Статья: Факторы развития и интенсивность ливневой эрозии на пашне Томь-Яйского междуречья

Факторы развития и интенсивность ливневой эрозии на пашне Томь-Яйского междуречья

Н.С. Евсеева, З.Н. Квасникова, М.А. Каширо, А.С. Батманова

Аннотация. Эрозия почв, в том числе ливневая, относится к одному из главных процессов миграции вещества, обусловливающему деградацию почвенного покрова. До настоящего времени выраженность ливневой эрозии почв на пашне юго-востока зоны подтайги Западно-Сибирской равнины практически не изучена. В данной работе рассмотрены факторы ее развития и интенсивность проявления на примере юго-востока Томской области в пределах Томь-Яйского междуречья. Нами выявлено, что исследуемая территория относится к районам сильных ливней: здесь за сутки может выпасть 50-100 мм осадков, а интенсивность ливней достигает 3,01-5,0 мм/мин. Количество дней с ливнями на Томь-Яйском междуречье существенно изменяется по годам - от 38 до 91.

Авторами проведены полевые наблюдения за результатами воздействия ливней разной продолжительности и интенсивности на пашне с разными агрофоном, длиной и крутизной склонов. Установлено, что интенсивность ливневой эрозии изменяется в зависимости от количества осадков за ливень, их продолжительности, состояния агрофона и рельефа от первых долей кубического метра до 100 м3/га. Ливни на территории Томь- Яйского междуречья способны вызвать эрозию почв в агроландшафтах от слабой до очень сильной. Скорость денудации поверхности пашни ливневыми осадками варьирует от 0,07 до 10 мм/год.

Ключевые слова: ливни, эрозия, пашня, подтайга, Западно-Сибирская равнина.

Development Factors and Intensity of Heavy Rains Erosion on the Arable Land of the Tom-Yaya Interfluve. N. S. Evseyeva, Z. N. Kvasnikova, M. A. Kashiro, A. S. Batmanova

Abstract. Soil erosion, including storm erosion, is one of the main processes of the substances migration causing the degradation of soil. The intensity of storm erosion on the arable land of the southeast of subtaiga zone in the West Siberian plain is practically not studied. In this paper, the factors and intensity of development of storm erosion on the example of the SouthEast of the Tomsk region within the Tom-Yaya interfluve. We found that the investigated territory belongs to areas of heavy rains: there are potentially from 50 to 100 mm an atmospheric precipitation in days, and the intensity of the rainfall amounts 3,01-5,0 mm per min. Number of days with rainfall at the Tom-Yaya interfluve varies from year to year significantly from 38 to 91.

The authors conducted field observations over the effects of rainfall with the various durations and intensity on arable land with different cultivation history, length and degree of slopes. It is established that the intensity of storm erosion depends on amount of precipitation, cultivation history and relief, the erosion of the soil can various from the first fraction of cubic meter to 100 m3 per ha. Rainfall on the territory of the Tom-Yaya interfluve is the cause soil erosion in agricultural landscapes, which varies from weak to very strong level. The denudation rate of the arable land surface from heavy rainfall changes from 0,07 to 10 mm per year.

Keywords: heavy rain, erosion, arable land, the sub-taiga, the West Siberian Plain.

Эрозия на земном шаре - один из ведущих процессов рельефообразования, она порождается текучими водами, создающими на поверхности Земли разнообразные формы рельефа - речные долины, овраги. Среди водных потоков наиболее распространены склоновые, часто не образующие постоянных русловых форм. На склонах со сплошным растительным покровом они производят весьма слабый смыв и размыв рыхлого материала, обычно это первые десятки килограммов с гектара. В агроландшафтах делювиальный процесс - смыв почв талыми и дождевыми водами - одна из главных форм миграции вещества, приводящая к деградации почвенного покрова. В настоящее время в зависимости от происхождения вод, производящих разрушение почвы, эрозия делится на эрозию от стока талых снеговых вод, дождевую (ливневую), поливную (ирригационную).

