ВОДНАЯ ЭРОЗИЯ ПОЧВ В БАССЕЙНАХ КРУПНЕЙШИХ РЕК СИБИРИ
https://doi.org/10.31857/S0869607122050093
Аннотация
На основе применения модели универсальной эрозии RUSLE рассчитаны параметры дождевой эрозии крупных бассейнов Российской Федерации (Обь, Енисей, Лена, Яна, Индигирка, Колыма) на основе цифровой модели рельефа максимально доступного разрешения (≈90 × 90 м). Результаты сопоставлены с существующими глобальными оценками и прежними исследованиями для территории России. Сделан вывод о высокой неопределенности мелкомасштабных оценок эрозии, выполненных в субконтинентальном масштабе, что объясняется высокой чувствительностью RUSLE к параметризации длины и крутизны склонов. В субмеридиональном направлении для всех бассейнов отмечается увеличение эрозии с севера на юг, соответствующее общему усилению сельскохозяйственного использования земель и повышения расчлененности рельефа. На основе сравнения со стоком наносов в замыкающих створах исследуемых рек сделан вывод об исключительно аккумулирующем режиме рассматриваемых водосборов: более 90% продуктов эрозионного смыва не достигает устьевых створов рек.
При поддержке: Исследование выполнено по госзаданию НИЛ эрозии почв и русловых процессов географического ф-та МГУ, номер АААА-А16-116032810084-0. Анализ русловых процессов выполнен в рамках проекта РНФ 18-17-00086. Полевые работы и разработка модели эрозии проводились в рамках проекта РНФ 21-17-00181.
Об авторах
А. С. Цыпленков
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
географический факультет
Москва
С. Р. Чалов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
географический факультет
Москва
Г. Л. Шинкарева
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
географический факультет
Москва
Список литературы
1. Алексеевский Н.И. Формирование и движение речных наносов. Москва: Географический факультет МГУ Москва, 1998. 202 с.
2. Баженова О.И. Закономерности движения рыхлого материала на лесостепных склонах в Назаровской впадине (по результатам стационарных наблюдений) // География и природные ресурсы. 1988. С. 53–73.
3. Барталев С.А., Егоров В.А., Ершов Д.В., Исаев А.С., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Уваров И.А. Спутниковое картографирование растительного покрова России по данным спектрорадиометра MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. вып. 4. С. 285–302.
4. Беляев Ю.Р., Харченко С.В., Романенко Ф.А., Еременко Е.А., Матлахова Е.Ю. Антропогенная трансформация рельефа Арктической зоны России: хронология, география, интенсивность // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Материалы ежегодной конференции по результатам экспедиционных исследований. ВНИИОкеангеология/ААНИИ Санкт-Петербург, 2020. С. 18–23. https://doi.org/10.24411/2687-1092-2020-10702
5. Бредихин А.В., Еременко Е.А., Харченко С.В., Беляев Ю.Р., Романенко Ф.А., Болысов С.И., Фу- зеина Ю.Н. Районирование Российской Арктики по типам антропогенного освоения и сопутствующей трансформации рельефа на основе кластерного анализа // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2020. вып. 1. С. 42–56.
6. Вольнов В.В., Бойко А.В., Чичкарев А.С. Опыт использования противоэрозионных гидротехнических сооружений в борьбе со стоком талых вод и смывом пахотных почв на склоновых землях Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2017.
7. Голосов В.Н. Эрозионно-аккумулятивные процессы в речных бассейнах освоенных равнин. ГЕОС Москва, 2006.
8. Голосов В.Н., Ларионов Г.А., Сидорчук А.Ю. Исторический этап в освоении эрозионно-русловых систем // Эрозионно-русловые системы / ред. Чалов Р.С., Голосов В.Н., Сидорчук А.Ю. М., 2017. С. 702.
