Rainfalls as a natural risk and their ecological aspects (on the example southern part of the Tomsk region).pdf Введение Эрозия почв в условиях современной цивилизации - одна из глобальных проблем, определяющих национальную безопасность многих стран мира, поскольку вследствие этого процесса возникают нежелательные явления, приводящие к снижению плодородия почв, изменению природных ландшафтов. Под угрозой эрозии находятся 75 % площадей сельскохозяйственных и лесных угодий в Центральной Америке, более чем 20 % территории Африки и 11 % площади Азии. Различают два типа эрозии: водную и ветровую, около 2/3 явлений эрозии вызвано действием воды, 1/3 приходится на ветровую эрозию [Эрозия..., 2020]. В Российской Федерации водной эрозией подвержено 17,8 % площади сельскохозяйственных земель [Лисецкий и др., 2012]. В зависимости от происхождения вод, выполняющих работу по нарушению почвы, эрозия подразделяется на эрозию при снеготаянии, поливную (ирригационную) и ливневую (дождевую). Последняя относится к одному из главных процессов миграции вещества, приводящему к деградации почвенного покрова, подъему уровня воды в реках, подтоплению селитебных территорий, вымоканию посевов сельскохозяйственных культур на пашне и др. Изучение ливней как опасного гидрометеорологического явления актуально, особенно в условиях меняющегося климата. Исследователи отмечают, что в условиях роста средней многолетней температуры приземного слоя наблюдается частичная перестройка атмосферной циркуляции, которая влияет на глобальный круговорот влаги, в частности на перераспределение осадков и частоту опасных погодных явлений (ливней, паводков, ураганов, засух и т. д.) [Climate., 2007; Лисецкий и др., 2012]. Для атмосферных осадков высокая степень кластеризации в пространстве и во времени, они не формируют классического скалярного поля как другие характеристики атмосферы - давление, температура [Золина и др., 2016]. Проявлением такой кластеризации являются пространственная неоднородность выпадения ливневых и экстремальных осадков с интенсивностями, в десятки раз превышающих уровень средних значений [Коршунов, Коршунова, 2009-2015]. Среди исследователей ведутся дискуссии о причинах происходящих изменений климата, но мнения их сходятся в одном - нас ожидает рост силы и частоты опасных явлений, аномальных температур, выпадения осадков . Так, В. М. Катцков и соавт. [2011] прогнозируют увеличение летом осадков большой интенсивности на 2-6 %, что будет способствовать усилению процессов ливневой эрозии в агроландшафтах. Непропорциональное увеличение ливневой опасности в сравнении с возрастанием общих осадков подтверждается и другими исследователями для разных участков планеты [Allan, Soden, 2008; Лисецкий и др., 2012], в том числе над центральными и южными районами Западной Сибири [Кужевская и др., 2018]. Эрозионные последствия ливней, их воздействие на почвы, сток ливневых вод и другие процессы изучаются как в нашей стране [Заславский, 1978; Мирцхулава, 1978; Швебс, 1981; Сухановский, 2010; Литвин и др., 2013], так и за рубежом [Palmer, 1965; Bennett, 1974; Wischeier, Smith, 1978; Renard et al., 1997; Nearing, 2001; Kiesel et al., 2009]. Но до настоящего времени наименее исследованы и прогнозируемы пространственно-временные распределения интенсивности и слоя ливневых осадков; вынос биогенов в результате ливневой эрозии в условиях естественных дождей; отсутствуют данные многолетних наблюдений за стоком дождевых вод и смывом почв [Соловьева, 2013]. Дождевая эрозия является стоха- © Евсеева Н.С., Квасникова З.Н., Кужевская И.