Soil washout by thawed snow on arable lands of northern Krasnoyarsk forest-steppe.pdf В 2009-2011 гг. автором проведены исследованиясмыва почв на пахотных землях северной части Красно-ярской лесостепи в районе с. Ковригино, в 70 км север-нее г. Красноярска. Измерения высоты слоя смыва (ак-кумуляции) проводились на типичном для данной тер-ритории опытном участке (урочище Долгий Лог) мето-дом шпилек, а также методом обмера ручьев и конусоввыноса. Описание участка и модернизированного мето-да шпилек представлены в [1]. Участок Долгий Лог ис-пользуется в основном под пашню. Агрофон пахотныхземель опытного участка в 2009 г. представлен стерней,в 2010 г. - стерней и озимыми (последние в восточнойчасти южного массива); в 2011 г. на южном массиве -стерня и озимые, на северном - залежь и озимые. Рас-пашка проводится преимущественно вдоль склона, впериод снеготаяния талые воды стекают со склона попахотным бороздам. Работа водных потоков приводит кобразованию струйчатых размывов, характерных дляпродольной вспашки [2]. В условиях стерни высотой 12-15 см на вершинах склонов рассматриваемого урочищаскорость потоков в разгар снеготаяния составляет 0,15-0,35 м/с, мутность - 0,4-0,6 г/л; в средней части склонаскорости возрастают до 0,5 м/с, мутность увеличиваетсядо 1,5 г/л. В нижней части склона эти показатели увели-чиваются до 0,70-1,0 м/с и 17,5 г/л соответственно. Назалежи скорости течения ниже (0,60-0,70 м/с).Механический состав почвенного покрова на участ-ке преимущественно средне- и тяжелосуглинистый.Крупные фракции песка в процессе разгрузки потоковталых вод при перенасыщении их делювием отклады-ваются в днищах струйчатых размывов и промоин. Всформировавшихся в нижней части склонов конусахвыноса преобладают ил (до 32%), пыль крупная (до21,6%) и средняя (до 20,0%), наименьшую долю со-ставляет песок (до 1,2%). Доля остальных фракций (пе-сок мелкий, пыль мелкая) в сумме составляет до 26%.Значение допустимых неразмывающих скоростей(ДНС), по данным разных исследователей [3], для су-песей и легкосуглинистых почв составляет 0,65-0,70 м/с. Подчеркнем, что размыв почв увеличивается сувеличением степени их смытости. Этот фактор в рас-четах ДНС недостаточно исследован. Из приведенныхданных видно, что скорости талых вод приближаются кДНС или превышают их. Основная эрозионная работапроделывается талыми водами в средних и нижнихчастях склонов, где скорости течения выше.Глубина промерзания почвы в рассматриваемые го-ды составляла 1,2-1,5 м. Глубина оттаивания почв ковремени измерения величин смыва (конец апреля -начало мая) составляет в среднем 15-17 см.Участок Долгий Лог окаймлен по всему периметрулесом, что увеличивает накопление снега у его кромки.Высота и запас воды в снеге на участке ежегодно всреднем на 25-30% превышают аналогичные данныеближайшей метеорологической станции (Сухобузимо).В многоснежный 2010 г. средний запас воды в снеге научастке Долгий Лог перед снеготаянием составил137 мм, на полевом снегомерном участке станции Су-хобузимо - 101 мм; высота снега - соответственно 52 и42 см. Исследования многих авторов [2, 4 и др.] пока-зывают, что склоны северной экспозиции аккумулиру-ют большее количество снега. Согласно результатамснегосъемок (февраль - март 2008-2011 гг.) на склонахсеверной экспозиции величина снегонакопления в 1,5-2 раза выше, чем на южных. Максимальное снегонако-пление на опытном участке ежегодно фиксировалось ввосточной части северного массива у кромки леса -высота достигала 100 см, запас воды в снеге - 280 мм.Существенное влияние на накопление и распреде-ление снега оказывает микрорельеф пашни. Его харак-тер предопределяет образование ручейкового стока [4].