9. Гусаров А.В. Определение минимальной продолжительности ряда наблюдений за стоком взвешенных наносов с целью корректной оценки пространственно-временной изменчивости интенсивности эрозии в их бассейнах // Геоморфология. 2017. вып. 1. С. 19–29. https://doi.org/10.15356/0435-4281-2017-1-19-29
10. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Казань: Издательство Казанского Университета, 1984. 264 с.
11. Евсеева Н.С. Современный морфолитогенез юго-востока Западно-Сибирской равнины. Томск: Изд-во НТЛ, 2009. 484 с.
12. Евсеева Н.С., Квасникова З.Н., Каширо М.А., Осинцева Н.В., Алеев В.В. Количественная оценка смыва почв в агроландшафтах южной тайги // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове. сборник материалов V Международной научной конференции, посвященной 85-летию кафедры почвоведения и экологии почв ТГУ. Томск: НИ ТГУ, 2015. С. 185–189.
13. Евсеева Н.С., Квасникова З.Н., Людкевич Е.И. Эрозионные процессы в природно-антропогенных геосистемах южной тайги Западно-Сибирской равнины и их геоэкологические аспекты // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2014. вып. 5. С. 442–449.
14. Иванов В.В., Чалов С.Р. Оценка стока и состава наносов р. Обь // Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. Материалы V Всероссийской научной конференции с международным участием. М., 2019. С. 219–222.
15. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв: основные закономерности и количественные оценки. Москва: Издательство Московского Университета, 1993. 200 с.
16. Лисецкий Ф.Н., Светличный А.А., Черный С.Г. Современные проблемы эрозиоведения / ред. Светличный А.А. Белгород: Константа, 2012. 456 с.
17. Лысанова Г.И., Сороковой А.А. Потенциал земельных ресурсов регионов Сибири // География И Природные Ресурсы. 2015. вып. 2. С. 149–155.
18. Магрицкий Д.В. Годовой сток взвешенных наносов российских рек водосбора Северного Ледовитого океана и его антропогенные изменения // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2010. вып. 6. С. 17–24.
19. Савельева Д.А., Каличкин В.К. Внутрисезонный мониторинг водной эрозии почв пашни в подтайге Западной Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. вып. 5. С. 15–21. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2021-10502
20. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 254 с.
21. Танасиенко А.А. Специфика эрозии почв в Сибири. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2003. 176 с.
22. Чалов С.Р., Школьный Д.И., Промахова Е.В., Леман В.Н., Романченко А.О. Формирование стока наносов в районах разработок россыпных месторождений // География И Природные Ресурсы. 2015. вып. 2. С. 22–30.
23. Чебочаков Е.Я., Муртаев В.Н. Современное состояние использования пахотных земель в хозяйствах разных форм собственности приенисейской Сибири // Вестник КрасГАУ. 2021. Т. 2. вып. 167. С. 10–16.
24. Чумбаев А.С., Танасиенко А.А. Измерение и оценка эрозии почв в результате снеготаяния // Новые методы и результаты исследований ландшафтов в Европе, Центральной Азии и Сибири / ред. Сычев В.Г., Мюллер Л. Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова, 2018. С. 224–228. https://doi.org/10.25680/7597.2018.78.77.145
25. Швебс Г.И. Формирование водной эрозии, стока наносов и их оценка. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974. 184 с.
26. Шынбергенов Е.А., Ермолаев О.П. Потенциальная эрозия почв бассейна Р. Лена // Вест. Удмурт. ун-та. Сер. Биология. Науки о Земле. 2017. Т. 27. вып. 4. С. 513–528.
27. Щеглова О.П. Формирование стока взвешенных наносов и смыв с горной части Средней Азии // Тр. СреднеазНИГМИ. 1972. вып. 60/75. С. 228.
28. Global Soil Partnership endorses guidelines on sustainable soil management | Global Soil Partnership | Food and Agriculture Organization of the United Nations [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.fao.org/global-soil-partnership/resources/highlights/detail/en/c/416516/.
29. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://atlas.mcx.ru/materials/egrpr/content/1sem.html.
30. Эрозионные процессы центрального Ямала / ред. Сидорчук А.Ю., Баранов А.В. Спб., 1999. 350 с.