В., 2021 DOI: 10.17223/25421379/21/6 стическим процессом, что обусловлено главным образом случайным характером выпадения ливней. Изучение ливневой эрозии проводится различными методами - полевых наблюдений, экспериментальных (искусственного дождевания), моделирования, с применением ГИС-технологий. В изучении и построении моделей ливневой эрозии имеются проблемы, которые связаны с рядом факторов: 1. Особенностями ливневой эрозии почв в отличие от стока талых вод являются неравномерность, кратковременность и изменчивость интенсивности выпадения ливней, этот процесс характеризуется ярко выраженной нестационарностью. 2. Установлено, что короткие ряды наблюдений длиной в 10-40 лет характеризуются высокой межгодовой изменчивостью (в большинстве случаев Cv > 1,5), что ведет к значительным ошибкам вычисления статистических параметров. С такими значениями Cv лишь ряды длиной в 150-200 лет могут дать достаточно точное значение средней многолетней величины гидрометеорологического фактора (с ошибкой менее 10-15 %), которое может быть пригодным для картографирования. 3. Основной вклад в средние многолетние показатели ливневой опасности вносят дожди с высокой интенсивностью (1,0 мм/мин и более). Кроме того, большое и увеличивающееся количество моделей при отсутствии общепринятой нормативной базы в области расчетов характеристик водной эрозии свидетельствует о недостаточной адекватности существующих моделей [Лисецкий и др., 2012]. Ливни - характерное явление и для территории Томской области в течение теплого периода года, но до настоящего времени их вклад в развитие водной эрозии почв в агроландшафтах изучен недостаточно. Цель работы - анализ расчетных и полевых данных по интенсивности ливневой эрозии в агроландшафтах юга Томской области и определение выноса биогенов дождевыми водами в твердом стоке. Объект исследования, материалы и методы Для реализации поставленной цели выполнен следующий объем работ: проведен анализ литературных источников по теме исследования, данных метеостанций, выполнены расчеты по оценке потенциального смыва почв дождевыми осадками по зависимости Г.А. Ларионова [1993] для основных типов почв региона, вовлеченных в агропроизводство; проведены полевые наблюдения за результатами смыва почв в агроландшафтах с пропашными, зерновыми и техническими культурами, развитием дорожной эрозии и другими процессами по ряду дождей в течение 1987-2020 гг.; впервые для данной территории определено содержание питательных для растений химических элементов в твердом стоке на разных элементах склонов пашни. Объект исследования - южная часть территории Томской области, расположенная в подзоне южной тайги и зоне мелколиственных лесов юго-востока Западной-Сибирской равнины (рис. 1). В теплое время года над территорией Томской области формируется очаг интенсивной ливневой деятельности, сохраняющей свое местоположение [Трифонова, 1988; Азьмука, 1991]. Летом выпадает наибольшее количество осадков в годовом режиме увлажнения, варьирующее от 66 до 78 % (300-400 мм). Осадки летом выпадают преимущественно на холодных фронтах циклонов и носят ливневой характер. В настоящее время нет единого определения ливня, согласно положению Росгидрометцентра РД 52.88.699-2008, за сильный ливень принимаются дожди с количеством осадков 30 мм за период не более 1 ч, а за очень сильные дожди - значительные осадки величиной не менее 50 мм за период времени не более 12 ч. Наши исследования показали, что при изучении эрозии почв необходимо учитывать ливни со слоем осадков в 10 мм и более. Вслед за Л.