Географічний аналіз інтенсивності ґрунтоутворення в агроландшафтах Криму для потреб їх протиерозійного облаштування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський національний університет ім. Івана Франка

УДК 631.459:631.61

Спеціальність 11.00.05 - Біогеографія та географія ґрунтів

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

Географічний аналіз інтенсивності ґрунтоутворення в агроландшафтах Криму для потреб їх протиерозійного облаштування

Єргіна Олена Іванівна

Львів - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті землеробства південного регіону УААН, м. Херсон

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, доцент Чорний Сергій Григорович Херсонський державний університет, завідувач кафедри географії та екології

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор Ковальчук Іван Платонович Львівський національний університет імені Івана Франка, завідувач кафедри конструктивної географії i картографії

кандидат географічних наук, доцент Тортик Микола Йосипович Одеський національний університет імені Іллі Мечникова, доцент кафедри грунтознавства i географії грунтів

Провідна установа: Національний науковий центр "Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського" УААН, м. Харків

Захист відбудеться 30 травня 2003 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.051.08 у Львівському національному університеті імені Івана Франка: 79000 м. Львів, вул. Дорошенка 41,ауд. 26.

3 дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка: 79005 м. Львів, вул. Драгоманова, 17.

Автореферат розісланий "29" квітня 2003 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор географічних наук, професор І.М. Волошин

Анотації

Єргіна О.І. Географічний аналіз інтенсивності ґрунтоутворення в агроландшафтах Криму для потреб їх протиерозійного облаштування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.05 - Біогеографія та географія ґрунтів. Львівський національний університет імені Івана Франка. - Львів, 2003.

Дисертація присвячена визначенню інтенсивності ґрунтоутворення в агроландшафтах Криму та оцінці темпу їх ерозійної деградації. Вперше на основі ґрунтово-хронологічних досліджень дана кількісна оцінка зміни властивостей різновікових ґрунтів в часі: встановлений темп зміни потужності гумусового горизонту, масштаби трансформації морфології профілю, фізичних та фізико-хімічних властивостей. Проведено математичне моделювання зміни потужності та швидкості формування гумусного горизонту, запасів гумусу в часі для ґрунтів Криму.

З'ясовано, що гідротермічні відмінності в умовах ґрунтоутворення на схилах та плакорах добре описуються величиною енергетичних затрат на ґрунтоутворення. Після доповнення розрахункової формули показниками, що характеризують мікроклиматичні особливості ґрунтоутворення на схилах, її можна використовувати для розрахунку швидкості утворення гумусового горизонту (допустимих норм ерозії) на схилах різного нахилу та експозиції для ґрунтів різного ступеня змитості.

Запропонований таблично-графічний алгоритм визначення величин допустимих норм ерозії з урахуванням природно-зональних чинників та особливостей землекористування на території Кримського півострова, який дозволяє вирішити проблему протиерорзійного облаштування агроландшафтів Криму.

Ключові слова: ґрунт, ерозія, ґрунтово-хронологічні дослідження, математичне моделювання, енергетичні затрати на ґрунтоутворення, допустимі норми ерозії.

Ергина Е.И. Географический анализ интенсивности почвообразования в агроландшафтах Крыма с целью их противоэрозионного обустройства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.05. - Биогеография и география почв. Львовский национальный университет имени Ивана Франка. - Львов, 2003.

Диссертация посвящена определению интенсивности почвообразования в агроландшафтах Крыма. Среди процессов, вызывающих деградацию почв, основным является эрозия. В условиях антропогенной трансформации ландшафтов эффективная борьба с эрозией возможна лишь в том случае, если современные темпы эрозии будут равны или ниже определенного уровня - "допустимых норм эрозии". Количественные оценки величин допустимых норм эрозии возможны только с помощью методов моделирования процессов формирования почв во времени. Методологической основой для таких исследований могут быть почвенно-хронологические исследования, а основным методом - метод хронорядов.

В результате исследований, проведенных по разработанному алгоритму, получены данные об изменениях свойств разновозрастных почв во времени - по мощности гумусового горизонта, морфологии профиля, физических и физико-химических свойств почв.

По итогам почвенно-хронологических исследований и с применением методов математического моделирования получены математические модели формирования мощности гумусового горизонта, позволяющие перейти после их дифференцирования к моделированию допустимых норм эрозии.

Аналитическая и графическая интерпретация результатов исследований показала, что процесс формирования мощности гумусового горизонта описывается экспоненциальной кривой.

