МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЧВЕННО-ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ КЕРЧЕНСКОГО ПОЛУОСТРОВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС- ТЕХНОЛОГИЙ

На современном этапе развития человечества резко возросло техногенное воздействие на почву. Распашка огромных территорий, сельскохозяйственное освоение болотных почв, использование различных приемов мелиорации, строительство ирригационных систем, интенсивный выпас скота и прочие виды человеческой деятельности приводят к развитию эрозионных процессов.

Увеличение масштабов сельскохозяйственного воздействия на почвенный покров требует усовершенствования управления земельными ресурсами, в частности, локальных и региональных мониторинговых наблюдений за состоянием почвенного покрова. Эта необходимость определяет поиск эффективных инструментов анализа и интерпретации большого объёма пространственных данных о структуре почвенного покрова, факторах почвообразования и характере землепользования. Всё это находит отражение в развитии геоинформационных систем, ориентированных на работу с пространственной информацией, хранимой в базе данных, а также модернизации инструментов моделирования различных уровней сложности – создания комплексных, физически обоснованных моделей, прогнозирующих результаты воздействия природных и антропогенных процессов на состояние ландшафта в каждой точке изучаемого пространства [2].

Материалы и методы исследования. Одной из важнейших задач эрозионных исследований является оценка эрозионной опасности почв. Эрозионно-опасными считаются такие почвы, где сочетания природных условий (климат, рельеф, почвообразующие и подстилающие породы, осадки) создают возможность проявления эрозии почв при их сельскохозяйственном использовании. Эрозионная опасность оценивается величиной потенциального смыва. Наиболее оптимальным методом для оценки почвенно-эрозионных процессов в условиях рельефа Керченского полуострова, является модель RUSLЕ – оценка возможности применения универсального уравнения потерь почвы от эрозии.

Эмпирическая модель RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation), разработанная Уишмеером и Смитом и доработанная Ренардом и Фостером, является простым математическим выражением, базирующимся на пяти основных факторах, определяющих интенсивность протекания водно-эрозионных процессов, что и обусловило ее выбор в качестве исходной в наших исследованиях.

Универсальное уравнение эрозии имеет следующий вид:

 A=RKLSCP                                                               (1)

A – среднегодовые потери почвы (т/га),

R – величина учитывающая влияние атмосферных осадков (эрозионный индекс дождей),

K – величина эрозионной устойчивости почв,

L – длина склона,

S – уклон,

C – севооборот,

P – приемы охраны почв.

Числовые значения этих факторов были определены для сельскохозяйственных зон США. В каждом случае в качестве основы устанавливали специфичные условия. Сравнивая фактическое положение на поле с этой основой и подставляя (с поправками) значения факторов в уравнение эрозии, получали оценку предполагаемых ежегодных потерь почвы. Данный метод позволяет определить, обеспечит ли предполагаемое сочетание факторов не превышение допустимых почвопотерь. Если предполагаемая эрозия слишком велика, необходимо улучшать агротехнику и способ использования земли [1].

Результаты исследований. Для того чтобы определить величину потерь почвы от эрозии, необходимо знать эрозионный индекс дождей, величину эрозионной устойчивости почв, длину склона, уклон, севооборот, приемы охраны почв. Районы Керченского полуострова имеют разные величины эрозионной устойчивости.

Величина эрозионной устойчивости почв (К-фактор), представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Величины эрозионной устойчивости почв Керченского полуострова

Данный рисунок показывает, что районы Керченского полуострова имеют разные величины эрозионной устойчивости. Так, наибольший показатель эрозионной устойчивости можно наблюдать в северо- западной части полуострова – 0, 362; в центральной части – 0,275; северо- восток, юго-восток и часть юго-запада приравнены к показателю 0,188; юг и северо-восток – 0,1; наименьшая величина эрозионной устойчивости в крайней северо- западной части полуострова – 0,45. Величина учитывающая влияние атмосферных осадков (R- фактор) представлена на рисунке 2.

 Рисунок 2. Эрозионный индекс дождей

Осадки на территории полуострова распределены неравномерно. Выражается их малое количество по всей территории – не более 500 мм в год. Исключение в данном случае составляет юг полуострова, где среднегодовое количество осадков равняется около 2500 мм год.

Классификатор для среднегодового количества осадков представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Классификатор для среднегодового количества осадков

Интенсивность разрушения почв изменяется вертикально с севера на юг по мере увеличения. Соответственно, наибольшее влияние на эрозионную устойчивость почв Керченского полуострова атмосферные осадки оказывают в южной части полуострова, а наименьшее разрушение почв наблюдается в северной части.