И. Трифоновой [1988] осадки слоем 10 мм и более за сутки принимались нами за ливневые. Кроме того, ливни подразделены на крупные (20-30 мм) и выдающиеся (более 30 мм) [Евсеева, Ромашова, 2011]. В пределах южной части Томской области за лето в среднем выпадает 46-51 % осадков в виде ливней [Ромашова, 2004], а число дней с такими осадками достигало 67 при существенных пространственных вариациях. Например, в 1996 г. в Бакчаре число дней с ливнями составило 9, а в Первомайском и Кожевнико-во - до 12-13. В отдельные дни на территории могут выпадать осадки почти месячной нормы. В целом исследуемый регион относится к району сильных ливней, за сутки здесь выпадает до 50-100 мм осадков [Природные опасности..., 2001], а временами и более. Так, 12 июля 2010 г. над территорией Томской области выпало до 160 мм осадков [Котилев-ская, 2010]. Анализ суточных норм осадков в южной части Томской области за 1960-2017 гг. показал, что из 57 лет наблюдений их количество превышало 20 мм, по данным станции Томск, в 82,5 % случаев, в Первомайском и Бакчаре в 84,2 %, в Пудино - в 93 % случаев. Значительную повторяемость имели место и выдающиеся ливни (табл. 1). Показателен в этом плане и теплый период 2020 г., когда в мае наблюдалось 4 дня с ливнями со слоем осадков 10-14 мм и один день (22.05) со слоем 22,4 мм; в июне - 1 ливень (26.06) со слоем осадков 13 мм. Июль - месяц крупных и выдающихся ливней: 3 июля в Томске выпал 51 мм осадков, а 7, 21 и 30 июля 2020 г. - по 21 мм. Крупные и выдающиеся ливни весьма опасны в отношении развития эрозии почв как в агроландшафтах, так и дорожной эрозии. В табл. 2 приведены примеры крупных и выдающихся ливней за последние десятилетия, а также ливни, продолжавшиеся всего одну минуту, но высокой интенсивности. Красноярск Рис. 1. Зонально-географическое деление юга Западно-Сибирской равнины [Ильина и др., 1985] 1 - южная тайга, 2 - подтайга, 3 - лесостепь, 4 - степь Fig. 1. Zonal and geographical division of the south of the West Siberian Plain [Ilyina et al., 1985] 1 - southern taiga, 2-- subtaiga, 3 - Forest-steppe, 4 - steppe Таблица 1 Число случаев ливней с разной суточной суммой атмосферных осадков за 1960-2017 гг. Table 1 The number of rainfall events with different daily sum of atmospheric precipitation for 1960-2017 Суточная сумма осадков, мм Число случаев по станциям Томск Первомайское Бакчар Пудино 10-20 11 9 8 4 20-30 22 31 22 22 >30 25 18 27 32 >50 5 1 5 5 Таблица 2 Примеры крупных и выдающихся ливней в южной части Томской области в течение 1987-2020 гг. [Евсеева, Ромашова, 2011; Государственный доклад..., 2016, 2019] Table 2 Examples of large and outstanding rainfalls in the southern part of the Tomsk region during 1987-2020 [Evseyeva, Romashova, 2011; State report..., 2016, 2019] Дата выпаде ния Количество выпавших осадков, мм Продолжительность выпадения осадков, мин Дата выпадения Количество выпавших осадков, мм Продолжительность выпадения осадков, мин ст. Томск ст. Первомайское 30.07.1987 53,7 330 13.08.2010 42,0 720 16.08.1994 80,5 1 440* ст. Кожевниково 13.06.2002 47,7 - 28.08.1989 41,7 1 440* 09.09.2002 26,0 350 02.07.1994 41,1 1 440* 12-13.07.2011 47,7 720 03.07.2020 20,0 - 03.06.2015 3,7 1 ст. Молчаново 22.05.2020 22,4 1 440* 02.08.2015 68,7 635 03.07.2020 51,0 - 03.07.2020 15,0 - 07.07.2020 21,0 ст. Старица 21.07.2020 21,0 - 02.07.2020 42,0 ст. Бакчар АМСГ Томск 24.07.1993 79,3 1 440* 21.07.1992 50,1 330 25.07.1996 78,7 60 09.09.2002 26,0 350 25.06.2017 84,0 720 ст. Подгорное 05.07.2020 21,0 - 03.07.2020 33,0 - * Выпадение осадков в течение суток. * Рте^^ми during the day. Средняя продолжительность дождя на территории Томской области изменяется от 4,7 до 8,9 ч в июне, от 4,3 до 7,3 ч в июле, от 5,1 до 7,3 ч - в августе. Наибольшую интенсивность имеют короткие ливневые дожди, что отмечают многие исследователи. На сток и смыв почв большое влияние оказывают пики интенсивности в период выпадения дождя. Исследования показали, что в Томске максимальная интенсивность ливней имеет следующую повторяемость: на дожди с интенсивностью 0,11-0,5 мм/мин приходится 41,7 %; на 0,51-1,0 мм/мин - 21,7 %; на 1-3 мм/мин - 34,9 %, на дожди более 3 мм/мин -1,7 % случаев [Ромашова, 2004]. Крупные и выдающиеся ливни наиболее опасны в отношении ливневой эрозии. Согласно Г.