Изучению эрозии почв в нашей стране, особенно в ее европейской части, посвящены работы многих исследователей - В. В. Докучаева, А. С. Козьменко, С. С. Соболева, С. И. Сильвестрова, Д. Л. Арманда, Ц. Е. Мирцхулавы, Г. И. Швебса, Г. П. Сурмача, М. Н. Заславского, М. С. Кузнецова, Г. А. Ларионова, Л. Ф. Литвина, В. Н. Голосова, А. Н. Геннадиева и др. В пределах зон степи и лесостепи Западно-Сибирской равнины эрозия почв стала изучаться в 60-е гг. XX в. - А. Н. Каштановым, А. Д. Орловым, А. А. Танасиенко, Р. В. Ковалевым, В. Е. Мусохрановым, А. Ф. Путилиным, Г. В. Павленко и др.

В зоне подтайги юго-востока Западно-Сибирской равнины, в частности на территории Томской области, эрозия почв в целом и особенно ливневая изучена слабо. Согласно районированию территории России по основным факторам эрозии, выполненному под руководством С. И. Сильвестрова, исследуемый регион относится к зоне возможного проявления эрозии от стока талых и дождевых вод (рис. 1). Г. С. Ананьев [1998], без указания точного места проведения работ, отмечает, что проведенные на юго-востоке Западной Сибири наблюдения показали: эрозионную опасность даже в лесной зоне представляет ливневый режим выпадения атмосферных осадков. При интенсивности ливней в 4-8 мм/мин происходит значительный смыв почв и образование эрозионных борозд. По карте эродируемости почв России в пределах крайнего юга Томской области эродируемость почв изменяется от 1,6-2,0 до 2,6-3,0 т/га в год.

Рис. 1. Районирование территории России и ближнего зарубежья по эрозионной опасности земель (по: [Толчельников, 1990], с изменениями авторов]: 1 - зоны эрозионно безопасные и весьма слабо эрозионно опасные; 2 - зоны возможного проявления эрозии от стока талых вод; 3 - зоны возможного проявления эрозии от стока талых и дождевых вод; 4 - зоны возможного проявления эрозии от стока дождевых вод

В течение 1985-2017 гг. сотрудниками кафедр географии, гидрологии Томского государственного университета ведутся наблюдения за развитием эрозии почв в агроландшафтах зоны подтайги в пределах правобережной части Томской области. Установлено, что ведущим эрозионным процессом в агроландшафтах является эрозия от стока талых снеговых вод или эрозия при снеготаянии. Кроме того, существенную роль играет ливневая эрозия, особенно по зяби и пропашным культурам.

Цель работы - оценка факторов развития и интенсивности проявления ливневой эрозии на примере пашни Томь-Яйского междуречья (юго-восток Томской области).

За исследуемый период проведены: анализ литературных источников по проблеме и материалов наблюдений метеорологических станций; полевые обследования пашни после дождей разной интенсивности, расчет силы ливней по формуле П. Ф. Горбачева [1937]. Кроме того, определена связь между скоростями движения наносов при смыве грунтов на обнаженном склоне и количеством ливневых осадков по зависимости, предложенной Г. С. Ананьевым [1998]. эрозионный рельефообразвание земной

Объект исследования - Томь-Яйское междуречье в пределах Томской области площадью более 4,5 тыс. км2. С поверхности междуречье с абсолютными высотами 100-270 м сложено лессовидными суглинками, супесями мощностью от 1 до 12 м - породы неводостойкие, легко размываются. Рельеф междуречья полого-увалистый, сильно расчленен реками и балками - от 0,3-0,6 до 1,5-1,8 км/км2, что определяет мозаику крутизны склонов пашни от 0-1 до 7-9°, местами более. Относительные превышения в пределах пашни изменяются от долей метра до 10-30 м. В агропроизводство вовлечены в основном серые лесные почвы, их подтипы, дерново-подзолистые почвы.

Как известно, главными составляющими климатических факторов развития ливневой эрозии являются количество осадков, режим, интенсивность их выпадения. Среднегодовая сумма осадков в пределах зоны подтайги - около 600 мм. Но в отдельные годы количество осадков может сильно отличаться от среднего (на метеостанции Томск - от 361 до 865 мм). Наибольшее количество осадков (300-400 мм) выпадает в теплую часть года, но также наблюдается неравномерность их выпадения от года к году (рис. 2). Летом осадки часто выпадают в виде ливней. Над территорией Томской области выделяют очаг наиболее интенсивной ливневой деятельности, сохраняющий свое местоположение в течение теплого периода года [Толчельников, 1990]. Вследствие этого территория области относится к районам сильных ливней (рис. 3). Количество дней с ливнями на Томь-Яйском междуречье существенно изменяется по годам - от 38 до 91.