Между гребнями пахотного слоя высота снежного по-крова повышается примерно на величину высоты бо-розд. В процессе таяния снег на гребнях сходит быст-рее, задерживаясь в низинах. Талая вода после насы-щения водоудерживающей емкости почвы скапливает-ся в понижениях и бороздах пашни. С момента пере-полнения замкнутых микропонижений начинается по-верхностный сток, формирующий ручейковую сеть наповерхности пашни. На плакорах и южных склонахснег тает быстрее, чем на склонах северной и восточ-ной экспозиции (северный массив) [4]. В зимний пери-од в нижней части склонов северной экспозиции укромки леса образуются сугробы, которые в весеннийпериод сохраняются дольше, чем основная масса снега,что при наступлении теплой погоды увеличивает ин-тенсивность снеготаяния и смыва. Этому способствуютпротаивание и прорывы снежных перемычек, прегра-ждавших путь скоплениям воды, временно задержан-ной в начальный период снеготаяния в снежной толщеи в лужах под снегом.Рассмотрим результаты оценки эрозии и причины,определяющие различия величин смыва. Измерениясмыва проводились на пяти склонах, два из которыхрасполагались на северном массиве участка, три - наюжном [1].Северный массив представляет собой слабовыпук-лое водораздельное плато с общим уклоном в направ-лении с запада на восток. Рельеф преимущественнопологий, средний уклон 1,1°. В северной части вдольопушки леса рельеф представлен сетью ложбин шири-ной 50-100 м. В центральной и восточной частях платоприсутствуют слабовыраженные депрессии. Массивделится водораздельной линией на склоны № 1 и 2 се-веро-восточной и юго-восточной экспозиций [1]. Вдольгрунтовой дороги в южной части северного массивапроходит придорожная канава. В процессе снеготаянияповерхностный сток со склона № 1 поступает в примы-кающий с севера участок леса, а со склона № 2 - в при-дорожную канаву. Склон № 1 выпуклой формы, северо-восточной экспозиции, имеет среднюю длину 400 м,ширину 3 150 м, уклон 1,7°. Склон № 2 выпуклой фор-мы, юго-восточной экспозиции, имеет среднюю длину300 м, ширину 3 140 м, среднюю крутизну 1,7°. Обасклона смежные и имеют общую вершину, представляясобой северную и южную части водораздельного плато.На склоне № 1 и восточной части склона № 2 на-блюдается повышенное снегонакопление, связанное сблизостью к кромке леса. Так, в 2010 г. средний снего-запас на всем участке составил 136 мм, максималь-ный - на склоне № 1 (226 мм). В 2011 г. зафиксирова-ны значения 89,5 и 148 мм соответственно. Вследствиеобразования сугробов у кромки леса на данных терри-ториях формируются повышенные сток и эрозия отталых вод. Ежегодно на рассматриваемых частях скло-нов местами наблюдались максимальные значениясмыва: в 2009 г. - 40 мм, в 2010 - 10 мм, в 2011 -24 мм. Данные полевых наблюдений на северном мас-сиве показывают, что с общим понижением плато сзапада на восток возрастает и интенсивность смыва(см. таблицу).Южный массив представляет собой обширныйсклон преимущественно юго-восточной экспозиции сосредним уклоном около 2,3°. В западной части массиварельеф более расчлененный, присутствуют отдельныеложбины, которые, соединяясь, образуют лощины. Впериод весеннего половодья в днищах ложбин и лощинформируется сток талых вод. Талые воды в зонах кон-центрации обладают высокой кинетической энергией,образуя в днищах лощин промоины шириной до 120 сми глубиной до 70-80 см.Средний уклон восточной части рассматриваемогомассива составляет 2,5°. На водораздельных поверхно-стях, где рельеф более пологий, интенсивность эрозииминимальна. В центральной части рельеф становитсяболее расчлененным, на склонах возникают струйчатыеразмывы. В нижней части массива вдоль кромки лесаприсутствует сеть ложбин шириной до 70 м, на днекоторых образуются промоины.Исследования смыва проведены на профилях скло-нов № 3, 4 и 5 (таблица).Склон № 3 прямой, юго-западной экспозиции, дли-ной 126 м, имеет наибольшую крутизну 6,3°. Смыв наданном участке возрастает вдоль склона по мере уве-личения уклона, достигая максимального значения внижней части, где в 2009 г. было зафиксировано мак-симальное (21,8 мм) значение смыва. Интересно, что в2010 и 2011 гг. в этом месте была отмечена аккумуля-ция наносов, что, как будет показано ниже, объясняет-ся разными гидрометеорологическими условиями врассматриваемые годы.