Агролесомелиоративное картографирование ландшафтов, подверженных развитию эрозии

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Агролесомелиоративное картографирование ландшафтов, подверженных развитию эрозии

А.А. Тубалов

Введение

Актуальность. Статья посвящена проблеме исследований агролесоландшафтов, в которых значимую роль играют процессы эрозии. В ней рассмотрены вопросы, касающиеся выделения водосборной структуры, выявления параметров, характеризующих современное развитие эрозионных процессов, картографирования и оценки структуры сельскохозяйственного использования земель и крутизны рельефа. Значимость проведенных исследований обусловлена направленностью их не только на выявление фактического состояния эрозионных процессов, но и на поиск параметров, опосредованно указывающих на большее развитие эрозионных процессов на одних территориях в сравнении с другими.

Объект. Исследования проведены на территории правобережья р. Хопер в пределах Волгоградской области. Исследования данной территории в мелиоративных целях востребованы. Данный регион наряду с тем, что он характеризуется распространением одних из самых плодородных типов почв (чернозема обыкновенного и чернозема южного) отличается развитыми процессами водной деградации почв.

Материалы и методы. Проведенные исследования основаны на дистанционных и полевых методах картографирования территории. Основными материалами, примененными в ходе исследований, являются топографические карты М 1: 100000, а также мозаики космических снимков с высоким разрешением. Ключевыми пакетами программ, примененными в ходе исследований, являлись «Photoshop» и «MapInfo». Методика проводимых исследований основана на методических приемах, разработанных и апробированных лабораторией геоинформационного моделирования и картографирования агролесоландшафтов ФНЦ агроэкологии РАН. Результаты и выводы. В результате проведенных исследований установлены основные показатели, характеризующие современное эрозионное расчленение территории, а также характеристики ведущих факторов обусловливающих развитие эрозионных процессов - характеристика структуры сельскохозяйственного использования земель и характеристика крутизны склонов.

Среднеарифметические значения овражного эрозионного расчленения для исследуемого региона равны 0,4 км/км2, при среднеарифметической плотности вершин оврагов - 0,8 шт./ км2. Корреляционные исследования взаимосвязи между параметрами позволили выделить показатели, опосредовано указывающие на развитие овражной эрозии. Это такие величины, как площади пашни в водосборе, расположенных на склонах крутизной более 3⁰ и площади склонов крутизной более 8⁰ непокрытых лесом. Оценка развития деградационных процессов стала основой для агролесомелиоративной группировки исследуемой территории. Значимым результатом проводимых исследований являются данные, подтверждающие отличия генезиса и связанных с ним характеристик территорий балочных водосборов и межбалочных участков склонов.

Ключевые слова: балочные водосборы, межблочные участки склонов, овражное расчленение, структура сельскохозяйственного использования земель, крутизна рельефа, агролесомелиорация.

Введение

Агролесомелиоративное картографирование, или картографирование территории в целях проведения агролесомелиоративных мероприятий, представляет собой источник получения данных о факторах, на основании которых обосновываются, планируются агролесомелиоративные мероприятия. Современное картографирование, базируется на использовании новейших технических средств, представляет собой один из наиболее распространенных методов изучения природы. Геоинформационное картографирование позволяет быстро получать точные данные о таких важных характеристиках агроландшафта, как развитие деградационных процессов, характеристике антропогенной нагрузки, а также анализировать состояние основных природных факторов (рельефа, растительного покрова, почв, водоемов и т.д.). Картографирование территории является фундаментом для проведения классификации земель в зависимости от предопределяющих потенциальное развитие эрозионных процессов факторов. Картографическая модель также является формой, в которой предоставляются обобщенные данные о специфике, очередности и объемах требуемых агролесомелиоративных работ.

Системы защитных лесных насаждений (ЗЛН) представляют собой объекты, которые оказывают комплекс воздействий на компоненты агролесоландшафта. ЗЛН оптимизируют процессы почвообразования, улучшают микроклимат, уменьшают поверхностный сток, минимизируют вероятность возникновения и развития эрозии и дефляции почв, ослабляют вредоносность засух и суховеев, создают предпосылки для увеличения фито-, зооразнообразия и биопродуктивности агроландшафтов [6, 9, 11, 12, 13].

