Опыт крупномасштабного моделирования потерь почвы за весь период земледельческого использования малого водосбора в Тульской области

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Для малого водосбора в Тульской области в зоне распространения черноземов выщелоченных (Luvic Chernic Phaeozems) и оподзоленных (Luvic Greyzemic Chernic Phaeozems) проведена количественная оценка слоя и объемов смыва почвы за весь период его земледельческого использования. Общие потери почвы определены путем сравнения остаточной мощности гумусированных горизонтов почв распаханных склонов с несмытыми аналогами в пределах ближайших распаханных плоских водораздельных поверхностей. Слой смыва рассчитан при помощи модели SERSAL, разработанной в научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова на базе адаптированного для условий Центральной России и модернизированного USLE. На основании архивных и литературных данных реконструированы изменения пространственного положения границ пашни, систем земледелия, состава посевных культур и других факторов эрозии за 350 лет земледельческого освоения водосбора. Полученные величины использованы в качестве входных параметров модели. Сравнение результатов моделирования и фактических потерь почвы на распаханных склонах показало хорошую сходимость. При расчетах по варианту Cell модели SERSAL и использовании эталона несмытых почв 85 см для определения общих потерь почвы в точках скважин смоделированный объем смыва оказался на 1.2% меньше фактических потерь. Обоснована важность количественной оценки вклада механической эрозии в общие потери почвы на пахотных склонах. Выявлена необходимость учета изменений микрорельефа дневной поверхности пашни, произошедших в течение исследуемого периода в результате воздействия эрозионно-аккумулятивных процессов, а также механической эрозии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Н. Иванова

МГУ им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: nadine_iv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9190-4392
Россия, Ленинские горы, 1, Москва

С. Ф. Краснов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: nadine_iv@mail.ru
Россия, Ленинские горы, 1, Москва

М. М. Иванов

МГУ им. М.В. Ломоносова; Институт географии РАН

Email: nadine_iv@mail.ru
Россия, Ленинские горы, 1, Москва; Старомонетный пер., 29, стр. 4, Москва

