УДК 631.4(477.75)

МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ГУМУСОВОГО ГОРИЗОНТА ПОЧВ РАВНИННОГО КРЫМА ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ЭТАЛОНОВ

Ергина Елена Ивановна1, Горбунов Роман Вячеславович2
1Таврическая академия (структурное подразделение) ФГАОУ ВО "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского", доктор географических наук, профессор, профессор кафедры физической географии, океанологии и ландшафтоведения
2ФГБУН "Карадагская научная станция им. Т.И.Вяземского - природный заповедник РАН", кандидат географических наук, временно исполняющий обязанности директора

Аннотация
В работе построена картографическая модель предельной мощности гумусового слоя почв Равнинного Крыма на основе представлений о зональных факторах почвообразования, определяющих значения энергетики почвообразовательного процесса. Использованный подход позволяет более точно выделять почвенные эталоны с максимальной (доагрогенной) мощностью гумусового почв, с целью охраны почв, а также для проектирования мероприятий по восстановлению либо реконструкции природных ландшафтов.

Ключевые слова: почвенные эталоны, предельная мощность гумусового слоя, Равнинный Крым, энергетические затраты на почвообразование


MODELING OF HUMUS SOIL HORIZONS THICKNESS OF THE PLAIN CRIMEA FOR THE ALLOCATION OF SOIL ETALONS

Yergina Elena Ivanovna1, Gorbunov Roman Vyacheslavovich2
1Taurida Academy (structural subdivision) of V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Doctor of Geographical Sciences,Professor, Professor of Physical Geography, Oceanology and Landscape Science Department
2T.I.Vyazemsky Karadag Scientific Station – Nature Reserve of the RAS, Candidate of Geographical Sciences, Acting Director

Abstract
In the paper we constructed cartographic model maximum thickness of the humus layer of Plain Crimea soils based on the concept of zonal soil-forming factors, determining the energy value of the soil-forming process. The approach allows to allocate more precise soil etalons with maximum thickness of humus soil, for the purpose of soil protection, as well as for the planning of measures on restore or reconstruction of natural landscapes.

Рубрика: 11.00.00 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Ергина Е.И., Горбунов Р.В. Моделирование мощности гумусового горизонта почв равнинного Крыма для целей выделения почвенных эталонов // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/11/72296 (дата обращения: 03.06.2017).

Введение. Современное земледелие имеет большое влияние на состояние ландшафтов и деградацию почв, увеличивая плоскостной смыв, линейную эрозию, дефляцию и другие виды деградации почвенного покрова, что приводит к «срабатыванию» почвенного профиля – снижению его потенциальной мощности, сформированной в результате естественного почвообразования. В условиях неправильной хозяйственной деятельности интенсивность этих процессов растет в десятки и сотни раз. Разрушенные почвы не могут быть возобновлены в их первобытном состоянии из–за низких темпов компенсационного почвообразования. Следствием проявления процессов деградации почв (в первую очередь в результате процессов эрозии) является снижение качества почвенных ресурсов. Деградированные почвы являются материальным выражением неправильной эксплуатации почвенных ресурсов.  Поэтому при выборе стратегии рационального использования почвенных ресурсов, при разработке системы мониторинга почв необходимо в качестве критерия эталонной почвы применять количественные критерии которые бы характеризовали исходную (доагрогенную) мощность гумусового горизонта. И действительно, большинство исследователей считают, что основным критерием диагностики и классификации эродированных почв должна быть мощность генетических горизонтов, в частности гумусового, потому что их трансформация является наиболее характерным и стабильным показателем неизменности почв эталонов [1–3].

Эталоном при определении исходной мощности почвы и степени их трансформации являются «несмытые аналоги». В качестве последних рекомендуют рассматривать почвы водоразделов. Иным эталоном сравнения может быть почвенный профиль на склоне, но с неэродированными почвами. Однако отыскать неэродированные почвы на склоне в условиях тотальной распашки территории не представляется возможным. Кроме этого, вряд ли могут быть эталоном и плакорные почвы, где, как правило, кроме эрозии протекают и другие деградационные процессы – дефляция, механический сдвиг почвы почвообрабатывающими орудиями, дегумификация. Эти процессы, кстати, делают абсолютно неприемлемым фактом считать эталоном плакорные почвы. Абсолютно не имеют смысла поиски эталона почвы в условиях орошения. Здесь, кроме специфического проявления водно-эрозионного процесса и дефляции, наблюдаются другие процессы: быстрое перераспределение органического вещества по профилю; изменение морфологических характеристик, в частности, «растягивание» гумусового горизонта. Скорость этих процессов зависит от интенсивности орошения, качества поливных вод, агротехнических особенностей систем земледелия и тому подобное. Таким образом, ни в целинных условиях, ни в современных производственных условиях (при тотальной распашке территории) и, особенно, при интенсивной мелиорации, универсального эталона для сравнения реально не существует. Выходом из сложившейся ситуации становиться поиск и сравнение почв эталонов с расчетными значениями предельной мощности гумусового горизонта, полученные посредством математического моделирования процессов почвообразования во времени [4] в условиях естественных потоков вещества и энергии, оценить которые возможно применив биоэнергетический подход и учитывая вклад климатических факторов на процесс почвообразования, как наиболее динамичный и весомый.