Учитывая, что гидротермические особенности условий почвообразования для склоновых и плакорных почв отражаются величиной энергетических затрат на почвообразование, создана карта распределения величин энергетических затрат на почвообразование. Анализ карты показывает, что на современном этапе энергетические затраты на почвообразование подвержены зонально-географическим закономерностям и на совершенно ином уровне характеризуют территорию Крыма по уровню тепло- и влагообеспеченности.

После введения в расчетные формулы коэффициентов, характеризующих микроклиматические особенности почвообразования на склонах, осуществлен расчет скоростей образования гумусового горизонта (допустимых норм эрозии) для склоновых почв различной степени смытости.

Предложен таблично-графический алгоритм определения допустимых норм эрозии с учетом природно-зональных факторов и особенностей землепользования.

Ключевые слова: почва, почвенно-хронологические исследования, математическое моделирование, допустимые нормы эрозии, энергетические затраты на новообразование.

Yergina H. I. Geographical analysis of the intensity of the Crimea agricultural lands soil formations aiming at their anti-erosion arrangements. - Manuscript.

The thesis for attaining the academic degree of a Candidate of geographical sciences, specialty 11.00.05. - Biogeography and Soil Geography. Lvivsky National Franko University. - Lviv, 2003.

The thesis is devoted to identification of the intensity of soil formation in agricultural lands of the Crimea.

The methods and algorithm have been developed for conducting soil-chronological research in the Crimea, characteristic changes of different age soils with the course of time have been investigated; the capacity of humus horizon, profile morphology, their physical and physical-chemical characteristics;

Some mathematic models have been suggested, related to power and speed of humus horizon formation, the stock of humus in the Crimean soils.

It is determined that hydro-thermal differences of soil formation for slopping and water-dividing soils are described by the quantity of energy consumption for the soil formations.

There has been suggested a chart algorithm for determining erosion norms permissible, taking into consideration nature zone factors and peculiarities of land exploitation.

Key words: soil, soil-chronological research, mathematic modality, erosion norms permissible, energy consumption on new formation.

Загальна характеристика дисертаційної роботи

Актуальність теми. Раціональне землекористування в агроландшафтах можливе тільки за умов, коли втрати ґрунту від ерозії будуть компенсуватися ґрунтоутворенням, темп якого у більшості випадків ототожнюється з поняттям "допустимої норми ерозії". Проблемам визначення допустимих норм ерозії присвятили свої роботи вітчизняні й закордонні вчені: М.М. Заславський (1983), Г.І. Швебс (1981,1985), С.Ю. Булигін (1996), Ф.М. Лисецький (1994, 2000), С.Г. Чорний (1994, 1999), Mc. Cormak D. E., Vound K. K. (1988), Schwertmann U. (1981), Pierce, Larson, Dowdy, 1984 та інші.

Оцінка співвідношення темпів ерозії та сучасного ґрунтоутворення має велике значення для АР Крим, де внаслідок великої розораності території (в деяких адміністративних районах до 90%) швидко зростає частка еродованих ґрунтів. Найбільш інтенсивно процеси водної ерозії розвиваються в гірському і передгірському Криму, де середні щорічні втрати ґрунту сягають 20 т/га. Руйнування ґрунту під впливом вітрової ерозії в степових та передгірських районах оцінюється величинами такого ж рангу.

Показники допустимої величини (норми) ерозії, визначені з урахуванням темпів ґрунтоутворення, на наш погляд, є найобґрунтованішими, тому що дають можливість повністю оцінити вплив природних умов і господарської діяльності на ерозійну ситуацію. Ці показники можуть виступати кількісними критеріями при розробці заходів протиерозійного облаштування агроландшафтів, а також бути важливою складовою моніторингу стану ґрунтового покриву. Такий підхід уможливлює, до речі, перехід від експертних (суб'єктивних) методів протиерозійного проектування і управління до об'єктивних розрахунків, з використанням методів математичного моделювання.

Математичному моделюванню процесів водної та вітрової ерозії в Україні присвячені роботи Г.І. Швебса (1974, 1981), О.О. Світличного (1994, 1996), С.Ю.Булигіна (1992, 1994, 1999), С.Ю. Булигіна, Т.А. Можейко, Д.О. Тимченко (1992), І.П. Ковальчука (1992,1994) тощо, але кількісна оцінка темпів схилового ґрунтоутворення та визначення на їхній основі допустимих норм ерозії в науковій літературі не знайшла належного відображення, а для АР Крим такого виду роботи зовсім не проводилися.

Об'єкт і предмет досліджень. Об'єкт дослідження: різновікові ґрунти Криму, що утворилися в історичний час та процеси ґрунтоутворення.