На склоне № 4 юго-восточной экспозиции, среднейкрутизны 2,0°, в пределах лощины длиной 1270 м исредней шириной 400 м представлены два вида уго-дий - пастбище и пашня. На дне лощины, в зоне кон-центрации стока, располагается промоина шириной 70-110 см и глубиной до 70 см. Из полученных величинсмыва по группам шпилек в верхней части этого скло-на (в 2009 г. - 6,8 мм, в 2010 - 2,9 мм, 2011 - 2,7 мм)видно, что на кормовых угодьях под естественной рас-тительностью значения эрозии заметно ниже, чем напашне. На пахотных землях данного склона шпилькиустанавливались на расстоянии 1,5-3 м от зоны кон-центрации стока (промоины) и показали смыв в 2009 г.до 20,1 мм, в 2010 - до 17,7 мм, в 2011 - 16,3 мм.Склон № 5 вогнутый, юго-восточной экспозиции,имеет средний уклон 2,4° и длину 226 м. В нижней час-ти у кромки леса в зоне с максимальным снегонакоп-лением наблюдаются наибольшие значения смыва -25,5 мм в 2009 г. В 2011 г. в этом месте отмечена не-значительная аккумуляция наносов (см. таблицу).Территориальное обобщение данных наблюденийвыполнено путем распространения характеристик смы-ва на неизученные участки, находящиеся в сходныхусловиях, с учетом уклона, длины, экспозиции, место-положения и формы склонов. На рис. 1 приведена кар-та смыва и аккумуляции со средними значениями смы-ва за 2011 г. Общие закономерности распределениявеличины смыва почв состоят в следующем.В условиях одинакового агрофона эрозия увеличи-вается вниз по склонам опытного участка, в направ-лении возрастания удельных расходов воды. Напри-мер, на склоне № 5 в 2010 г. в условиях посева ози-мых культур происходило увеличение смыва вдольвсего профиля от 3,0 до 5,2 мм (таблица). При прочихравных условиях с повышением крутизны склона воз-растает и величина смыва. Существенное влияниеоказывает протяженность склона, например, на склоне№ 4 наибольшей протяженности величина смыва вы-ше, чем на более крутом, но коротком склоне № 3 (см.таблицу).Отличительной характеристикой участка Долгий Логявляется преобладание склонов со значительной дли-ной - от 500 до 1 300 м. Поскольку средний уклон наопытном участке невысокий (2,5°), значительный смывможет происходить за счет увеличения длины склона врезультате возрастания удельных расходов воды и ско-ростей течения. Еще одна особенность опытного участ-ка - окаймление лесом и образование сугробов по всемупериметру. Таяние снежного покрова на участках высо-кого снегонакопления затягивается, и в заключительнойфазе может происходить при высокой температуре и,соответственно, интенсивности снеготаяния. В этих ус-ловиях величина смыва выше на северных склонах снаибольшим снегонакоплением.Анализируя результаты полевых наблюдений, мож-но сделать вывод, что максимальные значения эрозиинаблюдались в 2009 г., минимальные - в 2010.В 2011 г. величина смыва была средней.Сравнивая средние и экстремальные характеристи-ки смыва за рассматриваемые годы, можно заключить,что основные причины различий связаны с неодинако-выми гидрометеорологическими условиями. Подчерк-нем, что изменения из года в год показателя осеннегоувлажнения на степных и лесостепных реках оказыва-ют значительное влияние на сток весеннего половодья.Например, согласно [5], сток талых вод р. Б. Уря(Красноярский край, северная лесостепь) при запасахснега 100 мм в условиях наиболее низкого осеннегоувлажнения составляет 10 мм, для наиболее высокого -80 мм (т.е. в 8 раз больше). Отметим, что величина по-казателя осеннего увлажнения на территории Красно-ярской лесостепи нами определялась по количествуосадков и слою растаявшего снега за октябрь - ноябрь.Рассмотрим особенности снегонакопления и осеннегоувлажнения почв в исследуемые годы.2009 г. характеризовался высоким снегонакоплени-ем (123 мм) и наивысшим за 20 лет осенним увлажне-нием (57,6 мм). Этот фактор, наряду с рано установив-шимися (начало апреля) и постоянно высокими поло-жительными температурами, обеспечил высокую вели-чину поверхностного стока и максимальные величинысмыва почв (таблица). 2010 г. отличался весьма низкимосенним увлажнением (28,9 мм) и максимальным сне-гонакоплением (137 мм). Низкое осеннее увлажнениеспособствовало усилению впитывания талых вод, сни-жению поверхностного стока и, соответственно, интен-сивности смыва (в 2010 г. отмечен наименьший смывпочв). 