Список литературы

  1. Бассейн Дона. Водосбор Красивой Мечи: Исслед. Лесоводств. отд. 1894 г.: С 2 карт. водосбора Красивой Мечи. М.: Типо-лит. т-ва И.Н. Кушнерев и К, 1902. 131 с. 2 л. карт. (Труды экспедиции для исследования источников главнейших рек Европейской России).
  2. Белоцерковский М.Ю., Ларионов Г.А. Отчуждение мелкозема с урожаем картофеля и корнеплодов – составная часть потерь почвы // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 1988. № 4. С. 49–54.
  3. Болотов А.Т. О разделении полей // Тр. Вольного экономического общества. 1771. Ч. XVII. С. 48–168.
  4. Былинская Л.Н., Дайнеко Е.К. Исследование плоскостного смыва методом анализа почвенных профилей (Курская область) // Геоморфология. 1985. № 2. С. 52-59.
  5. Военно-топографическая карта Тульской губернии. 1861. РГВИА, фонд 846. Опись 16. Дело № 215005.
  6. Генерального плана Чернского уезда часть IIя (масштаб 2 версты в дюйме, 1 : 84000), 1798 г. http://etomesto.ru/
  7. Геннадиев А.Н., Герасимова М.И., Пацукевич З.В. Скорость почвообразования и допустимые нормы эрозии почв // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 1987. № 3. С. 31–36.
  8. Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Ковач Р.Г. Сферические магнитные частицы как микрокомпоненты почв и трассеры массопереноса // Почвоведение. 2004. № 5. С. 566–580.
  9. Главнейшие данные поземельной статистики по обследованию 1887 г. (Статистика Российской империи). Вып. 44. Тульская губерния. СПб, 1899. 42 с.
  10. Голеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Воспроизводство почв в антропогенных ландшафтах лесостепи. Белгород, 2005. 232 с.
  11. Жидкин А.П., Фомичева Д.В., Заздравных Е.А Эрозия и самовосстановление почв на Среднерусской возвышенности // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2024. Т. 79. № 3. С. 49–58.
  12. Жидкин А.П., Фомичева Д.В., Иванова Н.Н., Шамшурина Е.Н. Варьирование баланса наносов и структуры эродированных почв за счет изменения конфигурации пашни малого водосбора Тульской области // Эволюция почв и развитие научных представлений в почвоведении. Барнаул, 2022. С. 335–340.
  13. Иванов И.В., Табанакова Е.Д. Мощность гумусового горизонта – фундаментальная характеристика черноземов; причины и скорости ее изменений во времени // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М., 2002. С. 239.
  14. Иванова Н.Н., Голосов В.Н., Маркелов М.В. Сопоставление методов оценки интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов на обрабатываемых склонах // Почвоведение. 2000. № 7. С. 898–906.
  15. Иванова Н.Н. Фомичева Д.В., Рухович Д.И., Шамшурина Е.Н. Ретроспективный анализ истории земледельческого освоения и оценка темпов эрозии почв в бассейне р. Локна, Тульская область // Почвоведение. 2023. № 7. С. 1–15.
  16. Кирюхина З.П., Ларионов Г.А., Литвин Л.Ф., Пацукевич З.В. Смытые почвы: современное состояние и прогноз изменений // Почвоведение. 1991. № 5. С. 100–108.
  17. Кирюхина З.П., Серкова Ю.В. Вариабельность морфометрических показателей подзолистых почв и диагностика эродированности // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 12. М.: Изд-во МГУ, 2000. С. 63–70.
  18. Климентьев А. И. Эрозионная деградация черноземов заволжско-уральского региона // Степи Северной Евразии. Матер. шестого междунар. Симп. и восьмой Междунар. школы-семинара Молодых ученых “Геоэкологические проблемы Степных регионов”. Оренбург, 2012. С. 391–396.
  19. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв. М.: Изд-во МГУ, 1993. 200 с.
  20. Литвин Л.Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2000. 255 с.
  21. Перепелицын А.В., Фурсов В.Н. Особенности земельных отношений крестьян Центрального Черноземья в 60-90-е годы XIX века // Научные ведомости БелГУ. Сер. История. Политология. Экономика. Информатика. 2008. № 10. Вып. 8. С. 95–100.
  22. Планы дач генерального межевания. РГАДА. Опись 546. Ч. 2. Тульская губерния. Чернский уезд.
  23. Межевая книга Соловского и Чернского уездов. РГАДА. Фонд 1209. Оп. 1. Кн. 528. Листы 1223–1229.
  24. Россия. Полное географическое описание нашего отечества: настольная и дорожная книга для русских людей / Под ред. Семенова В.П. Т. 2. Среднерусская Черноземная область (Курская, Орловская, Тульская, Рязанская, Тамбовская, Воронежская и Пензенская губернии). СПб.: Тип. А.Ф. Девриен, 1902. 717 с.
  25. Рянский Л.М., Рянский Р.Л. О соотношении размеров барской запашки и крестьянского надела в Черноземном центре перед отменой крепостного права // Научные ведомости БелГУ. Сер. История. Политология. Экономика. Информатика. 2011. № 7. Вып. 18. С. 134–140.
  26. Светличный А.А., Пяткова А.В., Плотницкий С.В., Голосов В.Н., Жилкин А.В. Проблема верификации пространственно-распределенных математических моделей водной эрозии почв // Вісник Одеського національного університету. Сер. Географічні та геологічні науки. 2013. Т. 18. Вип. 3. С. 38–49.
  27. Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории европейской части СССР и борьба с ними. М.: Изд-во АН СССР, 1948. Т. I. 308 с.
  28. Флёсс А.Д. Миграция радиоцезия чернобыльского выброса с продуктами эрозии почв. 2. Изучение влияния почвенных свойств на содержание Cs-137 в почвах и продуктах эрозии // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, Почвоведение. 1998. Т. 3. С. 28–31.