31. FAO. Crops Production [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC.
32. Эрозионно-русловые системы / ред. Чалов Р.С., Голосов В.Н., Сидорчук А.Ю. М.: ИНФРА-М, 2017. 702 с.
33. Alewell C., Borrelli P., Meusburger K., Panagos P. Using the USLE: Chances, challenges and limitations of soil erosion modelling // International Soil and Water Conservation Research. 2019. V. 7. № 3. P. 203–225. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2019.05.004
34. Alewell C., Meusburger K., Juretzko G., Mabit L., Ketterer M.E. Suitability of 239+240Pu and 137Cs as tracers for soil erosion assessment in mountain grasslands // Chemosphere. 2014. V. 103. P. 274–280. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.12.016
35. Atoma H., Suryabhagavan K. V., Balakrishnan M. Soil erosion assessment using RUSLE model and GIS in Huluka watershed, Central Ethiopia // Sustainable Water Resources Management. 2020. V. 6. № 1. P. 12. https://doi.org/10.1007/s40899-020-00365-z
36. Benavidez R., Jackson B., Maxwell D., Norton K. A review of the (Revised) Universal Soil Loss Equation ((R)USLE): with a view to increasing its global applicability and improving soil loss estimates // Hydrology and Earth System Sciences. 2018. V. 22. № 11. P. 6059–6086. https://doi.org/10.5194/hess-22-6059-2018
37. GLOBCOVER 2009 Products Description and Validation Report. 2011.
38. Borrelli P., Robinson D.A., Fleischer L.R., Lugato E., Ballabio C., Alewell C., Meusburger K., Modugno S., Schütt B., Ferro V., Bagarello V., Oost K. Van, Montanarella L., Panagos P. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion // Nature Communications. 2017. V. 8. № 1. P. 2013. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02142-7
39. Bosco C., Rigo D. De, Dewitte O., Poesen J., Panagos P. Modelling soil erosion at European scale: Towards harmonization and reproducibility // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2015. V. 15. № 2. P. 225–245. https://doi.org/10.5194/nhess-15-225-2015
40. Chadli K. Estimation of soil loss using RUSLE model for Sebou watershed (Morocco) // Modeling Earth Systems and Environment. 2016. V. 2. № 2. P. 51. https://doi.org/10.1007/s40808-016-0105-y
41. Chalov S.R., Liu S., Chalov R.S., Chalova E.R., Chernov A.V., Promakhova E. V., Berkovitch K.M., Chalova A.S., Zavadsky A.S., Mikhailova N. Environmental and human impacts on sediment transport of the largest Asian rivers of Russia and China // Environmental Earth Sciences. 2018. V. 77. № 7. P. 274. : https://doi.org/10.1007/s12665-018-7448-9
42. Chalov S.R., Tsyplenkov A.S. Testing soil erosion model for large river basins: Lena river // 3rd International Conference on the Status and Future of the World‘s Large Rivers 18-21 April 2017, New Delhi, India. New Delhi, 2017.
43. Conrad O., Bechtel B., Bock M., Dietrich H., Fischer E., Gerlitz L., Wehberg J., Wichmann V., Böhner J. System for Automated Geoscientific Analyses (SAGA) v. 2.1.4 // Geoscientific Model Development. 2015. V. 8. № 7. P. 1991–2007. https://doi.org/10.5194/gmd-8-1991-2015
44. Global multi-resolution terrain elevation data 2010 (GMTED2010): U.S. Geological Survey OpenFile Report 2011–1073. 2011. 26 p.
45. Desmet P., Govers G. A GIs procedure for automatically calculating the USLE LS factor on topographically complex landscape units // Journal of Soil and Water Conservation. 1996. V. 51. № 5. P. 427–433.
46. Desmet P.J.J., Govers G. GIS-based simulation of erosion and deposition patterns in an agricultural landscape: a comparison of model results with soil map information // Catena. 1995. V. 25. № 1–4. P. 389–401.
47. Fabre C., Sauvage S., Tananaev N., Noël G.E., Teisserenc R., Probst J.L., Pérez J.M.S. Assessment of sediment and organic carbon exports into the Arctic ocean: The case of the Yenisei River basin // Water Research. 2019. V. 158. P. 118–135. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.04.018
48. Viewfinder Panoramas [Электронный ресурс] / Ferranti J. de. Режим доступа: http://viewfinderpanoramas.org/dem3.html.
49. Fu B., Liu Y., Lü Y., He C., Zeng Y., Wu B. Assessing the soil erosion control service of ecosystems change in the Loess Plateau of China // Ecological Complexity. 2011. V. 8. № 4. P. 284–293. https://doi.org/10.1016/j.ecocom.2011.07.003
50. Gayen A., Saha S., Pourghasemi H.R. Soil erosion assessment using RUSLE model and its validation by FR probability model // Geocarto International. 2020. V. 35. № 15. P. 1750–1768. https://doi.org/10.1080/10106049.2019.1581272
51. Griffin M.L., Beasley D.B., Fletcher J.J., Foster G.R. Estimating soil loss on topographically non-uniform field and farm units // Journal of soil and water conservation. 1988. V. 43. № 4. P. 326–331.
52. Hansen M.C., Potapov P.V., Moore R., Hancher M., Turubanova S.A., Tyukavina A., Thau D., Stehman S.V., Goetz S.J., Loveland T.R., Kommareddy A., Egorov A., Chini L., Justice C.O., Townshend J.R.G. High-Resolution Global Maps of 21st-Century Forest Cover Change // Science. 2013. V. 342. № 6160. P. 850–853. https://doi.org/10.1126/science.1244693
53. Hengl T., Jesus J.M.De, MacMillan R.A., Batjes N.H., Heuvelink G.B.M. Correction: SoilGrids1km – Global Soil Information Based on Automated Mapping // PLoS ONE. 2014. V. 9. № 12. P. e114788. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114788
54. Jazouli A. El, Barakat A., Ghafiri A., Moutaki S. El, Ettaqy A., Khellouk R. Soil erosion modeled with USLE, GIS, and remote sensing: a case study of Ikkour watershed in Middle Atlas (Morocco) // Geoscience Letters. 2017. V. 4. № 1. P. 25. https://doi.org/10.1186/s40562-017-0091-6
55. Kinnell P.I.A. Discussion: Misrepresentation of the USLE in ‘Is sediment delivery a fallacy?’ // Earth Surface Processes and Landforms. 2008. V. 33. № 10. P. 1627–1629. https://doi.org/10.1002/esp.1629
56. Soil erosion risk assessment in Italy. European Soil Bureau Research Report No. EUR 19022EN, 1999. 58 p.
57. Lehner B., Grill G. Global river hydrography and network routing: baseline data and new approaches to study the world’s large river systems // Hydrological Processes. 2013. V. 27. № 15. P. 2171–2186. https://doi.org/10.1002/hyp.9740
58. McCool D.K., Brown L.C., Foster G.R., Mutchler C.K., Meyer L.D. Revised slope steepness factor for the Universal Soil Loss Equation // Trans. ASAE. 1987. V. 30. № 5. P. 1387–1396.
59. Melkonian A.K., Willis M.J., Pritchard M.E., Stewart A.J. Recent changes in glacier velocities and thinning at Novaya Zemlya // Remote Sensing of Environment. 2016. V. 174. P. 244–257. https://doi.org/10.1016/j.rse.2015.11.001
60. Meusburger K., Konz N., Schaub M., Alewell C. Soil erosion modelled with USLE and PESERA using QuickBird derived vegetation parameters in an alpine catchment // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2010. V. 12. № 3. P. 208–215. https://doi.org/10.1016/j.jag.2010.02.004
61. Nachtergaele F., Velthuizen H. Van, Verelst L. Harmonized world soil database // Food and Agriculture …. 2008. P. 43.