Представляясь одним из ведущих видов мелиораций при осуществлении адаптивно-ландшафтного комплекса мероприятий, агролесомелиорация ставит перед картографированием задачу фундаментального и подробного исследования территорий. Только на основании полных данных, возможно, обеспечить создание эффективных систем лесных полос - обосновать их размещение, определить их породный состав, конструкцию, рядность, назначить мероприятия по уходу [1, 2, 3].

Цель исследования состояла в картографировании и выявлении значений параметров, характеризующих современное эрозионное развитие территории, а также поиске показателей, взаимосвязанных с развитием эрозии и указывающих на ее развитие косвенно. Для достижения поставленной цели были решены задачи по созданию картографических моделей исследуемой территории, созданию параметрической базы данных, ее анализу и обобщению.

Материалы и методы

Объектом исследований являются агролесоландшафты правобережья р. Хопер в пределах Волгоградской области (рисунок 1).

Рисунок 1 - Расположение региона проводимых исследований на цифровой модели местности Волгоградской области

Климат соответствует континентальной Восточно-Европейской климатической провинции. Обеспеченность ресурсами тепла и влаги допускают экономически рентабельное возделывание в исследуемом регионе разнообразных культур: пшеница, подсолнечник, рожь, нут и многие др.

Почвенный покров представлен одними из плодородных видов почв - черноземом южным и черноземом обыкновенным.

Естественная растительность представлена разнотравно-злаковыми, злаковыми ассоциациями, а также байрачными и нагорными лесами.

Основой гидрографической сети объекта исследований является р. Хопер. Протяженность его по исследуемой территории составляет 825 км. С правобережья на территории Волгоградской области в Хопер впадают малые реки: Растеряева, Евдовля, Акишевка, Тишанка, Добринка, Топкая.

В геоморфологическом плане территория относится к району Калачской пластовой возвышенности. Склоны водораздельных пространств сильно изрезаны многочисленными современными эрозионными формами - оврагами и промоинами, и древними - балками, лощинами, ложбинами. Густота современного эрозионного расчленения по отдельным территориям превышает значения 1 км/км² [8]. Сильно развит плоскостной смыв.

Общая площадь региона исследований составляет 3800 км².

Методика картографирования базируется на методических приемах, созданных и проработанных в лаборатории геоинформационного моделирования и картографирования агролесоланшафтов ФНЦ агроэкологии РАН [7, 10]. Она основана на применении дистанционных, картографических данных, а также геоинформационных программ.

Важными методическими моментами проводимых исследований являются аспект применение водосборного подхода к выделению балочных и межбалочных водосборов [4] - территориальных единиц, в рамках которых происходит расчет удельных показателей, и вопрос применения градаций склонов по крутизне при выделении земельных фондов [5].

Результаты и обсуждение

В результате проведенных картографических исследований для изучаемой территории наряду с границами притоков р. Хопер (реки: Растеряева, Евдовля, Акишека, Тишанка, Безымянная, Топкая) были установлены границы суходолов. Выявленная структура водосборов также содержит в себе информацию о местоположении и площадях, которые занимают межводосборные участки склонов. Всего было выделено 160 балочных водосбора и 69 межбалочных участков склонов. В исследуемом регионе межбалочные участки склонов занимают 18% долю территории.

По результатам дешифрирования для каждого балочного водосбора (межбалочного участка склонов) был произведен расчет удельных показателей, характеризующих современные эрозионные процессы: овражное расчленение (км/км²), плотность вершин оврагов (шт./ км²).

Диапазон выявленных значений показателя овражного расчленения составляет от 0 до 3,5 км км/км², а количества вершин оврагов - от 0 до 12 шт./ км².

Среднее арифметические значения исследуемых показателей по региону равны 0,4 км/км², и 0,8 шт./ км².

