помощью почвенно-морфологического, радиоцезиевого методов и метода магнитного трассера, что позволило рассчитать темпы смыва почвы 1) с 1986 г., 2) с 1954 г, 3) с момента запуска и активной эксплуатации железной дороги, 4) с момента массовой распашки всей территории водосбора. Выделены две группы малых долин: к первой группе относятся притоки более крупных сухих долин, где средние темпы смыва за агрикультурный период составляют 2,1–2,4 т·га-1 в год и превышают современные (с 1986 года) на 0,6–0,7 т·га-1 в год. Ко второй группе относятся истоки более крупных долин, где средние темпы смыва за агрикультурный период составляют 0,6–0,9 т·га-1 в год и меньше современных (с 1986 года) на 0,3–0,8 т·га-1 в год. Максимальные темпы в пределах исследуемых водосборов наблюдались в период 1954–1986 гг., что связано с переуплотнением почв тяжелой сельскохозяйственной техникой, а также вкладом талого смыва, регулярного для данного периода.

В работе проанализированы мощности гумусовых горизонтов черноземов и серых лесных почв, измеренных в более чем тысяче точек обследования на трех участках площадью около 10 тыс. га каждый в северной (Орловская обл.), центральной (Курская обл.) и южной (Белгородская обл.) лесостепи на Среднерусской возвышенности. Измеренные мощности гумусированной толщи были сопоставлены со смоделированными мощностями. Моделирование мощностей гумусовых горизонтов проводилось на основе учета темпов эрозии и самовосстановления почв. Были использованы эрозионные модели WaTEM/SEDEM и ГГИ в модификации Г.А. Ларионова, С.Ф. Краснова, верифицированные ранее на малых водосборах в пределах или в непосредственной близости от участков исследования. Для установления длительности антропогенной эрозии в точках обследования была проведена реконструкция истории освоения исследованных участков. Использованный подход позволил с достаточной точностью смоделировать эрозионные потери почв в среднем по участкам исследования и рассчитать среднюю текущую мощность гумусированной толщи современных почв. Полученные результаты сопоставлений измеренных и смоделированных мощностей гумусированной толщи отчетливо свидетельствуют о значимой роли самовосстановления почв в формировании эрозионно-аккумулятивных структур почвенного покрова. Недостаточный учет самовосстановления почв приводит к значительному занижению расчетных мощностей гумусированной толщи и, как следствие, к завышению степени эродированности почвенного покрова. Темпы самовосстановления черноземов и темно-серых лесных почв составили около 0,4 ммгод-1, что согласуется с литературными данными исследований на ключевых участках. В ряду черноземы – темно-серые лесные – серые лесные – светло-серые лесные почвы отмечено увеличение различий между смоделированными и измеренными мощностями гумусированной толщи. Возможно, распашка почв лесного генезиса способствует увеличению потечности гумуса, запахиванию локально проявляющихся вторых гумусовых горизонтов, а также педо-турбационным процессам, что потенциально может способствовать искажению полевой диагностики мощностей гумусированной толщи серых и светло-серых лесных почв и занижению степени деградации почвенного покрова в северной лесостепи.

Несмотря на большое количество разнообразных противоэрозионных практик, применяемых в стране, динамика площадей эродированных земель остается разнонаправленной и неустойчивой. Целью нашей работы было предложить методологическое решение для обоснования моделей устойчивого землепользования с противоэрозионной направленностью, обосновать способы семантического моделирования и способы управления землепользованием на эрозионно-опасных и эродированных землях с целью их поддержания и восстановления. Объектами исследования послужили разнообразные противоэрозионные приемы, методы, подходы, технологии и мероприятия, описанные в различных источниках, включая базы данных по лучшим практикам, учебную и научную литературу. Исследование строилось на интеграции нескольких рабочих гипотез и подходов, высказанных и обоснованных авторами в более ранних работах. Методологической основой этих подходов является концепция нейтрального баланса деградации земель (НБДЗ) и основанные на ней принципы оценки «устойчивости» природопользования. На примере нескольких объектов рассмотрены способы семантического моделирования устойчивости противоэрозионных методов землепользования, основанного на оценке достижения НБДЗ с помощью так называемых успешных практик. Для оценки использованы такие параметры моделей, как «природный потенциал», отражающий ресурсный потенциал, адаптационный потенциал и способность к самовосстановлению; «расширенный потенциал», отражающий антропогенные улучшения природного потенциала и достаточность социально-экономических условий; «актуальные неблагоприятные воздействия», включающие процессы и явления, природные и вызванные человеческой деятельностью; «потенциальные неблагоприятные воздействия», включающие природные и антропогенные риски. Параметры моделей могут комбинироваться в необходимом сочетании и отражать разные задачи моделирования для того, чтобы определить достаточность противоэрозионных практик, включая общие способы и приемы — для региональных моделей, методы и технологии — для местных, конкретные мероприятия и действия — для локальных моделей, реализуемых на отдельных земельных участках и хозяйствах. Предложенный способ визуализации моделей, основанный на построении лепестковых диаграмм, представляет собой гибкое решение, позволяющее рассматривать достаточность практик, объединять их в группы, а также генерализовать параметры устойчивости в зависимости от целей моделирования.