2011 г. отличался минимальным снегонакопле-нием (88 мм), средним осенним увлажнением (41,8мм), дружным снеготаянием. Величина эрозии в этомгоду характеризуется средними значениями.Результаты исследования слоя смыва (аккумуляции) почв от талых вод с применением метода шпилек(1 мм слоя смытой почвы составляет около 10 т/га за период половодья)Измеренная величина смыва (аккумуляция) по группам шпилек (мм слоя почвы)2009 г. 2010 г. 2011 г.Массив№ склона№ точек со шпиль-камиУклон (град.)Экспозиция склонаМестоположениеи характеристикаагрофонаСмыв(-),аккуму-ляция(+)Местоположениеи характеристика агрофонаСмыв(-),аккуму-ляция(+)Местоположениеи характеристикаагрофонаСмыв(-),аккуму-ляция(+)1 1,8 Вершина, пашня (стерня) -9,7 Вершина, пашня (стерня) -2,4 Вершина, залежь2 2,6 Средняя часть, пашня(стерня) - Средняя часть, пашня(стерня) -3,2 Средняя часть, залежь3а 2,7 Нижняя часть, пашня(стерня) -7,7 Нижняя часть, пашня(стерня) +14,5 Нижняя часть, залежь3в 1,4 Средняя часть, пашня(стерня) - Средняя часть, пашня(стерня) -1,1 Средняя часть, залежь3б 4,1 Средняя часть, пашня(стерня) - Средняя часть, пашня(стерня) -1,2 Средняя часть, залежь2,9111 1,2 Верхняя часть, водораз-дел, пашня (стерня) -15,2 Верхняя часть, водораздел,пашня (стерня) -0,95 Верхняя часть, водо-раздел, залежь -8,2512 1,4 Средняя часть, пашня(стерня) -2,1 Средняя часть, пашня(стерня) -0,4 Средняя часть, залежь -18,013 3,8 Нижняя часть, пашня(стерня) -23,7 Нижняя часть, пашня(стерня) -3,3 Нижняя часть, залежь +12,016 2,1 Вершина, пашня(стерня) -19,7 Вершина, пашня (стерня) -6,6 Вершина, пашня(озимые) -15,317 2,1 Средняя часть, пашня(стерня) -20,7 Средняя часть, пашня(стерня) -1,0 Средняя часть, пашня(озимые) -24,2118 2,2СВНижняя часть, пашня(стерня) -40,3 Нижняя часть, пашня(стерня) -5,4 Нижняя часть, пашня(озимые) -19,711 1,2 Верхняя часть, водораз-дел, пашня (стерня) -15,2 Верхняя часть, водораздел,пашня (стерня) -0,95 Верхняя часть, водо-раздел, залежь -8,2514 1,8 Средняя часть, пашня(стерня) -2,9 Средняя часть, пашня(стерня) -1,6 Средняя часть, залежь -21,315 1,7 Нижняя часть, пашня(стерня) -21,6 Нижняя часть, пашня(стерня) -0,4 Нижняя часть, залежь -20,216 2,1 Вершина, пашня(стерня) -19,7 Вершина, пашня (стерня) -6,6 Вершина, пашня(озимые) -15,319 0,6 Вершина, пашня(стерня) -24,9 Вершина, пашня (стерня) -6,9 Вершина, пашня(озимые) -Се верный220 1,2ЮВСредняя часть, пашня(стерня) -9,7 Средняя часть, пашня(стерня) -10,0 Средняя часть, пашня(озимые) -4,88 3,1 Вершина, пашня(стерня) -8,8 Вершина, пашня (пар) -4,0 Вершина, пашня(стерня) -7,89 6,3 Средняя часть, пашня(стерня) -9,7 Средняя часть, пашня(стерня) -4,0 Средняя часть, пашня3 (стерня) -5,010 7,7ЮЗНижняя часть, пашня(стерня) -21,8 Нижняя часть, пашня(стерня) +7,5 Нижняя часть, пашня(стерня) +7,03 2,0 Вершина, пастбище -6,5 Вершина, пастбище -2,9 Вершина, пастбище -2,74 4,0 -19,0 Средняя часть, пашня(стерня) -2,35 -4,25 2,2 -20,1 Средняя часть, пашня (пар) -17,7 -16,36 2,0Средняя часть, пашня(стерня)-9,1 Средняя часть, пашня(стерня) -4,6Средняя часть, пашня(стерня)-47 2,0ЮВНижняя часть, пашня(стерня) -23,9 Нижняя часть, пашня(стерня) +9,0 Нижняя часть, пашня(стерня) -8,821 1,1 Вершина, пашня (стерня) -5,6 Вершина, пашня (озимые) -3,0 Вершина, пашня (пар) -2,722 1,8 Средняя часть, пашня(стерня088 р) -4,4 Средняя часть, пашня(озимые) -4,0 Средняя часть, пашня(пар) -1,3Южный523 3,2ЮВНижняя часть, пашня(стерня) -25,5 Нижняя часть, пашня(озимые) -5,2 Нижняя часть, пашня(пар) +2,7Рис. 1. Карта средних значений слоя смыва (аккумуляции) почв на участке Долгий Лог в 2011 г.Сопоставив данные по осеннему увлажнению почвс величинами весеннего смыва за 2009-2011 гг., видим,что величина предшествующего осеннего увлажненияпочвы коррелирует с интенсивностью эрозии. Этотвывод подтверждается многими авторами [4 и др.]. Со-гласно классификации [6] интенсивность эрозии наопытном участке изменяется от слабой до катастрофи-ческой для всех рассматриваемых лет. Столь широкийдиапазон значений смыва объясняется тем, что участокДолгий Лог характеризуется значительной дифферен-циацией условий формирования талого стока и смывапочв.

Скачать электронную версию публикации