Предметом дослідження виступають такі параметри стану ґрунтів, як гумусовий горизонт та його властивості, вміст гумусу, енергетичні затрати на ґрунтоутворення, допустимі норми ерозії для ґрунтів Криму, протиерозійне облаштування агроландшафтів в регіоні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дослідження спрямоване на виконання Національної програми охорони земель, реалізація якої запланована на 1997-2010 рр. і була підготовлена за розпорядженнями Президента від 17. 02. 1996 р. № 34/96-рп і Кабінету Міністрів України від 19.08 1996 р. № 22-1633/2 й узгоджена з проектом Закону "Про охорону Земель і родючості ґрунтів". Питання досліджень тісно пов'язані з науково-дослідною тематикою Інституту землеробства південного регіону, зокрема, з темою лабораторії меліоративного ґрунтознавства - номер держреєстрації 197?015756 "Розробити систему критеріїв проектування і нормативних параметрів для агроландшафтно-земельного проектування". Питання досліджень тісно пов'язанні з науково-дослідницькою тематикою Кримської філії Інституту землеустрою УААН.

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційного дослідження є визначення допустимих норм ерозії ґрунтів в якості критеріїв при розробці схем протиерозійного облаштування агроландшафтів Криму та використання цих параметрів. агроландшафт ерозійний гумусовий

Для досягнення цієї мети вирішувалися наступні завдання:

- розроблення методики виділення ділянок для проведення ґрунтово-хронологічних досліджень на території Кримського півострова і вибір репрезентативних об'єктів досліджень;

- проведення серії польових ґрунтово-хронологічних досліджень різновікових об'єктів на території Кримського півострова;

- створення на підставі всебічних досліджень різновікових ґрунтів математичної моделі формування гумусового горизонту ґрунтів;

- складання карти енергетичних затрат на ґрунтоутворення на території Кримського півострова та встановлення географічних закономірностей в розподілі цієї величини;

- оцінка інтенсивності зміни в часі запасів гумусу ґрунтів, їх хімічних і фізико-хімічних властивостей, а також морфологічної будови ґрунтового профілю;

- розроблення авторської моделі формування гумусового горизонту ґрунтів у часі, математичних моделей темпу природного ґрунтоутворення;

- визначення допустимих норм ерозії для схилових ґрунтів Криму різного ступеня еродованості.

Методи досліджень. У дослідженнях використовувалися порівняльно-географічний, порівняльно-історичний, археологічний, генетико-еволюційний, картографічний методи і методи математичного моделювання процесів ґрунтоутворення.

Наукова новизна отриманих результатів. В результаті проведених досліджень:

- на основі польових ґрунтово-хронологічних досліджень для ряду різновікових ґрунтів Криму виявлені просторово-часові закономірності формування гумусового горизонту та їхніх фізико-хімічних і хімічних властивостей;

- для різних типів ґрунтів Криму обґрунтовані математичні моделі зміни потужності гумусового горизонту та отримані залежності між швидкостями ґрунтоутворення і вихідною потужністю ґрунтового профілю;

- для умов Кримського півострова вперше створена карта природних енергетичних затрат на ґрунтоутворення і таким чином оціненний потенціал ґрунтоутворювальних процесів;

- запропонованні та обґрунтованні математичні моделі швидкостей утворення гумусового горизонту (допустимих норм ерозії), які враховують сучасні умови ґрунтоутворення в Криму у тому числі мікрокліматичні особливості ступіню еродованості ґрунту, а також характер господарського використання агроландшафтів.

Практичне значення. В результаті роботи:

- розроблено детальний алгоритм оцінки допустимих норм ерозії для еродованих ґрунтів Криму, на підставі якого можна проектувати протиерозійні заходи та ґрунтозахисні комплекси для конкретних землекористувань;

- визначені допустимі норми ерозії для головного ряду ґрунтів Криму з урахуванням експозиції і нахилу схилу та ступеня еродованості ґрунту.

Результати досліджень використовувалися у звітах Інституту землеробства південного регіону УААН, у роботах Кримської філії Інституту Землеустрою УААН (довідка про впровадження № 106 від 03. 04. 2002 р.).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана мною у лабораторії меліоративного ґрунтознавства Інституту землеробства південного регіону, де я була здобувачем. Я узагальнила вітчизняну і закордонну літератури, фондові й архівні матеріали, виділила об'єкти для проведення ґрунтово-хронологічних досліджень, розробила методику їхнього проведення. Самостійно провела комплекс польових ґрунтово-хронологічних досліджень, процедуру математичного моделювання процесів ґрунтоутворення, розроблення таблично-аналітичного алгоритму визначення допустимих норм ерозії, картографування енергетичних витрат на ґрунтоутворення.