А. Ларионову [1993], эрозионный потенциал осадков (R30) на территории Томской области изменяется от 4 до 6 единиц. Эти значения R коррелируют с таковыми для большей части центральных и южных районов Европейской России, что объясняется увеличением доли ливневых осадков, выпадающих в результате развития конвективных процессов во внутриконтинентальных воздушных массах [Ларионов, 1993]. Для оценки величины смыва почв со склонов пашни исследуемого региона (вследствие отсутствия данных об интенсивности выпадения осадков во время ливней) авторами использована зависимость Г.А. Ларионова [1993] и проведены полевые наблюдения за учетом эрозии по замеру объема струйчатых размывов. Замеры параметров размывов (ширины, глубины) проводились через 1-10 м с учетом их извилистости и мелких конусов выноса на склонах ложбин стока ливневых вод, в 2020 г. отобраны пробы делювия и почв на разных элементах рельефа пашни. Г. А. Ларионовым для оценки потенциального смыва почв предложена следующая зависимость: С = Д X П х Р X Кд, где С - модуль смыва от стока дождевых вод, т/га в год; Д - эрозионный потенциал осадков; П - смываемость почв, т/га за единицу эрозионного потенциала осадков; Р - эрозионный потенциал рельефа; Кд -почвозащитный коэффициент растительного покрова и агротехники [Ларионов, 1993]. Расчеты потенциального смыва проведены для основных типов почв, вовлеченных в агропроизводство, он значительно изменяется по подтипам и разностям: у серых лесных почв от 1,9 до 3,65 т/га на единицу эрозионного индекса осадков; у темносерых лесных - от 2 до 2,6; у светло-серых лесных -от 1,45 до 3,95; у дерново-подзолистых - от 2,1 до 4,9 т/га [Евсеева, Кнауб, 2004]. Эрозионный потенциал рельефа территории юга Томской области значителен, особенно на Томь-Яйском междуречье, где потенциальный смыв от стока дождевых осадков может достигать 12,73-32,16 т/га в год и более. Рассчитан коэффициент стока ливневых осадков для территории Томской области [Рутковская, 1984]. В зависимости от количества осадков, выпавших за ливень, он изменяется от 0,4 до 0,8. Установлено, что чем больше слой осадков дождя, тем больше воды попадает на поверхность почвы: при слое 3 мм - 45,5 %, 61,1 мм - 78 % [Швебс, 1981]. Результаты и их обсуждение Полевые наблюдения за смывом почв ливневыми осадками в агроландшафтах. Наиболее изучен данный процесс в сельскохозяйственных угодьях (пашни) Томь-Яйского междуречья, в пределах которого они занимают около 30 % его площади. Наблюдения за результатами выпадения ряда ливней в 1987, 1990, 1992, 2002, 2003, 2013, 2015, 2020 гг. показали, что смыв почв на пашне за один и тот же ливень изменяется в зависимости от состояния агрофона, рельефа (длины, крутизны склонов, их формы), изменчивости интенсивности выпадения осадков в пространстве и т. д. Ливневый вариант эрозии почв характеризуется высокой динамичностью процессов разрушения почвенного покрова. Специфика выпадения ливневых осадков обусловливает пространственную локализацию смыва почв. Эрозия почв, вызываемая выпадением жидких осадков, в настоящее время рассматривается как