  29. Чаянов А.В. Южная граница преобладания трехпольной системы полевого хозяйства на крестьянских землях России к началу XX века // Крестьяноведение. 2019. Т. 4. № 2. С. 62–82. https://doi.org/10.22394/2500-1809-2019-4-2-62-82
  30. Швебс Г.И. Теоретические основы эрозиоведения. Киев: Вища школа, 1981, 210 с.
  31. Щепкина Е.Н. Тульский уезд в XVII веке: его вид и население по писцовым и переписным книгам. М.: Университет. тип., 1892. № 4. С. XXXII.
  32. Яковлев А.И. Засечная черта Московского государства в XVII веке: очерк из истории обороны южной окраины Московского государства. М.: Тип. Г. Лисснера и Д. Совко, 1916. 321 с.
  33. Alatorre L.C., Beguería S., Lana-Renault N., Navas A., García-Ruiz J. M. Soil erosion and sediment delivery in a mountain catchment under scenarios of land use change using a spatially distributed numerical model // Hydrology and Earth System Sci. 2012. V. 16. P. 1321–1334.
  34. Bakker M., Govers G., Kosmas C., Vanacker V., Van Oost K., Rounsevell M. Soil erosion as a driver of land-use change // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2005. V. 105. P. 467–481.
  35. Batista P.V.G., Evans D.L., Cândido B.M., Fiener P. Does soil thinning change soil erodibility? An exploration of long-term erosion feedback systems // Soil. 2023. V. 9. P. 71–88. https://doi.org/10.5194/soil-9-71-2023
  36. Batista P.V., Davies J., Silva M. L., Quinton J. N. On the evaluation of soil erosion models: Are we doing enough? // Earth-Sci. Rev. 2019. V. 197. P. 102–898. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.102898
  37. Baude M., Meyer B.C., Schindewolf M. Land use change in an agricultural landscape causing degradation of soil based ecosystem services // Sci. Total Environ. 2019. V. 659. P. 1526–1536.
  38. Bircher P., Liniger H., Prasuhn V. Comparison of long-term field-measured and RUSLE-based modelled soil loss in Switzerland // Geoderma Regional. 2022. V. 31. P. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2022.e00595
  39. Borrelli P., Meusburger K., Bballabio C., Ppanagos P., Alewell C. Object-oriented soil erosion modelling: a possible paradigm shift from potential to actual risk assessments in agricultural environments // Land Degradation Development. 2018. V. 29. P. 1270–1281.
  40. Borrelli P., Aalewell C., Alvarez P., Anache J.A.A., Baartman J., Ballabio C., et al. Soil erosion modelling: a global review and statistical analysis // Sci. Total Environ. 2021. V. 780. P. 146–494. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146494
  41. Chartin C., Evrard O., Salvador-Blanes S., Hinschberger F., van Oost K., Lefèvre I., Daroussin J., Macaire J.-J. Quantifying and modelling the impact of land consolidation and field borders on soil redistribution in agricultural landscapes (1954–2009) // Catena. 2013. V. 110. P. 184–195.
  42. Devátý J., Dostál T., Hösl R., Krása J., Strauss P. Effects of historical landuse and land pattern changes on soil erosion – case studies from Lower Austria and Central Bohemia // Land Use Policy. 2019. V. 82. P. 674–685. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2018.11.058
  43. Foucher A., Le Gall M., Salvador-Blanes S., Evrard O., Cerdan O., Laceby J.-P., Vandromme R., et al. Accroissement de la contribution des sources d’érosion aux rivières et plans d’eau (1950–2010): le cas du Louroux (Indre-et-Loire, France) // La Houille Blanche. 2017. V. 6. P. 11–18.
  44. Gianinetto M., Aiello M., Polinelli F., Frassy F., Rulli M., Ravazzani G., Bocchiola D., Chiarelli D., Soncini A., Vezzoli R. D-RUSLE: a dynamic model to estimate potential soil erosion with satellite time series in the Italian Alps // Eur. J. Remote Sensing. 2019. V. 52. P. 34–53. https://doi.org/10.1080/22797254.2019.1669491
  45. Gobin A., Jones R., Kirkby M., Campling P., Govers G., Kosmas C., Gentile A.R. Indicators for pan-European assessment and monitoring of soil erosion by water // Environ. Sci. Policy. 2004. V. 7. P. 25–38.
  46. Golosov V.N., Shamshurina E.N., Kolos G.I., Petel’ko A.I., Zhidkin A.P. Spatiotemporal Changes in the Erosion and Deposition Processes in a Small Catchment in the North of the Central Russian Upland // Eurasian Soil Sci. 2024. V. 57. P. 838–852. https://doi.org/10.1134/S1064229323603682
  47. Govers G., Vandaele K., Poesen J., Bunte K., Desmet P.J.J. The role of tillage in soil redistribution on hillslopes // Eur. J. Soil Sci. 2006. V. 45. P. 469–78. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1994.tb00532.x
  48. Govers G. Ch. 7. Misapplications and misconceptions of erosion models // Handbook of Erosion Modelling. Wiley Online Library. 2010. P. 117–134.
  49. Ivanov M.M., Ivanova N.N., Krasnov S.F. The Role of Lynchets in the Redistribution of Products of Anthropogenic Soil Erosion // Moscow Univ. Soil Sci. Bull. 2024. V. 79. P. 298–305. https://doi.org/10.3103/S0147687424700212
  50. Kearneya S.P., Fonteb S.J., Garcíac E., Smuklera S.M. Improving the utility of erosion pins: absolute value of pin height change as an indicator of relative erosion // Catena. 2018. V. 163. P. 427–432.
  51. Kijowska-Strugała M., Bucała-Hrabia A., Demczuk P. Long-term impact of land use changes on soil erosion in an agricultural catchment (in the Western Polish Carpathians) // Land Degradation and Development. 2018. V. 29. P. 1871–1884.