Апробація результатів дисертації. Головні результати наукових досліджень доповідалися на VI З'їзді географічного товариства України (м. Одеса, 1990 р.), на Міжнародній науковій конференції "Генеза, географія й екологія ґрунтів" у Львівському державному університеті ім. І. Я. Франка (м. Львів, 1999 р.), VI (1999 р.) і IX (2000 р.) наукових читаннях "Культура народів Причорномор'я з найдавніших часів і до наших днів" (м. Сімферополь), Всеукраїнській конференції "Актуальні питання сучасного природознавства" (м. Сімферополь, 2001 р.) та на II Міжнародній науковій конференції "Історична геоекологія, географія і природокористування: нові напрями і методи досліджень" (м. Санкт-Петербург, 2002 р.), на III Фальц-Файновських читаннях (м. Херсон, 2003).

Публікації. За темою дисертації опубліковано сім наукових праць: з них три статті (без співавторства) надруковані у рекомендованих ВАК України виданнях, які відображають зміст проведених досліджень.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, шести розділів та висновків, викладених на 149 сторінках друкованого тексту. Текст дисертації ілюстрованний 18 рисунками і 18 таблицями. Список використаних джерел містить 198 назв. Дисертація має також сім додатків на 10 сторінках. Загальний обсяг роботи складає 176 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі розкривається актуальність теми дисертаційного дослідження, його мета і задачі, визначається наукова новизна, теоретичне та практичне значення одержаних результатів, їхня апробація.

У першому розділі відзначається, що основним серед процесів, які обумовлюють деградацію ґрунтів регіону є ерозія. У Криму головною причиною ерозії є те, що велика частина території в даний час освоєна під сільськогосподарські угіддя, головним чином ріллю. Процеси ерозії останнім часом активізувалися, сильній ерозії піддається більш ніж 60 % розораних земель, максимальних темпів цей процес досягає в агроландшафтах гірського та передгірського Криму, що спричинено підвищеним єроозійним потенціалом схилового рельєфу та розорюванням схилових земель. В природних ландшафтах процес ерозії значною мірою компенсується процесами ґрунтоутворення. В умовах антропогенної трансформації ландшафтів ефективна боротьба з ерозією можлива тільки в тому випадку, коли сучасні темпи ерозії будуть тотожними або нижчими заздалегідь визначеного рівня - допустимої норми ерозії. Кількісній оцінці цього показника присвятили свої роботи багато вчених: М.Е. Бельгибаев, М.М. Долгилевич (1970), Н.К Шикула, А.Г. Рожков, П.С. Трегубов (1974), Е.В. Полуектов(1977), С.Ю. Булигін (1993), С.Ю.Булігин, М. Неаринг (1999), С.Г. Чорний (1997, 1999), Ф.М. Лісецький (1991, 1994, 2000). Аналіз існуючих підходів до визначення допустимих норм ерозії показує, що найобґрунтованішими рекомендаціями щодо визначення цих показників необхідно вважати ті, які спираються на швидкості формування гумусного горизонту. Для кількісної оцінки цього показника найінформативнішим і коректним є метод ґрунтово-хронологічних досліджень. Використання даних цих досліджень дозволило перейти до математичного моделювання процесів формування гумусового горизонту і швидкості ґрунтоутворення.

У другому розділі приведений алгоритм та представлена методика проведення ґрунтово-хронологічних досліджень, на основі яких були виділені ділянки досліджень, що відповідають принципам комплексності, точності та репрезентативності. При їхньому визначенні враховувалися такі обмеження: всі досліджувані ділянки повинні знаходитись в ідентичних геоморфологічних умовах, тобто охоплювати поверхні на вододілах або привододільних схилах; дослідження проводились в межах виділених ґрунтових рядів з визначеними материнськими породами; рослинність повинна бути аналогічна корінним, природним фітоценозам. Крім того об'єкт, на якому досліджується новоутворений ґрунт, повинен бути чітко датований. З огляду на вище названі обмеження, було виділено 65 ділянок для досліджень з різними ґрунтами Криму. Для встановлення точного часу початку ґрунтоутворення використовувалися літературні дані, звіти експедицій Кримської філії інституту археології НАНУ, картографічні та довідкові матеріали.