Расчет среднеарифметических значений исследуемых показателей, характеризующих развитие процессов современной эрозии по группам балочных водосборов и межбалочных участков склонов позволяет констатировать большее развитие деградационных процессов во второй группе. Так, среднеарифметическое значение овражного расчленения для группы балочных водосборов равно 0,3 км/км² для межбалочных участков склонов - 0,6 км/км². Среднеарифметическое значение плотности вершин оврагов для группы балочных водосборов равно 0,6 шт./км² для межбалочных участков склонов - 1,3 шт./км².

Результатом проведенных картографических исследований наряду с оценкой развития современных эрозионных процессов в рамках структуры водосборов стал анализ особенностей рельефа и антропогенной нагрузки на агроландшафты. Были созданы картографические модели структуры сельскохозяйственных угодий и крутизны склонов исследуемой территории.

На рисунке 2 в качестве примера представлен фрагмент созданной карты структуры сельскохозяйственных земель, соответствующий четвертому притоку правобережья р. Хопер, - р. Тишанка.

Данная карта отражает распространение в регионе четырех основных типов использования сельскохозяйственных земель: пашня, пастбище, лес, земли сельских поселений. Данное изображение стало основой для снятия параметрической информации и расчета показателей долевого участия выделенных типов угодий в каждом балочном водосборе (межбалочном участке склонов).

картографирование эрозионный агролесомелиоративный

Рисунок 2 - Фрагмент карты структуры сельскохозяйственных угодий, р. Тишанка

Созданный массив параметрической информации о структуре земель был обобщен. В таблице 1 представлены минимальные и максимальные значения показателей, а также среднеарифметические значения, рассчитанные по трем выборкам. Диапазон значений показателей доли, которые занимают пашня, пастбище, лес и селитебные угодья крайне широк, но в среднем в регионе пашня занимает 44%, пастбище - 41%, лес - 12% и 2% приходятся на земли, занятые сельскими поселениями. Сопоставление среднеарифметических значений, рассчитанных по выборкам балочных водосборов и межбалочным участкам склонов, позволяет выявить ряд отличий последних. Межбалочные участки склонов характеризуются меньшим количеством пашни и большим количеством пастбищ. Данная особенность может быть объяснена особенностями рельефа, его большей крутизной. Также данные территории отличаются на 40% меньшим количеством естественно произрастающих лесов и на 230% большим количеством площадей, которые занимают селитебные угодья. Оба обстоятельства могут служить обоснованием причин большего развития процессов современной эрозии на межбалочных участках склонов.

Естественная древесная растительность является мощным фактором, предотвращающим развитие эрозии. Для исследуемого региона данное обстоятельство чрезвычайно важно, так как леса в регионе представлены в основном байрачными лесами (за исключением леса «Шакин», расположенного в водосборе первого притока р. Хопер - р. Растеряевке). Уменьшение общего показателя лесистости в водосборе свидетельствует о меньшей защищенности перед эрозионными процессами наиболее крутых склонов.

Большее количество поселений указывает на большее пастбищные нагрузки на прилегающие к сельским поселениям территории, а также большее количество проселочных дорог. Тропы домашних животных и проселочные дороги, которые располагаются вдоль склона, являются в ряде случаев причиной концентрации стока и толчком для развития оврагов.

Таблица 1

Значения показателей структуры сельскохозяйственных угодий исследуемых агроландшафтов

На рисунке 3 представлен фрагмент созданной карты крутизны склонов, соответствующий четвертому притоку правобережья р. Хопер, - р. Тишанка. Рассматриваемая картографическая модель отражает распространение в регионе исследование следующих основных категорий земель: склоны крутизной 0-0,5°; 0,6-3°; 4-7°; 8-35°. Вышеперечисленные диапазоны углов склонов аналогичны значениям рассматриваемого параметра, примененного для цели определения границ ландшафтных полос при исследовании геосистем на основе ландшафтно-водосборного подхода [5]. Поверхности с крутизной в диапазоне от 0 до 0,5° совпадают с водораздельной ландшафтной полосой. На созданной картографической модели они закрашены темно-коричневым цветом. Коричневым цветом на рисунке 3 обозначены приводораздельные пространства. Они имеют уклон от 0,6 до 3°. В сравнении с другими типами поверхностей приводораздельные склоны в наибольшей степени имеют сглаженные очертания. Наименьшие площади в исследуемом регионе занимают поверхности с уклоном 4-7° (присетевые склоны). На карте данные участки местности показаны светло-коричневым цветом. Суходольное (или балочное) звено гидрографической сети характеризуется крутизной поверхности в диапазоне от 8 до 35°.