два процесса: 1. Отрыв частиц почвы от общей массы и перенос их водным потоком. Бомбардировка поверхности почвы каплями дождя приводит к развитию капельной эрозии [Заславский, 1978]. Капельная эрозия развивается и в агроландшафтах юга Томской области: после сильных ливней на пашне наблюдаются участки, где капли дождя, градины выбивают растения, а поднятые ударами капель, градин почвенные частицы откладываются на растениях. Такие «проплешины» на пашне после выпадения ливней наблюдались нами неоднократно в пределах агроландшафтов Томь-Яйского, Обь-Томского, Обь-Шегарского, Яя-Кийского междуречий. По данным многих исследователей, 30 % энергии падающих капель расходуется на разбрызгивание почвы; мелкие частицы ее взлетают на высоту 1 1,5 м и отлетают в сторону до 1,5 м. На основе экспериментальных исследований установлены величины разбрызгивания почв для дождей разной интенсивности и продолжительности, например при интенсивности дождя в 1,03 мм/мин продолжительностью в 76 мин происходит разбрызгивание в 8,3 т/га, при интенсивности дождя в 2,5-2,6 мм/мин и продолжительностью 24 мин - 54,7 т/га; при интенсивности дождя в 2,5-2,6 мм/мин и слое осадков 64 мм с брызгами воды в воздух поднимается порядка 50 т/га почвы [Ларионов, 1993]. Как отмечалось выше, на ливни с интенсивностью 1-3 мм/мин в исследуемом регионе приходится около 35 %, а с интенсивностью более 3 мм/мин -1,7 % всех ливней. Таким образом, они производят значительный подъем почвы на незащищенной растительностью пашне. Главное воздействие дождевых капель на почвы, по мнению исследователей, заключается в ее уплотнении, переносе частиц с более высоких местоположений в более низкие, что приводит к заилению и кольматации верхнего слоя почв, выравниванию поверхности и переувлажнению западин. До настоящего времени капельная эрозия в регионе не изучена. 2. Сток дождевой воды на склонах пашни происходит как на парах, так и под посевами различных сельскохозяйственных культур. В табл. 2 приведены примеры интенсивности смыва почв после ряда ливней на пашне Лучановского ключевого участка, расположенного в 20 км юго-восточнее г. Томска. Показателен пример смыва почв после двух ливней начала июля 2020 г. (табл. 3), иллюстрирующий неравномерность выпадения осадков, состояние агрофона и условия рельефа и др. Так, на склоне пашни южной экспозиции площадью 16,9 га, занятой посевами льна, высотой 0,6-0,7 м в стадии бутонизации, образовались серия струйчатых размывов (рис. 2) и промоина у лесополосы. Струйчатые размывы в центральной части поля разгружались в ложбину, местами при впадении образуя мелкие конусы выноса, по форме напоминающие треугольники (рис. 3). Длина конусов в основании в среднем была равна 1 м, а высота 0,7-0,9 м; толщина делювия в них изменялась от 1 до 5 см. Общее количество конусов - 5 штук. В тальвеге ложбины образовался размыв длиной 171 м, шириной в среднем 1,73 м, средней глубиной 0,16 м, при максимальной - 0,4 м. Площадь бассейна ложбины около 5 га. В результате за два ливня 3 и 7 июля 2020 г. с водосбора ложбины смыто до 9-10 м3/га почвы, что привело к образованию у подножия склона обширного конуса выноса с толщиной делювия до 5-10 см. Конусы выноса других размывов, сливаясь, сформировали делювиальный шлейф (см. рис. 4). В целом смыв почвы со склона описываемого поля изменялся от 1-2 до 9-10 м3/га. Неравномерность смыва связана с изменчивостью крутизны, длины и формы склона и, видимо, изменчивостью интенсивности ливня. На соседнем поле южной экспозиции с посевами злаковых в стадии кущения размывов было меньше, длина и глубина их также были невелики. Тем не менее в устье