Особенности развития и проявления современных эрозионных процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Типы и виды эрозии почв. Формы проявления водной эрозии

2. Факторы, определяющие развитие эрозионных процессов

3. Методы учета водной эрозии почвы

Список использованной литературы

Введение

Издавна бедой для земледельца была и все еще остается эрозия почв. Современной науке удалось в определенной мере установить закономерности возникновения этого грозного явления, наметить и осуществить ряд практических мер по борьбе с ним.

Слово «эрозия» происходит от латинского erosio, что означает «разъедать», «выгладывать» или «выгрызать». В зависимости от факторов, обусловливающих развитие эрозии, выделяют два основных ее типа -- водную и ветровую. В свою очередь, водная эрозия подразделяется на поверхностную (плоскостную) и линейную (овражную)-- размыв почвы и подпочвы.

Скорость эрозии превышает скорость естественного формирования и восстановления почвы.

По оценкам научных учреждений, почвы сельскохозяйственных угодий России ежегодно теряют около 1,5 млрд. т плодородного слоя вследствие проявления эрозии. Годовой прирост площади эродированных почв составляет 0,4-1,5 млн. га, оврагов -- 80-100 тыс. га. Загрязнения водоемов продуктами водной эрозии по своим отрицательным последствиям не уступают воздействию сброса загрязненных промышленных стоков. Снижение урожая на эродированных почвах составляет 36--47%.

Причиной снижения биопродуктивности почв сельхозугодий является уменьшение запасов гумуса. Ежегодные его потери составляют в среднем 0,62 т/га.

Согласно прогнозу Института наблюдений за состоянием мира (Нью-Йорк), при существующих темпах эрозии и обезлесения к 2330 г. плодородной земли на планете станет меньше на 960 млрд. т, а лесов -- на 440 млн. га.

1. Типы и виды эрозии почв. Формы проявления водной эрозии

Особенности развития и проявления современных эрозионных процессов дают возможность выделить нормальную и ускоренную эрозию почвы. Нормальная эрозия протекает очень медленно, а поэтому незначительные потери верхних слоев почвы от выдувания и смыва восстанавливаются в ходе почвообразовательного процесса. Такая эрозия имеет место на почвах, поверхность которых не затронута хозяйственной деятельностью. Нормальную эрозию называют геологической.

Ускоренная эрозия почвы имеет место в районах, где нерациональная хозяйственная деятельность человека активизирует естественные эрозионные процессы, доводя их до разрушительной стадии. Ускоренная эрозия является следствием интенсивного использования земли без соблюдения противоэрозионных мероприятий (распашка склонов, сплошная вырубка лесов, нерациональное освоение девственных степей, неурегулированный выпас скота, приводящий к уничтожению естественной травянистой растительности).

Водную эрозию почвы подразделяют на смыв почв (плоскостная эрозия) и овражную (линейную). Микрорельеф почвы не бывает идеально ровным. В связи с этим поверхностный сток атмосферных вод осуществляется струйками и ручейками различной величины. Концентрированные потоки талой, ливневой и дождевой воды создают промоины и водоройны, чаще небольших размеров. За год поле теряет из верхнего горизонта 6-12 т/га материала, а в отдельных случаях, при сильных ливнях, с гектара смывается до 200 т наиболее плодородной почвы. При этом почвы на поле, покрытом растительностью, смываются в меньшей степени, чем обнаженном.

Каждую весну с таянием снегов сначала маленькие ручейки, а затем и шумные потоки устремляются по склонам в низины, смывая и унося с собой оттаявшую почву. При бурном снеготаянии в почве появляются промоины -- начало процесса образования оврагов.

Овраги, веером расходясь от центрального «стержня» -- балки, разрушают поля, луга, перерезают дороги. Нередко длина балки достигает десятков километров, а оврагов -- нескольких километров. Вовремя не остановленный овраг растет вглубь и вширь, захватывая все больше и больше плодородной земли.

Чаще всего овраги зарождаются на склоновых пастбищах с сильно изреженным травостоем. Однако там, где хорошо развит травостой, даже на очень крутых склонах новые овраги, как правило, не образуются. К тому же создание хорошего растительного покрова способствует резкому повышению продуктивности всех земель.