На представленном фрагменте созданной картографической модели данному типу поверхности соответствуют контуры, залитые желтым цветом. В распространение и параметрах суходольного звена существует особенность, которая воспринимается как визуально-балочная сеть правобережья р. Хопер, она более мелкоконтурна в сравнении с левобережьем, характеризуется меньшими размерами контуров и наибольшей частотой их расположения.

Рисунок 3 - Фрагмент созданной карты крутизны склонов, р. Тишанка

Созданная карта крутизны склонов стала основой параметрических исследований территории. Для каждой выделенной территориальной единицы был произведен подсчет площадей, которые занимают ландшафтные полосы. В дальнейшем площадные показатели были переведены в % и обобщены - рассчитаны среднеарифметические показатели, а также показатели, характеризующие диапазон значений. В таблице 2 представлена характеристика крутизны рельефа исследуемых агроландшафтов.

Анализ данных таблицы 2 позволяет констатировать разнообразие условий рельефа. В исследуемом регионе можно найти примеры водосборов с самыми разнообразными сочетаниями долевого участия выделенных по крутизне склонов групп территорий. Среднеарифметические значения показателей, рассчитанные по всему региону, следующие: склоны крутизной 0-0,5° занимают 10% площади, 0,6-3° - 43%, 4-7° - 30%, 8-35° - 5% , долины рек - 12%. Сопоставление значений исследуемых параметров по выборкам, соответствующим балочным водосборам и межбалочным участкам склонов, позволяет выделить следующие моменты. Рельеф группы межбалочных участков склонов в сравнении с группой балочных водосборов характеризуется меньшей долей, которую занимают земли водораздельного земельного фонда (4% площади против 14%); приблизительно равными значениями площадей, соответствующих приводораздельным пространствам (41% и 43%); большей долей, которую занимают в водосборах территории, соответствующие присетевым склонам (территории с уклоном 4-7° занимают 32% против 28%) и пойменным участкам гидрографической сети (пойменные территории занимают 2% площади межбалочных водосборов против 8% у балочных водосборов).

Таблица 2

Характеристика крутизны рельефа исследуемых агроландшафтов

Корреляционный анализ созданной базы данных картографируемых параметров по каждому балочному водосбору (межводосборному участку склонов) позволил отобрать два параметра, опосредовано указывающих на интенсивное развитие эрозии. Выделенными параметрами оказались параметр площади пашни в водосборе расположенных на склонах крутизной более 3° и параметр площади склонов крутизной более 8° непокрытых лесом. Данные параметры косвенно свидетельствующие о активности эрозии были сняты с комбинированного изображения, представляющего собой результат наложения карты крутизны склонов на картографическую модель структуры сельскохозяйственного использования земель. Степень взаимосвязи с параметром эрозионного расчленения в исследуемой выборке водосборов определяется коэффициентами корреляции равными 0,78 для первого и 0,68 для второго показателя соответственно.

Параметры оценки развития современных эрозионных процессов, а также рассмотренные ранее показатели, выбранные по результатам корреляционного анализа, стали фундаментом проведения разделения исследуемой территорий на агролесомелиоративные группы - была проведена систематизация исследуемой территории на основе специфики и направленности, очередности, объемов требуемых лесомелиоративных мероприятий. Обособлены четыре агролесомелиоративные группы (группы условных агроэкологических состояний территорий: «норма», «риск», «кризис», «бедствие»). Самой распространенной группой территорий является группа «риск». Водосборы данного типа занимают 52% площади региона. Территории с экологическим состоянием, соответствующие группе с названием «норма», занимают 31%. Балочные водосборы и межбалочные участки склонов, агроэкологическое состояние которых определено как «кризис» составляют 14% территорий. 4% площади региона исследования приходится на водосборы, экологическое состояние которых оценено как «бедственное».