  52. Kim S.M., Jang T.I., Kang M.S., Im S. J., Park S.W. GIS-based lake sediment budget estimation taking into consideration land use change in an urbanizing catchment area // Environ. Earth Sci. 2014. V. 71. P. 2155–2165. https://doi.org/10.1007/s12665-013-2621-7
  53. Latocha A., Szymanowski M., Jeziorska J., Ste M., Roszczewska M. Effects of land abandonment and climate change on soil erosion – An example from depopulated agricultural lands in the Sudetes Mts., SW Poland // Catena. 2016. V. 145. P. 128–141.
  54. Lobb D., Kachanoski G., Miller M. Tillage translocation and tillage erosion in the complex upland landscapes of southwestern Ontario, Canada // Soil Till. Res. 1999. V. 51. P. 189–209.
  55. Meijer A., Heitman J., White J., Austin R. Measuring erosion in long-term tillage plots using ground-based lidar // Soil Till. Res. 2013. V. 126. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.still.2012.07.002
  56. Nearing M.A. Evaluating soil erosion models using measured plot data: accounting for variability in the data // Earth Surface Processes and Landforms: J. British Geomorphological Res. Group. 2000. V. 25. P. 1035–1043.
  57. Nearing M.A. Why soil erosion models over-predict small soil losses and under-predict large soil losses // Catena. 1998. V. 32. P. 15–22.
  58. Panagos P., Ballabio C., Poesen J., Lugato E., Scarpa S., Montanarella L., Borrelli P. A soil erosion indicator for supporting agricultural, environmental and climate policies in the European union // Remote Sensing. 2020. V. 12. P. 1–21. https://doi.org/10.3390/RS12091365
  59. Panagos P., Borrelli P., Poesen J. Soil loss due to crop harvesting in the European Union: A first estimation of an underrated geomorphic process // Sci. Total Environ. 2019. V. 664. P. 487–498.
  60. Panin A.V., Walling D.E., Golosov V.N. The role of soil erosion and fluvial processes in the post-fallout redistribution of Chernobyl-derived caesium-137: a case study of the Lapki catchment, Central Russia // Geomorph. 2001. V. 40. P. 185–204.
  61. Ranzi R., Le T. H., Rull M.C. A RUSLE approach to model suspended sediment load in the Lo river (Vietnam): Effects of reservoirs and land use changes // J. Hydrology. 2012. V. 422–423. P. 17–29.
  62. Steinhoff-Knopp B., Burkhard B. Mapping Control of Erosion Rates: Comparing Model and Monitoring Data for Croplands in Northern Germany. 2018. One Ecosystem 3. P. e26382.
  63. Świtoniak M. Use of soil profile truncation to estimate influence of accelerated erosion on soil cover transformation in young morainic landscapes, North-Eastern Poland // Catena. 2014. V. 116. P. 173–184. http://dx.doi.org/10.1016/j.catena.2013.12.015
  64. Wakatsuki T., Rasyidin A. Rates of weathering and soil formation // Geoderma. 1992. V. 52. P. 251–263.
  65. van Oost K., Cerdan O., Quine T. A. Accelerated sediment fluxes by water and tillage erosion on European agricultural land // Earth Surface Processes and Landforms. 2009. V. 34. P. 1625–1634.
  66. Van Loo M., Dusar B., Verstraeten G., Renssen H., Notebaert B., D’Haen K., Bakker J. Human induced soil erosion and the implications on crop yield in a small mountainous Mediterranean catchment (SWTurkey) // Catena. 2017. V. 149. P. 491–504. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.08.023
  67. Wischmeier W.H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses // Agric. Handbook. Washington. 1978. V. 537. 65 p.
  68. Wischmeier W. H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses from Cropland East of the Rocky Mountains // Agric. Handbook. Washington, 1965. V. 282. 48 p.
  69. Zapata F. (Ed.). Handbook for the assessment of soil erosion and sedimentation using environmental radionuclides. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2002. 219 p.
  70. Zhidkin A., Fomicheva D., Ivanova N., Dostal T., Yurova A., Krasa J. A detailed reconstruction of changes in the factors and parameters of soil erosion over the past 250 years in the forest zone of European Russia (Moscow region) // Int. Soil Water Conservation Res. 2022. V. 10. P. 149–160. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2021.06.003
  71. Zhidkin A., Gennadiev A., Fomicheva D., Shamshurina E., Golosov V. Soil erosion models verification in a small catchment for different time windows with changing cropland boundary // Geoderma. 2023. V. 430. P. 116322.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (a) Район проведения работ: 1 – расположение исследуемого водосбора. (b) Цифровая модель рельефа исследованного водосбора: 2 – часть водосбора с началом освоения в 1680 г., 3 – часть водосбора с началом освоения в 1829 г., 4 – горизонтали; 5 – границы зон рельефа, 6 – номера зон рельефа.

Скачать (4MB)
Метаданные
3. Рис. 2. (a) Карта среднемноголетней интенсивности смыва за период освоения 2011–2023 гг. (b) Расположение скважин и зон аккумуляции на исследуемом водосборе: 1 – граница водосбора; 2 – горизонтали; 3 – скважины; 4 – участки аккумуляции, выделенные на основании смоделированного смыва/аккумуляции за период освоения 2011–2023 гг.

Скачать (3MB)
Метаданные
4. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Скачать (89KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025