Повторяемость числа дней с ливнями по месяцам теплого периода года отражена в табл. 1. От 8 до 9 дней отмечаются с осадками больше или равными 10 мм за сутки. Значительные дожди (> 30 мм/сут) характеризуются большой интенсивностью, повторяемость таких осадков в теплый период года следующая: в июне - 21,8; июле - 39,1; августе - 34,8; сентябре - 4,3 %. Наибольшее число случаев с такими осадками отмечалось в 1968, 1987 гг. Особенно опасны для почвы осадки апреля, мая, июня и сентября, когда пашня не прикрыта всходами сельскохозяйственных культур либо распахана. Выпадение обильных осадков в это время приводит к смыву почв. Например, в апреле и мае 2012 г. сумма осадков превысила норму на 130-162 и 118-160 % соответственно. В июне также наблюдался ливень с количеством выпавших осадков в 20 мм (03.07.2012 г.).

Рис. 2. Количество атмосферных осадков по метеостанции Томск: 1 - за год; 2 - за апрель - октябрь

Рис. 3. Районы сильных ливней на территории России и ближнего зарубежья [по: Грингоф, Клещенко, 2011].

Количество осадков за сутки: 1 - 50-100 мм; 2 - 100 мм и более

Повторяемость числа дней с ливнями [по: Сморкалова, 1976]

Таблица 1

На исследуемой территории за сутки может выпасть 50-100 мм осадков [Природные опасности России ... , 2001]. В течение 10 лет повторяемость таких осадков составляет 5-10 случаев. Наблюденный суточный максимум осадков на станции Томск зафиксирован 16.08.1994 - 80,5 мм (табл. 2).

Таблица 2. Результаты наблюдений ливней на территории Томь-Яйского междуречья

Примечания: *- расчет силы ливня произведен по средней продолжительности ливней по соответствующим месяцам: в июне - 4,7-8,9 часа; в июле - 4,3-7,3 часа; в августе - 5,1--7,3 часа; - продолжительность ливней на АМСГ Томск в 30-60 мин наблюдается в 50-76 % случаев.

На территории исследования средний многолетний суточный слой осадков составляет 42-44 мм, а повторяемость их в среднем - один раз в 1,5-2 года. Средняя продолжительность дождя в области колеблется от 4,7 до 8,9 часа в июне; от 4,3 до 7,3 часа в июле; от 5,1 до 7,3 часа - в августе. Средняя интенсивность дождей изменяется от 0,05 до 0,16 мм/мин.

На процесс эрозии почв большое влияние оказывает интенсивность ливней. А. Г. Сморкаловой [1976] рассчитана повторяемость максимальной интенсивности ливней (табл. 3). Продолжительность ливней высокой интенсивности чаще всего не более 1 мин (88 %). В подавляющем большинстве случаев (94 %) значительные осадки одновременно наблюдаются на одной- двух станциях. Неравномерность распределения ливневых дождей по территории отмечают и другие исследователи ливневой эрозии - В. В. Сластихин [1980], М. Н. Заславский [1978].

В. В. Сластихин указывает на следующие важнейшие особенности ливневых дождей:

- исключительно высокую неравномерность интенсивности осадков в ходе ливня;

- наличие ливневых зон и зон слабых осадков в ходе ливня со скачкообразным переходом от одних к другим;

- существенное снижение интенсивности с увеличением продолжительности осадков.

Таблица 3. Повторяемость (%) ливней максимальной интенсивности в летний период (июнь-июль) по градациям [Сморкалова, 1976] для метеостанции Томск

М. Н. Заславский подчеркивает, что нередко ливни проходят узкой полосой в 1-2 км и длиной 4-5 км, иногда меньше. При этом следует учитывать, что если ливни выпадают на почву, хорошо защищенную растительностью, то опасность эрозии в этом случае небольшая, если на незащищенную, то опасность возрастает.

Степень опасности эрозии, исходя из слоя осадков и интенсивности их выпадения, оценивается разными методами. В настоящее время исследователями предложено значительное количество зависимостей для вычисления поверхностного смыва почвы. Нами использованы материалы исследований Г. А. Ларионова [1993], рассчитавшего эрозионный потенциал осадков Я30 на территорию страны (эрозионный индекс осадков Уишмейера - Смита). Для исследуемой территории - юга Томской области - он равен 6 и сопоставим с таковыми для большей части центральных и южных районов Европейской России.