Материал и методика исследований. При установлении связей в системе «почва – климат» важно учитывать нелинейность влияния показателей тепла и влаги на эффективность почвообразующего процесса. Часто именно этой причиной можно объяснить невысокую результативность почвенно-климатических корреляций при использовании некоторых комплексных показателей, не говоря уже о более простых характеристиках тепло- и влагообеспечения почвенно-географических зон. На наш взгляд, хорошие перспективы имеет дальнейшее развитие биоэнергетического подхода, предложенное В.Р. Волобуевым [5;6]. Им разработан способ оценки эффективности почвообразовательного процесса через расчёт годовой величины затрат радиационной энергии на почвообразование (Q). После модернизации авторской записи [7], дополненной множителем перевода в систему СИ, формула вычисления величин Q в МДж/(м2год) имеет такой вид:

где R – радиационный баланс, ккал/(см2год); Р – годовая сумма осадков, мм.

Исходя из теоретических положений почвоведения логично предположить, что максимальная мощность гумусового горизонта будет наблюдаться в состоянии климакса, то есть в условиях равновесия факторов почвообразования и полной реализации почвообразовательного потенциала факторов почвообразования.

В предыдущих работах авторов [8] была изложена методика расчёта предельной мощности гумусового слоя почв. Итоговые математические модели, которые были получены путем графического анализа данных, приведенных к условиям среднесуглинистых почв, имеют вид [8]:

где HГ(ПР) – предельная мощность гумусового горизонта, мм; g – поправка на гранулометрический состав [3]; Q – энергетические затраты на почвообразование.

Формула (2) дает возможность рассчитывать максимальные мощности гумусового горизонта для почв на рыхлых почвообразующих породах, а формула (3) – для почв, образовавшихся на элювии и делювии плотных пород.

Результаты исследований и их обсуждение. На основе космического снимка SRTM (пространственное разрешение 30 м) в программе ArcGIS 10.3 при помощи функции Area Solar Radiation в инструментах Spatial Analyst была построена карта годового поступления суммарной солнечной радиации.

На основе данных о годовых значениях суммарной солнечной радиации и радиационного баланса по метеостанциям Крыма, представленных в работе [9] была получена зависимость между значениями суммарной солнечной радиации и радиационного баланса в Крыму (рис. 1), которая легла в основу расчёта карты радиационного баланса территории Крымского полуострова (рис. 2).

Рис. 1. Зависимость значений суммарной солнечной радиации и радиационного баланса в Крыму

Рис. 2. Распределение сумм радиационного баланса за год на территории Крыма, в ккал/см2·год

Карта годовой суммы осадков строилась путём интерполяции значений сумм осадков по метеостанциям Крыма, представленным в работе [10].

Используя полученные растры по формуле (1) была получена уточнённая по сравнению с предыдущими публикациями [7] карта энергетических затрат на почвообразование (рис. 3). Операционной территориальной единицей картографирования выступили контуры почв, представленные на почвенной карте Крыма масштаба 1:200000. Расчетная величина затрат радиационной энергии на почвообразование целиком отображает вклад гидротермических факторов в формирование гумусового горизонта почв.

Рис. 3. Энергетические затраты на почвообразование на территории Равнинного Крыма, МДж/м2·год

На карте четко выделяется субширотный градиент изменения потенциала энергетических затрат на почвообразование: от 874,2 до 1295 МДж/м2·год. Наибольший энергетический потенциал в равнинном Крыму для формирования почв имеет центрально-крымский регион, наименьший – Тарханкутский полуостров, Керченский полуостров и Присивашье. Данная величина подтверждает природную обусловленность зонального почвообразования климатическими факторами.

Используя полученную карту энергетических затрат на почвообразования по формулам была рассчитана карта предельной мощности гумусового слоя почв (рис. 5).