Фактор длины и крутизны склона (LS) показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Показатель длины и крутизны склона

На рисунке видно, что большая часть Керченского полуострова подверглась эрозионным процессам, она отмечена красным цветом. Голубым цветом отмечены участи, где эрозионные процессы проявляются менее интенсивно. Чем больше фактор длины и крутизны склона, тем больше потенциал утери почвенного слоя и проявления эрозионных процессов. Таким образом, наиболее четко выраженные потери почвы от эрозии наблюдаются в северной и южной части Керченского полуострова (таблица 2).

Таблица 2.

Классификатор для крутизны поверхности

Еще одним фактором способствующем определению потери почвы от эрозии является фактор землепользования. Основу противоэрозионной организации территории составляют выращивание зерновых и особенно пропашных культур на выровненных землях, а многолетних трав и озимых зерновых на склонах [3]. Так, на рисунке 4 показан фактор землепользования (С) на Керченском полуострове.

Рисунок 4. Фактор землепользования

Данный рисунок показывает, что большая площадь полуострова, отмеченная желтым цветом, имеет приближенный к низкому показатель С – фактора, что говорит о плохой защищенности почв от эрозии (таблица 3).

Таблица 3.

Классификатор для данных по землепользованию

Так как большую часть Керченского полуострова занимает степь, то соответственно и сельскохозяйственные мероприятия играют немаловажную роль в развитии эрозионных процессов. Распашка земель, орошение приводят к уплотнению почвы и повышенному увлажнению, что способствует быстрому проявлению дефляционных и эрозионных процессов.

Следующий фактор, который понадобился для расчёта универсального уравнения почвопотерь от эрозии – P-фактор эффективности противоэрозионных мероприятий (рисунок 5).

Рисунок 5. Фактор эффективности противоэрозионных мероприятий

Противоэрозионная организация территории связана с необходимостью обеспечить прекращение эрозии, восстановление продуктивности нарушенных угодий и улучшение пространственных характеристик.

Эффективность противоэрозионных мероприятий на Керченском полуострове имеет в основном низкий показатель, отмеченный на карте синим и зеленым цветом. После определения всех факторов уравнения устанавливают значение потенциальной опасности эрозии (А) для каждой конкретной хозяйственной площади.

На Керченском полуострове значение потенциальной опасности почв от эрозии имеет высокий показатель в центральной и прибрежных частях полуострова, отмеченный красным цветом (рисунок 6).

Рисунок 6. Потери почвы от эрозии

В зависимости от интенсивности эрозионных процессов почвы делят на 5 классов в соответствии с таблицей 5.

Таблица 5.

Классы интенсивности потенциальной опасности почв от эрозии [5]

Потенциальная опасность почв от эрозии на Керченском полуострове относится к 1 классу опасности, значения эрозионной опасности варьируют от 0,1 до 0,5.

Следовательно, существует потенциальная опасность эрозии, и тогда необходимо оптимизировать противоэрозионные мероприятия. Совокупность своевременно проведенных мероприятий по предупреждению появления новых очагов эрозии и устранению последствий возникших эрозийных участков позволяют противостоять водной и ветровой эрозии, а также улучшают структуру и свойства почвы, способствуя повышению плодородности.

Вывод. Анализируя почвенно- эрозионные процессы можно сделать вывод что, проблема охраны почв становится все более актуальной. Особенности рельефа и почв Керченского полуострова оказывают большое влияние на интенсивность развития почвенно-эрозионных процессов. Выявление факторов, активизирующих эрозионные процессы в пределах столь обширной территории, возможно лишь на основе статистического анализа фондового материала, отражающего состояние ландшафтной среды и производства в ее пределах и последующей визуализации его результатов с помощью ГИС-технологий.

Применение эмпирической модели RUSLE для оценки среднего многолетнего потенциального смыва почвы с использованием современных ГИС-технологий в условиях Керченского полуострова может быть признана перспективной. Использование рассмотренного метода позволит оперативно проводить мониторинг почвенных ресурсов при составлении и обновлении почвенных карт. Выявление эрозионно-опасных участков почвенного покрова позволит своевременно корректировать направление ведения сельского хозяйства и предупредить потерю плодородного слоя почвы от эрозии.

Список литературы:

1. Аввакумова А.О. Методика оценки пространственно- временной динамики эрозии почв по материалам повторных съемок в регионе интенсивного земледелия средствами ГИС- технологий. М., 2011. - 36 с.
2. Керженцев А.С. Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна. М.: Наука, 2006. – 224 с.
3. Лисецкий Ф.Н. Современные проблемы эрозиоведения. Белгород: Константа, 2012. – 456 c.
4. Паракшина Э.М. Интегративная эрозия почв: основные положения концепции. А.: Тетис, 2005. – 30 с.
5. Сапаров А.С. Почвоведение и агрохимия. А.: Тетис, 2008. - 154 c.