ложбины, осложняющей центральную часть поля, образовался конус выноса, толщина делювия в нем достигала 4-7 см (см. рис. 5). Истинные размеры конусов выноса вследствие зарослей травы, кустарников у подножия склонов определить не представлялось возможным. Некоторые исследователи [Литвин и др., 2013] также отмечают, что сильные ливни отличаются многоочаговостью, неравномерностью выпадения: суммы осадков за 1-2 ч по дождемерам, установленным на расстоянии 120 м друг от друга, могут отклоняться на 50 % от средней. Отбор проб из конусов выноса у подножия склонов, на склонах ложбины и их анализ показали, что смытые почвы содержат химические элементы (биогены). Их содержание значительно и сопоставимо с таковыми в почвах плакоров пашни. Анализ табл. 4 показывает, что в составе делювия преобладают частицы более 0,01 мм - до 63,8 %, содержание гумуса близко его концентрации в верхних горизонтах почв пашни, а местами превышает эти значения, особенно в мелких конусах выноса в устьях струйчатых размывов, осложняющих склоны более крупных ложбин стока. В твердом стоке ливневых вод значительное содержание азота, фосфора (см. табл. 4). Ю.А. Соловьева [2013] отмечает, что при моделировании методом дождевания выноса биогенов в результате почвенной эрозии главное внимание необходимо уделять их потерям с твердым стоком. Кроме того, вынос питательных элементов для растений происходит и с жидким стоком. Таблица 3 Примеры смыва почв на пашне исследуемого района с разным агрофоном после ливней Table 3 Examples of soil washout on arable land in the study area with different agro background after showers Дата выпадения Количество осадков, мм Продолжительность выпадения, мин Агрофон Объем смыва почв, м3/га Эффект ливней Посадки картофеля на склоне длиной 300-500 м До 40-100 30.06.1987 74,3 570 и крутизной 3-8° 01.07.1987 Южный склон под парами, длиной 50-100 м и крутизной 3-11° 24-26 14.06.1990 9,9 57 Посевы злаков в стадии кущения, на южном склоне пашни длиной около 300 м и крутизной 2-11° Посевы льна на северном склоне длиной 350-400 м 1,0-4,0 и крутизной 2-8° 0,5-1,0 Дата выпадения Количество осадков, мм Продолжительность выпадения, мин Агрофон Объем смыва почв, м3/га Эффект ливней 05.09.2002 9,6 * Стерня после скошенного льна на северном склоне пашни длиной 350-400 м и крутизной 2- 8° 3,0-3,5 09.09.2002 26,0 350 Южный склон, агрофон тот же 5,0-8,0 22.06.2003 28,0 * Посевы льна на южном слоне пашни длиной склона 4,7 03.06.2015 3,7** 1 400 м и крутизной 1°-6° Боронованная зябь поперек южного склона длиной 0,5-2,0 Эффект ливней 03.07.2020 51,0 * 300 м и крутизной 2-11° Посевы злаковых в стадии кущения на южном склоне 300 м и крутизной 2-11° 1,0-3,0 07.07.2020 21,0 Посевы льна на южном склоне длиной 400 м и крутизной 1-6° 1-5, местами до 8-9 * Продолжительность выпадения осадков не зафиксирована; ** - 1 мм осадков равен 10 т воды на 1 га [Грингоф, 2011]. * Duration of precipitation is not recorded; ** - 1 mm of precipitation is equal to 10 tons of water per 1 ha [Gringoff, 2011]. Рис. 2. Промоина в центре пашни южной экспозиции (фото З.Н. Квасниковой, 2020) Рис. 3. Фрагмент делювиального шлейфа в форме конуса (фото А.С. Батмановой, 2020) Fig. 2. Ravine in the center of arable land of the southern exposure (photo by Z.N. Kvasnikova, 2020) Fig. 3. Fragment of the deluvial plume (photo by A.S. Batmanova, 2020) Fig. 5. Deluvial sediments (photo by A.S. Batmanova, 2020) Рис. 4. Делювиальный шлейф Рис. 5. Делювиальные отложения (фото З.Н. Квасниковой, 2020) (фото А.С. Батмановой, 2020) Fig. 4. Deluvial plume (photo by Z.N. Kvasnikova, 2020) Таблица 4 Гранулометрический состав и содержание некоторых биогенов в составе делювиальных отложений и почвы (верхний горизонт) пашни Лучановского ключевого участка Note. * - 1 - the mouth of the runoff hollow in the field under flax crops; 2 - the Fan cone between the mouth of the hollow and the gully near the forest belt in the field with flax crops; 3 - the Fan cone at the mouth of a hollow in a field with crops of cereals; 4 - the Fan on the slope of a hollow of a field with flax crops; 5 - the Soil (upper horizon, up to 10 cm) from a plakor of arable land with crops of cereals. Table 4 Granulometric composition and content of some nutrients as part of deluvial deposits and soil (upper horizon) of the arable land of the Luchanovsky key site Содержание биогенов Местоположение пробы 1 2 3 4 5 Гумус, % 2,91 2,71 3,68 5,62 2,94 рН водная 6,35 6,51 6,30 6,06 6,04 Сумма Са + Mg 20,4 20,4 22,4 25,2 20,8 Ca 16,4 17,2 17,6 20,4 16,4 Mg 4,0 3,2 4,8 4,8 4,4 N валовый, % 0,35 0,40 0,52 0,47 0,55 P валовый, % 0,24 0,28 0,26 0,33 0,21 Гранулометрический состав, %; размер, мм 1-0,25 0,52 1,67 0,24 0,20 0,26 0,25-0,05 18,2 40,43 12,24 15,88 13,58 0,05-0,01 34,24 13,98 36,36 37,32 43,20 0,01-0,005 10,68 9,40 14,76 8,68 8,32 0,005-0,001 11,08 8,68 16,08 12,40 12,80 < 0,001 25,28 25,84 20,32 25,52 21,84 Примечание. * - 1 - устье ложбины стока на поле под посевами льна; 2 - конус выноса между устьем ложбины и промоины у лесополосы на поле с посевами льна; 3 - конус выноса в устье ложбины на поле с посевами злаковых; 4 - конус выноса на склоне ложбины поля с посевами льна; 5 - почва (верхний горизонт, до 10 см) с плакора пашни с посевами злаковых. Весьма интересны наблюдения климатолога В.В. Севастьянова за результатом ливня с градом 3 июля 2020 г. в районе дач на 41-м км железной дороги «Томск - Тайга». Ливень носил волновой характер, сопровождался градом и длился около 2 ч. После ливня канава длиной около 30 м, шириной 0,3 м и глубиной 0,2 м, проложенная вдоль пешеходной тропинки, была заполнена делювием, т.е. в нее поступило около 2 м3 почвогрунта. На наш взгляд, это является результатом капельной эрозии и смывом почвы вдоль тропинки. Помимо смыва почв, приводящего к деградации почвенного покрова, ливни в исследуемом районе создают чрезвычайные ситуации как в агроландшафтах, так и в селитебных зонах. Например, в с. Бакчар 25 июля 1996 г. за 2 ч 17 мин (с 19.43 до 21.00) выпало 86 мм осадков. Этот ливень вызвал 100 %-е полегание посевов, были повреждены зерновые на площади 2 900 га и кормовые - на 1 800 га. В июле 2011 г. на юге Томской области выпало 155170 мм, или 240-270 % нормы. Ливень 27 июля со слоем осадков 21 мм за 82 мин прохождения вызвал ряд негативных явлений: в г. Томске было подтоплено 286 домов, размыта Эуштинская дамба, в пос. Кирзавода вода подтопила дома и уничтожила урожай на приусадебных участках, было затруднено передвижение по г. Томску, в ряде районов города, в Тимирязево, Дзержинском произошли отключения электроэнергии [В Томске..., 2011]. Чрезвычайная ситуация наблюдалась в Зырянском районе Томской области, когда 26.08.2018 г. с 16.00 до 17.00 прошел ливневый дождь с крупным градом и шквалистым ветром, что привело к гибели посевов сельскохозяйственных культур на общей площади 2 380 га. Ущерб составил 23,889 млн руб. [Государственный доклад., 2019]. Значительный урон сельскому хозяйству и селитебным территориям могут принести и продолжительные дожди, когда за 3-5 сут может выпасть до 90-120 мм осадков. Такие дожди вызывают переувлажнение почв на сельхозугодиях, что приводит к срыву срока посевных и уборочных работ. Например, чрезвычайная ситуация