Рис. 5. Карта предельной мощности гумусового горизонта почв Равнинного Крыма, мм

Из карты видно, что максимальная мощность гумусового горизонта характерна для Центрально-крымской равнины (до 914,1 см), наименьшая – для Тарханкутского полуострова, Керченского полуострова и Присивашья. Полученное распределение мощности гумусового слоя в целом согласуется с существующими представлениями о зональности почвенного покрова территории полуострова и мощности гумусового слоя. В таблице 1 представлено соотношение реально существующей (по Н.А. Драган [11]) и предельной мощности гумусового слоя основных типов почв.

Таблица 1. Соотношение фактической и предельной мощности гумусового горизонта основных почв эталонов  Равнинного Крыма

Тип почвы

Мощность гумусового горизонта, см

Коэффициент разрушения  профиля (k), %

Реально существующая

Предельная

Чернозёмы южные на лёссовидных отложениях

55 – 70

91,4

29

Чернозёмы слитые на тяжёлых засолённых глинах

50 – 75

91,1

29

Чернозёмы остаточно-карбонатные на элювии и делювии карбонатных пород

30 – 80

91,4

35

Тёмно-каштановые (в том числе солонцеватые)

30 – 50

87,9

48

Предельная мощность каштановых почв ниже, по сравнению с предельной мощностью чернозёмов, что обусловлено более низкими значениями энергетических затрат на почвообразование в северной части полуострова.

Необходимо отметить, что предложенная методика не учитывает вклад местных факторов почвообразования, обусловленных сочетанием не свойственных зональному процессу почвообразования, поэтому интразональные почвы нами не анализируются. Сопоставляя полученные результаты моделирования предельной мощности гумусового горизонта с реальными значениями можно определить коэффициент разрушения (k) профиля современных почв (табл. 1), рассчитываемый по формуле:

где k – коэффициент разрушения  профиля, %; Нр – реальная мощность гумусового горизонта почв, см; Нпр – предельная мощность гумусового горизонта почв, см.

Полученные значения  наглядно иллюстрируют тот факт, что  профиль полноголоценовых почв, находящихся в состоянии климакса в  настоящий момент времени разрушены на 30 и более процентов.

Выводы.  Изучение и выявление почвенных эталонов неразрывно связано с изучением факторов почвообразования. Подход, основанный на исследовании предельной мощности гумусового слоя, используя зональные факторы почвообразования, позволяет более точно выделять почвы эталоны с максимальной (доагрогенной) мощностью гумусового почв, с целью охраны почв, а также для проектирования мероприятий по восстановлению, либо реконструкции природных ландшафтов. В результате проведённых исследований была составлена карта предельной мощности гумусового горизонта почв Равнинного Крыма. Выявлена субширотная закономерность изменения этого показателя, связанная с широтными закономерностями изменения факторов почвообразования, интегральных показателем влияния которых служит величина затрат энергии на почвообразование. Соотношение фактически возможных и предельных значений гумусового слоя основных типов почв позволило рассчитать коэффициент разрушения профиля, который на территории Равнинного Крыма достигает более 30 %.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Республики Крым в рамках научного проекта № 15-45-01022 р_юг_а.


Библиографический список
  1. Швебс Г.И. Теоретические основы эрозиоведения. К.; Одесса. 1981.
  2. Светличный А.А., Черный С.Г., Швебс Г.И. Эрозиоведение: теоретические и прикладные аспекты. Сумы. 2004.
  3. Єргіна О.І., Чорний С.Г. Моделювання швидкості формування рецентних ґрунтів в ландшафтах Криму // Український географічний журнал. 2011. №2.
  4. Ергина Е.И., Черный С.Г. Количественные аспекты моделирования процесса почвообразования почв Крыма // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия: География. 2011. Т. 24(63). № 2. Ч. 3.
  5. Волобуев В.Р. Энергетика почвообразования // Изв. АН СССР. Серия биологическая. 1959. №1.
  6. Волобуев В.Р. Введение в энергетику почвообразования. М. 1974.
  7. Лисецкий Ф.Н., Ергина Е.И. Развитие почв Крымского полуострова в позднем голоцене // Почвоведение. 2010. № 6.
  8. Ергина Е.И. Михайлов В.А. Методика математического моделирования и картографирования предельной мощности гумусового горизонта почв // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2014. Т.10. Вып.1.
  9. Климат и опасные гидрометеорологические явления Крыма. Л. 1982.
  10. Справочник по климату СССР. Вып. 10. Украинская ССР. Ч. IV Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров. Л. 1969.
  11. Драган Н.А. Почвенные ресурсы Крыма. Симферополь. 2004.


Все статьи автора «Горбунов Роман»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: