Методы изучения деградации почв
Лекция 4
Тема: Методы изучения деградации (эрозии) почв
Изучаемые вопросы:
1. Натурные методы исследования.
2. Моделирование эрозии.
Для изучения влияния отдельных факторов и их сочетаний на проявление эрозии оценки интенсивности эрозии, эффективности различных противоэрозионных мероприятий применяются различные методы полевых и лабораторных исследований.
Методы изучения эрозии можно разделить на натурные исследования и моделирование эрозии в поле и на лабораторных установках.
1. Натурные методы исследования.
Рекомендуемые материалы
Учет эрозии по замеру объема струйчатых размывов.
Этим методом определяю объем смытой почвы за период стока талых вод, после выпадения одного или нескольких ливней (Соболев, 1945). После стока талых вод или выпадения ливня поперек склона – перпендикулярно линии стока – на протяжении, например, 100 м вдоль протянутой мерной ленты замеряется ширина и глубина всех образовавшихся струйчатых размывов и затем высчитывается их суммарное сечение.
Применяя данный метод можно получить разные величины смыва почвы на том или ином склоне. Объясняется это несколькими причинами. Во-первых, это зависит от количества профилей, по которым учитывались струйчатые размывы. Так, если на склоне длиной 250 м будет заложено 10 профилей, то мы получим один объем смытой почвы, а если 20 то другой. При этом разница может составлять 20, 40% и более. Во-вторых, при замере объема струйчатых размывов в значительной мере проявляется субъективный фактор. Как показывает опыт, разница в замерах объема струйчатых размывов, выполненных разными исследователями, иногда достигает 20–30%. Связано это с разной точностью замера сечений струйчатых размывов и степенью учета мельчайших размывов и намывов. В-третьих, замеряя сечения струйчатых размывов через 10 или 20 м, мы как бы предполагаем прямолинейное расположение струйчатых размывов вниз по склону, хотя в действительности оно извилистое. Поэтому иногда рекомендуется подсчет смытой почвы проводить с учетом коэффициента на извилистость струйчатых размывов.
Значение этого коэффициента в зависимости от крутизны, длины склона, а также от других факторов может колебаться от 1,1 до 1,4. В-четвертых, при подсчете объема струйчатых размывов условно принимается их прямоугольное сечение, хотя в действительности они имеют самые разнообразные формы: прямоугольные, треугольные, трапецевидные и др.
Возникают сложности при использовании описанного метода на полях, где почва перед стоком алых вод была обработана вдоль склона. В этом случае трудно установить количество почвы, снесенной по бороздам при струйчатом стоке осадков.
В то же время метод учета струйчатых размывов позволяет без сложного оборудования на любом участке поля в первом приближении определить смыв почвы от стока талых вод, выпадения одного или нескольких ливней на различном агрофоне.
Метод шпилек.
Для оценки интенсивности многолетней поверхностной эрозии используют метод шпилек (Белян, Роменский, 1954), основанный на замере изменения уровня поверхности почвы в результате эрозии. Этот метод применяется не только на малых площадках, но и для оценки интенсивности эрозии по всему склону. По продольному профилю склона закладывается ряд реперов, по которым ведут замеры изменения уровня почвы.
Метод микронивелирования.
На исследуемой площадке размещаются опорные реперы, на которые в процессе измерения опирается жестокая дюралевая балка двутаврового сечения длиной 150 см. На балке помещается подвижная тележка с установленным на ней шпиценмасштабом. Вертикальные промеры проводятся через 2 см.
Метод короткодистанционной стереофотометрической съемки.
Для детального изучения закономерностей и интенсивности эрозии на небольших площадках применяется метод короткодистанционной стереофотометрической съемки, который позволяет точно определить объем смытой и намытой почвы путем учета мельчайших изменений поверхности почвы после выпадения осадков
Изучение эрозии на стоковых площадках.
Стоковые площадки позволяют учитывать как жидкий, так и твердый сток, т.е. склоновый сток воды и смыв почвы.
На стоковых площадках расположенных на какой-либо части водосборного бассейна, данные по стоку и смыву не отражают процесса формирования стока и смыва на всем водосборе.
Изучение интенсивности эрозии на малых водосборных бассейнах.
В отличие от стоковых площадок твердый сток на малых водосборах (например, балки) может быть результатом проявления поверхностной и линейной эрозии. Определение интенсивности эрозии этим методом может дать явно заниженные показатели по сравнению с действительным проявлением эрозии на склонах водосборного бассейна, так как часть смытой почвы не достигает места где установлен водослив, и откладывается в виде наносов у подножий склонов, а также по днищам ложбин, лощин и балок выше створа, где отбираются пробы на мутность стока.
Оценка интенсивности многолетней эрозии.
Для оценки и картографирования интенсивности смыва почвы за весь период сельскохозяйственного использования земель рекомендуется следующая методика: на почвенно-эрозионных картах по каждому типу почв выделяются контуры с почвами разной степени смытости. Для каждого типа почв по литературным данным или по материалам полевого обследования определяется мощность гумусовых горизонтов несмытых почв.
По найденным значениям мощности смытого слоя почвы По найденным значениям мощности смытого слоя почвы По найденным значениям мощности смытого слоя почвы Н и количеству лет Кл, для каждого контура рассчитывается интенсивность – среднегодовая потеря слоя почвы Иэ в миллиметрах.
Иэ=Н/Кл
Изучение интенсивности роста оврагов.
Изучение интенсивности роста овражной сети обычно проводится с помощью установки постоянных реперов и сопоставления материалов повторной аэросъемки территории.
Для изучения динамики линейной эрозии пользуются методом наземной стереоскопической съемки, путем сравнения результатов повторных съемок, выполненных с постоянных пунктов.
Оценка интенсивности эрозии по заилению прудов.
Очень часто об интенсивности эрозии судят по данным заиления прудов.
Величину смыва почвы характеризует естественный сток наносов водотока (Ре), который рекомендуется определять из уравнения седиментационного баланса прудов:
Ре=Рсо+Ро+Рзат+Рхоз–Робр–Рэол–Рвн
где – Ре – естественный сток наносов водотока в створе плотины пруда; Рсо – сброс наносов из пруда; Ро – отложение наносов в пруду; Рзат – сток наносов с площади занятой прудом; Рхоз – изъятие наносов из пруда вместе с водой на хозяйственные нужды; Робр – продукты обрушения берегов; Рэол – продукты эоловой аккумуляции в пруду; Рвн – продукты внутренней жизни водоема.
Оценка интенсивности эрозии по модулю сока наносов.
Для характеристики современного проявления эрозии часто используют данные месячного, сезонного и годового твердого стока в речной сети. В этих целях используют модуль эрозии (модуль стока взвешенных наносов), который выражается в тоннах твердого стока, отнесенного к 1 км2 водосборной площади.
В формировании твердого стока в речной сети участвует не только эрозия почв, но и другие почворазрушающие процессы, проявляющиеся на водосборном бассейне – осыпи, обвалы, боковая речная эрозия, сели дефляция и т.д.
2. Моделирование эрозии.
Моделирование эрозии ставит своей целью с помощью активного эксперимента ускорить изучение эрозии, выявить закономерности процесса, исследовать противоэрозионную устойчивость почв, влияние слоя и интенсивности осадков, физического состояния почв и других отдельных факторов на проявление эрозии. Моделирование эрозионных процессов можно проводить в полевых условиях с помощью дождевальных агрегатов, а также в лабораторных условиях на дождевальных установках, гидрологических лотках и другими методами.
Дождевальные установки для изучения эрозии в полевых условиях.
Изучение эрозии, вызываемой дождями, а также изучение эффективности различных противоэрозионных мероприятий проводится методом моделирования дождей и склонового стока с помощью различных установок с площадью полива от 0,25 до 1000–1500 м2. При искусственном дождевании в принципе возможно имитировать дождь любой структуры с большим диапазоном как слоя, так и интенсивности выпадения осадков. Основное требование к дождевальным установкам – обеспечение параметров искусственного дождя, соответствующих (или близких) реальным ливням.
Все дождеватели в зависимости от принципа получения дождя разделяются на капельные и насадковые. В капельных дождевателях для образования капель используются сита с отверстиями, нити, иглы, капиллярные трубки. Среди насадковых дождевателей выделяются струйные, дефлекторные и центробежные.
Капельные дождеватели обеспечивают равномерный, но однородный крупнокапельный дождь. Для уменьшения диаметра капель используется дополнительное дробление крупных капель (струй) на специальной сетке. Это позволяет получить необходимую интенсивность при малом количестве каплеобразователей.
Дождь создаваемый насадковыми дождевателями, характеризуется широким спектральным составом капель и высокой интенсивностью. Недостаток установок этого типа – неравномерность распределения по площади и несоответствие спектрального состава интенсивности дождя. Кроме того, скорость падения капель меньше скорости падения капель естественного дождя. Для снижения интенсивности дождевание делают прерывистым.
Наибольшее распространение в последнее время при проведении экспериментальных исследований по изучению эрозии в лабораторных условиях и на малых полевых площадках получили струйные насадки. Требуемый спектральный сосав капель и высокая равномерность обеспечиваются чередованием групп насадок разного типа (например, струйные и дефлекторные) и диаметра, а также гидропульсацией или вибрацией в одной или двух плоскостях.
На больших стоковых площадках для создания искусственного дождя используются в основном насадки дефлекторного типа. Насадки такого типа при достаточно большом радиусе действия (5–8 мм) обеспечивают дождь высокой интенсивности при высокой равномерности распределения его по площади. Использование дополнительных стояков к насадкам позволяет увеличить высоту падения капель и улучшить тем самым энергетические характеристики дождя, а более частое расположение насадок – повысить равномерность распределения.
Изучение ирригационной эрозии.
Обратите внимание на лекцию "Географическое положение Санкт-Петербурга".
В нашей стране в 20 в проводились большие работы по дальнейшему расширению орошаемых площадей. В связи с этим уделялось внимание изучению ирригационной эрозии, возникающей при дождевании и бороздковом поливе, а также совершенствованию методов исследований.
для определения эрозионно-допустимых поливных норм часто применяют метод микроплощадок. Основу его составляет визуальнаяч фиксация момента поверхностного водообразования вблизи каждого из расставленных в зоне полива дождемеров. Этот метод позволяет без нарушения сложившегося состояния поверхностного слоя почвы получать в однородных почвенных и агротехнических условиях достаточное количество точек для оценки параметров устанавливаемых зависимостей эрозионно-допустимых норм от энергетических характеристик искусственного дождя.
Изучение эрозии в лабораторных условиях.
Экспериментальные лабораторные изучения эрозии ведутся во многих научных коллективах. При этом применяются различные дождевальные установки.
На лабораторных установках проводится дождевание монолитов, а также дождевание с одновременным напуском воды, имитирующим подток стекающей воды. На такой установке возможно изучение влияния на проявление эрозии степени увлажненности, уплотненности и оструктуренности почв.
В лабораторных условиях изучается водопрочность структурных агрегатов, влияние химического состава, физико-химических и физических свойств почв на их противоэрозионную устойчивость.