Выводы

Результатом проведенных картографических исследования эрозионных ландшафтов стало выявление значений параметров, прямо и косвенно характеризующих развитие современных эрозионных процессов.

Полученные в результате проведенных исследований материалы подтверждают, что участки местности, принадлежащие балочным водосборам и межводосборным участкам склонов, являются территориями отличающегося генезиса. Они представляют собой участки с разной степенью эрозионно-аккумулятивной переработанности прарельефа. Собранные данные являются подтверждением и дальнейшим развитием тезиса Е.А. Гаршинева о «межводосборных участках» как о «реликтах останцах нерасчленен- ной исходной поверхности склона» [4].

В исследуемом регионе межбалочные участки склонов имеют существенные отличия от остальной территории. Они выдаются в два раза большим количеством современных эрозионных проявлений, долевым соотношением поверхностей с различной крутизной склонов, характеристикой антропогенной нагрузки, меньшим количеством естественно произрастающих лесов.

Собранные данные позволяют обратить внимание на межводосборные участки склонов как на территории, на которых защитные лесные насаждения нужно создавать в первую очередь.

Библиографический список

1. Барабанов А.Т. Закономерности формирования поверхностного стока талых вод с пахотных земель разных типов в лесостепной и степной части бассейнов дона и волги // Водные ресурсы. 2020. Т. 46. №7. С. 710-718.

2. Барабанов А.Т., Фомин С.Д., Кулик А.В. К вопросу о стокорегулирующей роли лесомелиоративных и агротехнических противоэрозионных мероприятий // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. 2019. №3 (55). С. 1-11.

3. Барабанов А.Т., Кулик К.Н. Теоретическое обоснование агролесомелиоративного адаптивно-ландшафтного обустройства сельскохозяйственных земель // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. 2020. №4 (60). С. 48-59.

4. Гаршинев Е.А. Эрозионно-гидрологический процесс и лесомелиорация: теория и модели. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1999. 196 с.

5. Кочетов И.С, Барабанов А.Т., Гаршинев Е.А. Агролесомелиоративное адаптивноландшафтное обустройство водосборов. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1999. 84 с.

6. Кулик К.Н. Защитные лесные насаждения - основа экологического каркаса агротерриторий // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2018. №1. С. 18-21.

7. Кулик К.Н., Кошелев А.В. Методическая основа агролесомелиоративной оценки защитных лесных насаждений по данным дистанционного мониторинга // Лесотехнический журнал 2017. №3. С. 107-114.

8. Селезнева А.В., Дедова И.С. Морфогенетический анализ эрозионного рельефа Волгоградского правобережья // Геоморфология. №4. 2019. С. 88-101.

9. Шабаев А.И. Избранные труды. Эрозия почв и адаптивно-ландшафтное земледелие. Саратов: ФГБНУ «НИИСХЮВ», 2017. 648 с.

10. Юферев В.Г., Юферев М.В. Оценка эрозионного состояния агроландшафтов по космоснимкам // Научно-агрономический журнал. 2018. № 1 (102). С. 26-28.

11. Cherubin M.R., Chavarro-Bermeo, J.P. Agroforestry systems improve soil physical quality in northwestern Colombian Amazon // Agroforest Syst. 2019. №93. P. 1741-1753.

12. Hillbrand A., Borelli S., Conigliaro M. Agroforestry for Landscape Restoration: Exploring the Potential of Agroforestry to Enhance the Sustainability and Resilience of Degraded Landscapes // Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, 2017. 20 p.

13. Wilson M.H., Lovell S.T. Agroforestry-The Next Step in Sustainable and Resilient Agriculture // Sustainability. 2016. №8. P. 574-589.

Размещено на allbest.ru