сложилась в июне 2018 г. (с 09.06 по 16.06), охватившая 10 административных районов Томской области (Асиновский, Бакчарский, Зырянский, Кожевниковский, Колпа-шевский, Кривошеинский, Первомайский, Томский, Шегарский и Чаинский), когда в связи с переувлажнением почвы произошел срыв сроков посевных работ [Государственный доклад., 2019]. Заключение На территории Томской области - как очаге интенсивной ливневой деятельности - развита дождевая эрозия. Вследствие неравномерности распространения по площади, изменчивости интенсивности выпадения осадков, их кратковременности, ливневая эрозия, как правило, имеет очаговое развитие. Среднегодовой смыв почв дождевыми осадками в пределах области, согласно расчетным методам, у разных подтипов почв изменяется от 1,9 до 4,9 т/га, но на Томь-Яйском междуречье он может достигать 32,16 т/га и более. Согласно СНиП [1996], на территории Томской области развита ливневая эрозия от слабой (менее 2 м3/га в год) до умеренно опасной (25 м3/га), местами до очень опасной - до 32,7 м3/га и более (Томь-Яйское междуречье). Эрозионный индекс осадков на территории составляет 4-6 единиц, единичные ливни значительной силы могут вызвать большой объем стока и смыв почвы на склонах пашни, особенно по зяби и под пропашными культурами, значительно превышающими расчетные среднегодовые значения. Этот вывод подтверждается полевыми наблюдениями. Так, ливни, прошедшие 30 июня и 1 июля 1987 г. у села Лучаново, произвели смыв почвы под пропашными культурами до 40-100 м3/га; в 2002 г. два дождя по стерне льна смыли со склонов пашни 3-8 м3/га почвы. Даже очень короткие ливни, но большой интенсивности, способны смыть до 2 м3/га почвы, подтверждением этому служит ливень 03.06.2015 г., когда за 1 мин выпало 3,7 мм осадков. Ливни начала июля 2020 г. со склонов пашни ключевого участка крутизной от 1-3° до 5-8°, занятых посевами льна, смыли от 1 до 9 м3/га почвы. Смыв почвенных частиц в пределах пашни неравномерен и зависит от рельефа и особенностей выпадения ливневых осадков (неравномерность, прерывистость). По мнению ряда исследователей, учет количества смытой почвы путем замера струйчатых размывов приближенный, так как данные могут быть занижены из-за не учета очень мелких размывов (глубина менее 0,5 см). Однако полученные нами впервые данные о величине смыва почв ливневыми осадками, содержании в твердом стоке питательных веществ, гранулометрическом составе делювия дают представление о роли ливней в деградации почв исследуемого района. Ливни также способствуют изменению микрорельефа пашни: углубляются существующие ложбины стока ливневых и талых вод, что приводит к увеличению крутизны склонов ложбин, а, следовательно, и к большему смыву почв с их склонов в будущем. Установлено, что в рядах повторяемости экстремальных осадков прослеживается квазипериодичность, но предвидеть год (климатический прогноз), благоприятный для формирования экстремальных осадков или их территорию, где их вероятнее всего можно ожидать, не представляется возможным. Изучение синоптического положения в дни с экстремальными суммами осадков на территории юга Западной Сибири показало, что все рассмотренные случаи выпадения сильных осадков связаны с облачностью мезомасштабных конвективных комплексов, образовавшихся вне линий фронта. Сохранение тенденций увеличения повторяемости развития мощной мезомасштабной конвекции на территории исследования приведет к дальнейшему увеличению повторяемости таких опасных метеорологических явлений, как град, интенсивные ливни, шквалы и других, а также усилению ливневой эрозии почв агроландшафтов.

Скачать электронную версию публикации