Таким образом, с распаханных площадей, расположенных на склонах, вследствие неурегулированного поверхностного стока наблюдается удаление плодородного слоя почвы. Этот малозаметный, но наиболее опасный и вредный процесс носит название смыв почв (плоскостная эрозия). На крутых и длинных склонах сток может привести к образованию крупных струйчатых и ручейковых размывов, с которыми уже нельзя бороться обычной обработкой почвы. Это так называемый струйчатый смыв почв. В этом случае образовавшиеся размывы необходимо специально заравнивать, так как в противном случае они в дальнейшем перерастут в овраги.

2. Факторы, определяющие развитие эрозионных процессов

Факторы, влияющие на возникновение и интенсивность эрозионных процессов, делятся на две группы: на природные и антропогенные (социально-экономические), связанные с хозяйственной деятельностью человека. Современная эрозия, как правило, проявляется при сочетании обеих групп факторов. Природные факторы создают условия для проявления эрозии, а нерациональная производственная деятельность человека является основной причиной, вызывающей водную и ветровую эрозию.

К природным факторам водной эрозии относятся: климат, рельеф, почвы, растительность.

Климатические факторы. Водная эрозия вызывается поверхностным стоком, поэтому важнейшими климатическими факторами, определяющими эрозионную опасность земель, являются дождевые осадки, а также режим снегоотложения и снеготаяния. Ведущая роль принадлежит осадкам, которые формируют поверхностный сток. Другие климатические факторы (температура, влажность воздуха, ветер) имеют косвенное значение.

Формирование стока и развитие эрозии в большей мере определяются интенсивностью осадков, т. е. количеством воды (мм), выпадающим в единицу времени (мин). Поверхностный сток проявляется тогда, когда при интенсивных и продолжительных ливнях почва не может поглотить воду. Сток от талых вод возникает при активном снеготаянии и слабой водопоглощающей способности почв.

Чем интенсивнее ливни, тем сильнее выражены процессы эрозии. Наблюдениями установлено, что при дождях со слоем 5-8 мм, но большой интенсивности, и особенно при выпадении их на переувлажненную почву, может возникнуть эрозия.

Усиление эрозии при интенсивных ливнях связано также с увеличением размера капель дождя, которые сильнее разрушают комочки почвы и, уплотняя ее, снижают водопроницаемость.

Эрозия почв, вызванная стоком талых вод, зависит от мощности снежного покрова, глубины промерзания почвы и интенсивности снеготаяния. При этом большой снежный покров не всегда ведет к увеличению эрозии. Дело в том, что мощный покров предохраняет почву от глубинного промерзания, способствует оттаиванию ее из-за поступления тепла из нижних слоев почвы. Талая почва лучше поглощает влагу, в результате уменьшается поверхностный сток. Бывает и так, что при сравнительно небольшом снежном покрове сток больше, чем при большом.

Это связано с глубоким промерзанием почвы. Оттаявший верхний слой почвы, перенасыщенный влагой, при интенсивном снеготаянии легко поддается смыву потоками воды.

Большое влияние на эрозию почв в период снеготаяния оказывает температурный режим. При быстром снеготаянии, даже при малом запасе снега, создаются условия для формирования большого стока. Для оценки эрозионной обстановки пользуются величиной гидротермического коэффициента, характеризующего влагообеспеченность растений в вегетационный период. В регионах с продолжительным вегетационным периодом создаются лучшие условия для защиты почв растительным покровом.

При большом гидротермическом коэффициенте в связи с высокой почвозащитной способностью растений эрозионная опасность снижается.

На интенсивность эрозии влияют влажность воздуха и ветры. Они определяют разный расход почвенной влаги на испарение. Это создает различные условия для формирования поверхностного стока. В зависимости от силы ветра и его направления происходит перераспределение на территории снежного покрова. Мощность снежного покрова на наветренных склонах часто на 30-50 % меньше, чем на подветренных. На элементах гидрографической сети (в балках, оврагах, ложбинах) снега бывает намного больше, чем на склонах. А это приводит к неравномерному промерзанию почвы, разному объему стока талых вод.

Рельеф местности. Он является важнейшим фактором водной эрозии. Назовем его основные элементы. Линия, соединяющая наиболее высокие точки, называется водораздельной линией, или водоразделом. Водораздельная линия ограничивает определенную территорию, с которой вода стекает в понижения. Такую территорию называют водосборной площадью, или водосбором.

Принято выделять положительные (выпуклые) и отрицательные (вогнутые) элементы рельефа. Сеть вогнутых элементов рельефа, или понижений, по которым происходит сток поверхностных вод, называют гидрографической сетью. Различают древние и современные звенья гидрографической сети. К древним относят ложбины, лощины, балки, долины; к современным промоины и овраги. Древняя гидрографическая сеть в верхних концевых частях начинается ложбиной.

Ложбина - это линейная форма рельефа древнего эрозионного происхождения с пологими склонами и невыраженными бровками глубиной до 1 м. Площадь водосбора - до 50 га. Берега распахивают. Ложбина, равномерно углубляясь и расширяясь, перерастает в следующее звено сети - лощину.

Лощина имеет ясно выраженное дно, более высокие и крутые берега. Глубина до 8-10 м. Площадь водосбора до 500 га. Включает несколько водосборов ложбин. Лощина по мере движения вниз по склону расширяется, углубляется и впадает в балку или сама становится балкой.

Балка также представляет собой линейную форму рельефа древнего эрозионного происхождения с выраженными бровками, широким днищем. Крутизна берега - 10-15° и более. Ширина балок - 200-300 м и более, глубина - до 15-20 м. Площадь водосбора - до 3000 га. Постоянно расширяясь и углубляясь, балки впадают в долину реки.

Промоины и овраги тесно связаны с древней сетью, и они входят в общую гидрографическую сеть. В зависимости от места расположения относительно древней сети различают овраги: склоновые, вершинные, береговые и донные.

Для эрозионной характеристики местности пользуются коэффициентом расчлененности территории, который определяется делением суммы длин всех звеньев гидрографической сети (км) на площадь соответствующего водосбора (км2). Существует зависимость между коэффициентом расчлененности территории и площадью смытых почв. Важнейшими характеристиками рельефа, от которых зависит эрозия почв, являются крутизна, длина, форма и экспозиция склонов.

Сток формируется тогда, когда есть уклон поверхности. Поэтому крутизна склона является важнейшим показателем рельефа. Пороговая величина крутизны, при которой начинается эрозия, может быть весьма различной, что зависит от других сопутствующих факторов.

Крутизну склонов выражают в градусах, процентах. С увеличением крутизны смыв почвы увеличивается, однако степень его возрастания зависит от разнообразного сочетания многих факторов (количества и интенсивности осадков, характера и состояния почвенного и растительного покрова, агротехники возделывания культур и др.).

Большое влияние на проявление эрозии оказывает длина склона. Чем длиннее склон, тем больше объем поверхностного стока, скорость течения и высота слоя воды. Влияние длины склона на смыв почвы зависит от многих факторов, и оно проявляется по-разному.

Интенсивность эрозии почв зависит от формы склона, от его продольного и поперечного профилей. Профили склона, как в продольном, так и поперечном направлениях бывают прямые, выпуклые и вогнутые.

Важным фактором эрозии является экспозиция склонов. В отличие от крутизны, длины и формы профиля склонов влияние экспозиции на эрозию проявляется опосредованно в связи с различиями микроклимата, почв и растительности на склонах разных экспозиций. Наибольшее ее влияние на эрозию от стока талых вод.

Почвы. Основными факторами, определяющими противоэрозионную устойчивость почв, являются водопроницаемость почв, от которой зависит та или другая интенсивность формирования стока; противоэрозионная устойчивость почв, от которой зависит способность противостоять размывающему действию стока ливневых и талых вод; уровень плодородия почв, от которого зависят состояние и почвозащитная способность растительного покрова.

Водопроницаемость почв определяется такими их свойствами, как механический состав, структурность, плотность и влажность. Механический состав почв характеризуется содержанием в них частиц различной величины. При повышенном количестве мелких частиц смыв почвы усиливается, при крупных частицах - уменьшается. Высокой водопроницаемостью обладают пески, супеси, хорошо структурные суглинки и глины, а также глубоковспаханные, не перенасыщенные водой почвы. В большей степени поддаются смыву суглинистые и глинистые бесструктурные почвы. Они плохо пропускают воду, легко заплывают, образуя корку. С таких почв стекает до 70 % дождевой и до 90-100% талой воды.

Противоэрозионная устойчивость зависит от механического и химического состава, физико-химических свойств, физического состояния почв. Чем больше в почве илистой фракции, гумуса, кальция, тем устойчивее она к смыву. А при повышенной пылеватой и мелкопесчаной фракции с пониженным количеством гумуса податливость почв к смыву возрастает. Установлена сравнительная устойчивость к смыву разных почв. Например, черноземы по степени снижения противоэрозионной устойчивости образуют следующий ряд: черноземы типичные, черноземы выщелоченные, черноземы оподзоленные, черноземы обыкновенные, черноземы карбонатные, черноземы южные.

Смытые почвы по сравнению с несмытыми одного и того же типа менее устойчивы к разрушающему действию потока воды. При этом разница в устойчивости несмытых и смытых может быть значительно большей, чем между разными генетическими типами почв. Однако такая закономерность характерна не для всех почв. Исключение составляют подзолы и дерново-подзолистые почвы, что связано с большим содержанием кремнезема в элювиальном горизонте.

Структурность почвы и наличие высокого удельного веса гумуса всегда повышают противоэрозионную устойчивость. Крупные водопрочные агрегаты, характерные для структурных почв, труднее поддаются смыву, так как чем крупнее частицы, тем они тяжелее и тем большая скорость текущей воды нужна для их передвижения.

При увеличении влажности почв смыв возрастает. При изменении влажности верхнего десятисантиметрового слоя почвы с 16,8 до 35,5 % и интенсивности дождя 2 мм/мин на склоне крутизной 10° смыв увеличился в 1,43 раза, а сток возрос в 2 раза и составил 84,3 % выпавших осадков.

Рыхление почвы и уменьшение ее плотности ведут к ослаблению стока вследствие увеличения инфильтрации и влагоемкости почвы и, следовательно, к ослаблению смыва.

Растительность всех видов является мощным противоэрозионным фактором. Степень влияния растительного покрова зависит от вида в состояния растительности: чем она лучше развита и больше ее густота, тем значительнее почвозащитная и водорегулирующая роль растительности.

Противоэрозионная роль растительности многообразна. Она проявляется в уменьшении ударной силы капель дождя и, следовательно, предохраняет от разрушения агрегаты почвы, так как большая часть осадков сначала попадает на поверхность растений, а затем стекает на почву. Некоторое количество осадков задерживается надземной частью растений, не достигает земли и поэтому не участвует в формирования поверхностного стока. Наблюдения показали, что культурные растения способны задержать до 11 % атмосферных осадков, а древесная растительность 30%.

Растительность хорошо скрепляет своими корнями почву и создает повышенную шероховатость, что препятствует стеканию поверхностных вод и создает условия для поглощения их почвой.

Степень сопротивления почв смыву зависит от вида растительности, мочковатости, мощности и разветвленности корневой системы.

После отмирания корней в почве сохраняются их ходы, значительно увеличивая этим пористость почвы и ее водопроницаемость. Водопроницаемость почвы особенно сильно выражена под лесной растительностью. Под действием корней почва обогащается органическим веществом и становится более структурной, водопрочность почвенных агрегатов повышается.

При выпадении снега растительность способствует его задержанию и равномерному распределению по поверхности полей, а это уменьшает глубину промерзания почвы. Весной растения препятствуют интенсивному таянию снега и тем самым ослабляют эрозию. Известное значение растительность имеет и в уменьшении избыточного испарения и иссушения почвы, делая ее более устойчивой против эрозии.

3. Методы учета водной эрозии почвы

Количественно учитывать смыв почвы можно трем методами: 1) определением объема струйчатых размывов, 2) стоковых площадок, 3) малых водосборных бассейнов.

Учет смыва почвы по первому методу проводится замером объемов струйчатых размывов, образовавшихся после весеннего снеготаяния или ливневых дождей. Для этого на изучаемых участках закладывают при помощи нивелира или эклиметра профили вдоль склонов под прямым углом к горизонталям. По этим профилям закладывают учетные площадки длиной 25-100 м и шириной 1 м. длинную сторону площадок располагают вдоль горизонталей, то есть перпендикулярно к направлению профиля. На участках с небольшими уклонами расстояние между учетными площадками колеблется от 50 до 100 м, на крутых участках и перегибах склонов - 20-25 м. Если склон однороден, расстояние может быть увеличено до 150-200 м. Учетными площадками необходимо охватить все характерные участки склона. грунт эрозийный водный почвенный

На учетных площадках линейкой с делениями измеряют с возможно большей точностью глубину и ширину струйчатых размывов, а также отложений продуктов эрозии. Полученные данные в виде дроби записывают на адресе площадки, в числителе указывают глубину промоин или мощность наносов, в знаменателе -- ширину промоин или наносов.

Полевые материалы обрабатывают, вычисляя объем промоин (наносов) по каждой учетной площадке.

Распространение смыва должно быть показано на плане хозяйства, для чего на плане в горизонталях наносят сеть профилей с данными о смыве по учетным площадкам. Затем точки с одинаковым смывом соединяют изолиниями, в результате чего выделяются контуры участков разной степени эродированности.

Учет количества смытой почвы по замеру струйчатых размывов является приближенным. Ошибка может быть как в сторону уменьшения, так и в сторону завышения количества смытой почвы.

Более точные данные о смыве почвы можно получить при использовании стоковых площадок (размером 100-6000 м2), устраиваемых на склонах в виде полос различной длины и ширины. Длинные стороны площадок закладывают вдоль склона, а короткие -- поперек. Площадки изолируют от других частей склона земляными валиками, досками или бетонными плитами, поставленными на ребро; в нижней части площадки устанавливают лоток, направляющий сток в отстойники и специальные делители потока. Делительный лоток автоматически отводит строго определенную часть потока со взвешенными частицами почвы в специальный сосуд.

Учет смытого со стоковой площадки материала определяется взвешиванием отложений, образовавшихся в отстойнике и в пробах, отобранных делительным лотком.

Метод стоковых площадок дает хорошие результаты при длительных стационарных исследованиях. Существенным недостатком его является дороговизна и некоторая сложность в устройстве площадок.

Для изучения смыва почвы можно применять временные стоковые площадки, которые устраивают на полях на определенный период и после проведения наблюдений ликвидируют.

Учет снесенного с поверхности почвы мелкозема иногда проводится по отдельным небольшим водосборным бассейнам (водосборным логам). Твердый сток при этом методе учитывают отбором проб на мутность в устьевой части водосбора. Эти исследования дают средние данные для водосбора в целом. Недостаток метода -- неполный учет смытой почвы вследствие частичного отложения ее на водосборе выше водомерного пункта.

Учет роста вершин оврагов проводится установкой ряда постоянных реперов, на основе которых делают повторные вертикальные и горизонтальные съемки. Сопоставляя материалы съемок, сделанных в разное время, можно вычислить прирост оврагов по длине и ширине и объем вынесенной из оврага земли.

Рост оврагов определяют также по материалам повторных аэросъемок в масштабе 1 : 10 000 или 1 : 20 000, проведенным в разное время с возможно большим разрывом между съемкой. Снимок, сделанный раньше, увеличивают через проектор в 4-5 раз и на миллиметровку наносят контуры оврага. Затем на полученный контур наносят увеличенный в такое же число раз контур того же оврага, но взятый с более позднего снимка. Приведение обоих снимков к одному масштабу достигается совмещением по их увеличенным проекциям трех твердо фиксированных на местности предметов. Сравнивая полученные контуры, можно судить о степени роста оврага и площади, разрушенной линейной эрозией, а зная изменения глубины оврага, можно подсчитать объем земли, вынесенной потоками.

Список использованной литературы

1. Заславский М. Н. /Эрозия почв/ М. Н. Заславский. - М.: Мысль, 1979. 245 с

2. Каштанов А. Н. /Защита почв от ветровой и водной эрозии/ А. Н. Каштанов. - М.: Россельхозиздат, 1974. - 206 с.

3. Котлярова О. Г. / ландшафтная система земледелия Центрально-Черноземной зоны/ О. Г. Котлярова. - Издательство Белгородской ГСХА, 1995. - 294 с.

4. Кузнецов М. С. /Эрозия и охрана почв/ М. С. Кузнецов, Г. П. Глазунов. - М.: Изд-во МГУ, 1996. - 335 с.

Размещено на Allbest.ru