У третьому розділі відзначається, що при розробленні методики проведення польових ґрунтово-хронологічних досліджень на території Кримського півострова необхідно враховувати виключно високе розмаїття факторів ґрунтоутворення, а також значну роль антропогенного впливу на формування ґрунтів. Дослідженнями встановлені етапи трансформації ґрунтів, оцінена роль і масштаби антропогенного впливу на ґрунтовий покрив Кримського півострова на протязі його освоєння та використання.

У четвертому розділі приведені результати ґрунтово-хронологічних досліджень у Криму. Після необхідної статистичної обробки отримана вибірка часових змін потужності гумусового горизонту ґрунтів. Різновікові ґрунти були згруповані з урахуванням екологогенетичних факторів ґрунтоутворення та утворили ряди ординації літоморфних ґрунтів (Драган Н. А, 1998).

Аналітична і графічна інтерпретація результатів досліджень показала, що найточніше процес формування потужності гумусного горизонту описується експонентною кривою

(1)

де - потужність гумусового горизонту, мм;

- гранична потужність гумусового горизонту, мм;

л - ?оефіцієнт;

Т - час формування гумусового горизонту, роки.

Для чорноземів південних, темно-каштанових ґрунтів, що сформовані на лесах, лесоподібних глинах і жовто-бурих лесоподібних глинах, гранична потужність гумусового горизонту дорівнює 619,7 мм, коефіцієнт ? має значення 0,0003; длячорноземів передгірських, чорноземів карбонатних, дерново-карбонатних ґрунтів, сформованих на елювії і делювії щільних, переважно карбонатних порід, відповідно - 607,3 мм, та 0,0003; для бурих гірсько-лісових ґрунтів, сформованих на елювії і делювії щільних гірських порід - 738,8 мм, та 0,0003; для коричневих ґрунтів, сформованих тільки на елювії і делювії щільних гірських порід - 364,6 мм та 0,0007.

При вивченні особливостей морфологічної будови різновікових ґрунтів були виділені наступні морфологічні ознаки:

Ho - горизонти, що складаються з органічних залишків слабкого ступеня розкладеності;

Н - органо-мінеральні горизонти, у яких органічна речовина знаходиться в механічній суміші з материнськими породами;

Нк - те ж саме що і Н, але в якості мінеральної складової виступають карбонатні породи;

Нг - горизонти, що містять гуміфікований органічний матеріал, змішаний з мінеральною частиною ґрунту;

Hd - дернові горизонти, що містять велику кількість живих коренів рослин, а також додатковий домішок гумусового матеріалу;

Нр - перехідні горизонти;

Р - ґрунтоутворювальна гірська порода або датовані субстрати (найчастіше антропогенного походження).

Аналіз отриманого матеріалу (рис. 1) показав, що повнопрофільний ґрунт з типовими морфологічними характеристиками утворюється вже через 1000 років формування.

У п'ятому розділі досліджується зміна запасів гумусу й інших фізико-хімічних і хімічних властивостей ґрунтів у часі. З огляду на особливу роль гумусових речовин в родючості ґрунтів, вивчена зміна запасів гумусу в часі, залежно від потужності гумусового горизонту в досліджуваних ґрунтах. Попередньо перевівши абсолютні показники потужності гумусного горизонту і запаси гумусу в сформованому шарі у відносні величини, побудовано графік зміни запасів гумусу і потужності гумусового горизонту в ґрунтах Криму

В якості максимальних запасів гумусу і потужності гумусового горизонту для різних ґрунтів приймалися літературні дані і розрахункові значення граничної потужності гумусового горизонту. Графічна інтерпретація зміни гумусу в часі показує, що запаси гумусу ростуть практично пропорційно збільшенню потужності гумусного горизонту. Але на перших етапах ґрунтоутворення (до 100 років) вміст гумусу непропорційно великий, що пояснюється наявністю у вихідному субстраті, на якому утворюється ґрунт невеликого вмісту органічної речовини. Потім у фазі швидкого росту гумусного горизонту (100-1500 років) темп гумусоутворення практично пропорційний швидкості формування гумусового горизонту (Н) і, нарешті, у фазі ґрунтового клімаксу (> 1500 років) швидкості як гумусоутворення, так і формування ґрунтового профілю різко зменшуються.

Дослідження інших фізико-хімічних і хімічних властивостей ґрунтів показало, що вони не мають чіткої часової залежності, однак на перших етапах формування залежать від властивостей вихідних ґрунтоутворювальних порід. З часом ця залежність зменшується.