В работе представлены результаты оценки влияния степени смытости почвы на показатели обилия и разнообразия культивируемых грибов и актиномицетов в разные сезоны годового цикла. Объекты исследования — дерново-подзолистые почвы (Umbric Retisols (Abruptic)) разной степени смытости, расположенные на склоне юго-восточной экспозиции (Московская область, Солнечногорский район), длительное время используемом для возделывания сельскохозяйственных культур. Показатели микробного обилия определяли чашечным методом, идентификацию проводили на основании фенотипических признаков. Показано, что ухудшение физических и агрохимических показателей почвы, происходящее в результате эрозионных процессов, приводит к изменению микробиологических показателей. Установлено уменьшение численности и видового богатства грибов и актиномицетов с усилением степени смытости почвы. Обнаружены существенные различия в таксономическом составе микробных сообществ несмытой и смытых почв: коэффициент видового сходства Серенсена не превышает 0,42 для грибов и 0,30 для актиномицетов. Выявлены таксономические единицы мицелиальных микроорганизмов. Среди грибов — это представители родов Aspergillus, Cladosporium и Scopulariopsis, среди актиномицетов — Streptomyces malachitospinus, S. candidus и Micromonospora aurantiaca.

Исследовано гумусное состояние серой лесной почвы, сформированной на лессовидных суглинках, на склонах северной и южной экспозиций при уклонах 1, 3 и 5°в ЦЧР. Образцы почвы отбирали вразрезах, заложенных в средней части горизонтовАпах, А1, А1А2, и Вв трехкратной повторности. Было проведено определение органического углерода, фракционно-группового состава гумуса — по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой. Содержание подвижных гумусовых веществ изучалось в 0,1н вытяжке NaOH из почвы без декальцирования в модификации Почвенного института им. В.В. Докучаева с предварительным компостированием. Валовой азот определялся методом мокрого озоления по Гинзбург с отгонкой аммиака по Кьельдалю. Установлено, что содержание органического углерода в серой лесной почве было выше на северном склоне, чем на южном. В почве южного склона отмечено более узкое соотношение C:N по сравнению с почвой северного склона. Выявлено, что для серой лесной почвы степень подвижности гумусовых веществ зависит в большей мере от экспозиции склона, нежели от его крутизны. При этом соотношение компонентов органического вещества в изучаемых почвах определяется агроэкологическими условиями, поэтому регулирование качественного и количественного состава органического вещества необходимо проводить с их учетом.

Эрозия почв как одна из разновидностей деградации земель затрагивает различные экономические интересы людей. Показано, что наиболее перспективными направлениями эрозиоведения, где возможно применение экономических методов, являются оценка фактического ущерба от эрозии почв, определение величины вероятного ущерба от протекания эрозионных процессов в почвах, экономический анализ при разработке систем устойчивого землепользования для территорий, почвы которых подвержены эрозии. Наибольшим развитием характеризуется группа методов определения экономического ущерба, в том числе и с учетом экосистемных услуг, которые почвы «теряют» в результате эрозионных процессов. Существенный потенциал развития имеют методы оценки риска протекания эрозии почв, так как к настоящему времени создана мощная база прогнозных моделей и уравнений (USLE, RUSLE, RUSLE2, WEPP, EUROSE, CREAMS, EPIC, ВНИИЗиЗПЭ и др.), позволяющих оценивать индикаторные показатели эрозии почв в будущем. При разработке систем устойчивого землепользования используется неоклассическая теория капитала, требующая, чтобы плодородие почвы и чистые социальные выгоды от нерыночных товаров и услуг с сельскохозяйственных земель поддерживались с течением времени. Таким образом возможно создание компенсационных механизмов налогообложения для территорий, на которых проявляются процессы эрозии почв.