У шостому розділі відображається підхід до визначення швидкостей ґрунтоутворення (утворення гумусового горизонту) як критеріїв протиерозійної облаштованості агроландшафтів. При тривалому використанні ерозійно-небезпечних земель ґрунти можуть досягти оптимальної родючості тільки тоді, коли в результаті комплексу заходів буде спостерігатися автохтонний тренд ґрунтоутворення (утворення гумусового горизонту), що характеризується потенційним досягненням ґрунтом клімаксу (квазіклімаксу), тобто ситуації квазірівноваги із середовищем. За таких умов швидкість ґрунтоутворення (утворення гумусового горизонту) повинна бути завжди не меншою швидкості ерозії. Згідно з теоретичними розробоками (Smith R. M., Stamey W. L., 1965; Каштанов А.Н., Лісецький Ф. М., Швебс Г. І., 1994, Чорний С.Г., 1996):

(2)

де F(x,y) - вихідний стан ґрунтової родючості в точці агроландшафту (x,y);

G(x,y,t) W(x,y,t) - функції, що описують, відповідно, швидкість ґрунтоутворення і денудації у цій точці.

Показником ґрунтової родючості при розробленні критеріїв ґрунтозахисних агроландшафтів в ерозійно- і дефляційнонебезпечних ландшафтах є потужність гумусного горизонту (Н+Нр).

У сучасних умовах реальне визначення швидкості ґрунтоутворення на схилових землях можливе лише на підставі розрахунків темпу природного ґрунтоутворення з використанням методів математичного моделювання за аналогією.

Диференціювання моделі формування гумусового горизонту ґрунтів у часі (формула 1) по dt =1 і деякі перетворення дозволили перейти до математичних моделей швидкостей природного ґрунтоутворення для плакорних ґрунтів Криму:

, при Н ? Н(гр), (3)

де G - швидкість ґрунтоутворення в (т/га) при щільності ґрунту 1,2 г/см 3:

r - параметр, що дорівнює швидкості стартового ґрунтоутворення при Н = 0.

Для чорноземів південних і темно-каштанових ґрунтів параметр r дорівнює 3,00 мм / рік; для дерново-карбонатних ґрунтів, чорноземів передгірських, чорноземів карбонатних - 2,16; для бурих гірсько-лісових і коричневих ґрунтів, відповідно, 2,64 та 3,12. Значення граничної потужності гумусового горизонту визначенні в моделях формування потужності гумусового горизонту.

Гідротермічні умови ґрунтоутворення на схилі відрізняються від плакорних ділянок. Для характеристики цих умов найбільш прийнятна є величина енергетичних витрат на ґрунтоутворення Q (по В.Р. Волобуєву), в розрахункову формулу якої внесені додаткові поправки, що характеризують цю величину на мікрокліматичному рівні та дають змогу її визначення для схилових земель.

Відмінність гідротермічних умов ґрунтоутворення для плакорних та схилових ділянок можливо визначити як відношення:

(4)

де: G - швидкості ґрунтоутворення (с- на схилі, п- на плакорі)(мм/рік);

Q - енергетичні витрати на ґрунтоутворення (с - на схилі, п - на плакорі), (ккал/см 2).

Виходячи з формули (4) швидкість ґрунтоутворення (утворення гумусового горизонту) для схилових ґрунтів дорівнюватиме:

Gс=Gп·(41,87 R·kr·exp(-18,8 ((R·kr)0,73)/Р 0·k0))/Qп. (5)

де R - радіаційний баланс (ккал/см 2 рік);

kr, k0 - поправки на мікрокліматичні умови схилів;

Р 0 - кількість опадів (мм/рік).

Для характеристики величини енергетичних витрат на ґрунтоутворення для плакорних ґрунтів на території Кримського півострова створена відповідна карта.

З урахуванням поправок на мікрокліматичні особливості схилів розраховані величини швидкостей ґрунтоутворення (табл.1) для вище названих ґрунтів на схилах різних похилів та експозиції.

Таблиця 1 Швидкості утворення гумусового горизонту для ґрунтів Криму (т / га, при щільності ґрунту 1,2 г / см 3)

№	Ґрунти	Еродованість	Північна експозиція	Південна експозиція	Східна/Західна експозиція
			Похил (град.)	Похил (град.)	Похил (град.)
			0-8	9-12	13-20	0-8	9-12	13-20	0-8	9-12	13-20
1.	Чорноземи південні, темно-каштанові ґрунти	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
		2	0,9	0,9	0,8	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
		3	1,5	1,4	1,3	1,4	1,5	1,5	1,5	1,5	1,4
		4	2,3	2,2	2,1	2,2	2,2	2,3	2,3	2,3	2,2
2.	Чорноземи перед-гірські, чорноземи карбонатні, дерново-карбонатні	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
		2	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7
		3	1,2	1,1	1,0	1,1	1,1	1,1	1,2	1,2	1,1
		4	1,7	1,6	1,5	1,6	1,7	1,7	1,7	1,7	1,6
3.	Бурі гірсько-лісові	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
		2	0,8	0,8	1,2	0,8	0,8	0,9	0,8	0,8	0,8
		3	1,4	1,3	1,2	1,4	1,4	1,4	1,4	1,4	1,3
		4	1,9	1,8	1,7	1,9	1,9	1,9	1,9	1,9	1,8
4.	Коричневі ґрунти	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
		2	1,0	1,0	0,9	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
		3	1,8	1,7	1,6	1,8	1,9	1,9	1,8	1,8	1,8
		4	2,5	2,4	2,2	2,5	2,5	2,6	2,5	2,5	2,5

Згідно з сучасними класифікаціями еродованості ґрунтів, до слабоеродованих були віднесені ґрунти зі змитим на 30% гумусовим горизонтом (Н+Нр) порівнянно з повнопрофільними ґрунтами; у середньоеродованих ґрунтів змитими є 50% профілю ґрунту. У сильноеродованих - змито 70% потужності гумусового горизонту. За потужність повнопрофі-льних ґрунтів прийнята гранична потужність гумусового горизонту ґрунтів (Нгр), отримана за результатами математичного моделювання процесу ґрунтоутворення на території Кримського півострова.

Величина швидкості ґрунтоутворення, згідно з (3-5), досить легко картується на рівні конкретних водозборів. В дисертації наведено приклад карти швидкостей ґрунтоутворення, що були виконані для фрагменту водозбору, розташованого на північному сході від с. Первомайське Сімферопольського району АР Крим.

Розрахунки для цього водозбору, а також аналіз літературних даних показали, що сучасні темпи ерозії у Криму в десятки, а інколи і в сотні раз більші, ніж швидкість утворення гумусового горизонту. Якщо темп утворення горизонту H+Hp в сучасних схилових агроландшафтах Кримського півострова не перевищує 0.1-2.3 т/га, то щорічна величина ерозійних втрат грунту дорівнює 7 - 40 т/га.

Математичні моделі разом з таблицями та розробленими номограмами для визначення швидкостей ґрунтоутворення складають єдиний графічно-табличний алгоритм визначення допустимих норм ерозії для ґрунтів Кримського півострова. Саме ця методика була предметом впровадження у роботу Кримської філії Інституту Землеустрою УААН.

Висновки

1. Наукові дослідження проведенні із застосуванням наступних методів: порівняльно-географічного, порівняльно-історичного, археологічного, генетико-еволюційного, картографічного методів та методів математичного моделювання процесів ґрунтоутворення.

2. Проведеними дослідженнями встановлено: що процесами прискореної (антропогенної) ерозії ґрунтів у Криму уражено 1117,2 тис га (63% площі всіх агроландшафтів). З них 823,2 тис га (74%) є орними землями. Коефіцієнт еродованості сільськогосподарських угідь змінюється в межах від 0,2 в степових районах до 0,5 в передгірському та гірському Криму;

3. Виконаними дослідженнями переконливо доведено, що оптимізація землекористування можлива лише на основі підтримки позитивного або нульового балансу між швидкостями утворення гумусового горизонту (допустимими нормами ерозії) і темпами ерозії.

4. Встановлено, що при кількісній оцінці швидкостей ґрунтоутворення найточніші результати дає метод, заснований на оцінці темпу формування гумусового горизонту (Н+Нр). Результати проведених ґрунтово-хронологічних досліджень дали змогу моделювати за принципом аналогії ґрунтоутворення еродованих ґрунтів у сучасних агроландшафтах.

5. Кількісні показники зміни потужності гумусового горизонту в часі, отримані у ході польових досліджень, для чотирьох виділених рядів ґрунтів Криму показують, що при апроксимації інформації про потужність гумусового горизонту експонентною кривою найбільш високі темпи ґрунтоутворення спостерігаються на перших етапах формування профілю, а через 1000-2500 років його швидкість різко зменшується. Повнопрофільний ґрунт з типовими морфологічними характеристиками, формується вже через 1000 років.

6. Встановлено, що запаси гумусу в горизонтах Н+Нр на початку ґрунтоутворення зростають, пропорційно збільшенню потужності гумусового горизонту. Однак на перших етапах утворення профілю (до 100 років) запаси гумусу в чотирьох рядах ґрунтів Криму непропорційно великі, що пов'язано з наявністю підвищеного вмісту органічної речовини у вихідній породі.

7. Обґрунтовані нами математичні моделі зміни потужності гумусового горизонту дали змогу одержати залежності для оцінки швидкостей утворення горизонтів H+Hp. Для урахування впливу експозиції і крутизни схилу на процес ґрунтоутворення рекомендовані відповідні поправки, які адекватні змінам енергетичних затрат на ґрунтоутворення.

8. Складена карта показника енергетичних затрат на ґрунтоутворення, для Кримського півострова, що дало змогу виявити певні географічні закономірності поширення цього показника на території Кримського півострова. Встановлено, що його максимальні значення спостерігаються в передгірських районах, а також на південному узбережжі Криму (Q>1200 МДж/см 2 у рік). Мінімальні значення приуроченні до найбільш посушливих районів північної частини Криму та окремих частинах Керченського півострова, а також до крайніх південно-східних і крайніх південно-західних районів узбережжя Криму (Q< 1000 МДж/см 2 у рік). Такий розподіл пояснюється впливом зонально-азонального розподілу опадів, температури повітря, надходження сонячної радіації та пов'язаною з цими чинниками біопродуктивністю ґрунтів.

9. Виконані на основі запропонованих нами моделей ґрунтоутворення розрахунки показують, що за інших рівних умов у посушливих районах з темно-каштановими ґрунтами і чорноземами південними, вищі швидкості утворення гумусного горизонту 0,8-2,1 т/га спостерігаються на еродованих ґрунтах вологішої північної експозиції. У передгірських і гірських районах і на південному узбережжі Криму, де випадає значна кількість опадів, обмежуючим фактором ґрунтоутворення виступає кількість сонячної радіації, тому найбільші швидкості утворення гумусного горизонту спостерігаються на схилах південної експозиції 1,0-2,6 т/га. Найбільш рельєфно ці закономірності виявляються на крутих схилах.

10. На підставі запропонованого нами таблично-графічного алгоритму розрахунку швидкостей утворення гумусового горизонту (допустимих норм ерозії) і методики картографування цього показника та переходу від отриманих значень до умов сучасних схилових агроландшафтів, можна оцінити допустимі норми ерозії практично для будь-якого агроландшафту Криму.

11. Розрахунки величини допустимих норм ерозії на конкретних ділянках схилу показали, що вони становлять 0,1-0,2 т/га, що є набагато нижче сучасних темпів ерозії ґрунтів від 7,2 до 40 т/га і свідчить про прискорену деградацію ґрунтового покриву в Криму та високий ризик втрати родючості і втрати ними своєї природної біопродуктивності.

12. Для виходу з кризової ситуації нами запропонована система ґрунтозахисних заходів, яка охоплює: зміну сівооборотів на ерозійно небезпечних ділянках в бік посилення участі багаторічних трав та зрошення.

Список публікацій за темою дисертації

1. Бизов О.О., Лiсецький Ф. М., Єргіна О. І. Вплив тривалого сiльскогосподарського використання земель на ландшафти сухого Степу Причорномор'я. Сучаснi географiчнi проблеми Української РСР: Тези доповідей VI з'їзду географiчного товариства УРСР. - Київ, 1990. - С. 289-290 (внесок автора становить 30%).

2. Ергина Е.И. Формирование гумусового горизонта почв Южного Берега Крыма // Культура Народов Причерноморья. - 1999. - № 6. - С. 44-49.

3. Ергина Е.И. Оценка скорости формирования почв южнобережной части Горного Крыма / Генеза, географiя та екологiя ґрунтiв: Збірник наукових праць Міжнародної конференцiї. - Львiв, 1999. - С. 118-120.

4. Ергина Е.И. Модель развития почв во времени // Культура Народов Причерноморья. - 2001 - №17. - С. 18-22.

5. Ергина Е. И Исследование интенсивности процесса почвообразования в Крыму // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадського. Серия "География". - Т.14. - № 1(2001). - С. 47-52.

6. Ергина Е. И Историко-географические исследования в Крыму / Материалы II Международной научной конференции. - Санкт-Петербург, 2002. - С. 95-96.

7. Чорний С.Г., Єргіна О. І. Методика визначення допустимих норм ерозії для агроландшафтів Криму // Збірник наукових праць "Фальцфейновські читання". - Херсон, 2003. - С. 371-375 (внесок автора становить 50%).

Размещено на Allbest.ru

...