62. Nearing M.A. A single, continuous function for slope steepness influence on soil loss // Soil Science Society of America Journal. 1997. V. 61. № 3. P. 917–919.
63. Olorunfemi I.E., Komolafe A.A., Fasinmirin J.T., Olufayo A.A., Akande S.O. A GIS-based assessment of the potential soil erosion and flood hazard zones in Ekiti State, Southwestern Nigeria using integrated RUSLE and HAND models // CATENA. 2020. V. 194. P. 104725. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104725
64. Oost K. Van, Govers G., Cerdan O., Thauré D., Rompaey A. Van, Steegen A., Nachtergaele J., Takken I., Poesen J. Spatially distributed data for erosion model calibration and validation: The Ganspoel and Kinderveld datasets // CATENA. 2005. V. 61. № 2–3. P. 105–121. https://doi.org/10.1016/j.catena.2005.03.001
65. Ozcan A.U., Erpul G., Basaran M., Erdogan H.E. Use of USLE/GIS technology integrated with geostatistics to assess soil erosion risk in different land uses of Indagi Mountain Pass—Çankırı, Turkey // Environmental Geology. 2008. V. 53. № 8. P. 1731–1741. https://doi.org/10.1007/s00254-007-0779-6
66. Panagos P. et al. Global rainfall erosivity assessment based on high-temporal resolution rainfall records // Scientific Reports. 2017. V. 7. № 1. P. 4175. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04282-8
67. Panagos P., Borrelli P., Meusburger K. A New European Slope Length and Steepness Factor (LS-Factor) for Modeling Soil Erosion by Water // Geosciences. 2015. V. 5. P. 117–126. https://doi.org/10.3390/geosciences5020117
68. Panagos P., Borrelli P., Meusburger K., Alewell C., Lugato E., Montanarella L. Estimating the soil erosion cover-management factor at the European scale // Land Use Policy. 2015. V. 48. P. 38–50. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2015.05.021
69. Panagos P., Borrelli P., Poesen J., Ballabio C., Lugato E., Meusburger K., Montanarella L., Alewell C. The new assessment of soil loss by water erosion in Europe // Environmental Science and Policy. 2015. V. 54. № August. P. 438–447. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2015.08.012
70. Parsons A.J., Wainwright J., Brazier R.E., Powell D.M. Is sediment delivery a fallacy? // Earth Surface Processes and Landforms. 2006. V. 31. № 10. P. 1325–1328. https://doi.org/10.1002/esp.1395
71. Parsons A.J., Wainwright J., Brazier R.E., Powell D.M. Is sediment delivery a fallacy? Reply // Earth Surface Processes and Landforms. 2008. V. 33. № 10. P. 1630–1631. https://doi.org/10.1002/esp.1627
72. Pietroń J., Chalov S.R., Chalova A.S., Alekseenko A.V., Jarsjö J. Extreme spatial variability in riverine sediment load inputs due to soil loss in surface mining areas of the Lake Baikal basin // Catena. 2017. V. 152. P. 82–93. https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.01.008
73. R Core Team R: A Language and Environment for Statistical Computing. 2020.
74. Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., McCool D.K., Yoder D.C. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) // Agricultural Handbook № 703. 1997. P. 404. https://doi.org/DC0-16-048938-5 65–100
75. Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., Porter J.P. RUSLE: revised universal soil loss equation // Journal of soil and Water Conservation. 1991. V. 46. № 1. P. 30–33.
76. Validation of soil erosion risk assessments in Italy. European Soil Bureau Research Report No. EUR 20676 EN, 2003. 25 p.
77. Schönbrodt S., Saumer P., Behrens T., Seeber C., Scholten T. Assessing the USLE crop and management factor C for soil erosion modeling in a large mountainous watershed in Central China // Journal of Earth Science. 2010. V. 21. № 6. P. 835–845. https://doi.org/10.1007/s12583-010-0135-8
78. Shrestha N.K., Wang J. Predicting sediment yield and transport dynamics of a cold climate region watershed in changing climate // Science of The Total Environment. 2018. V. 625. P. 1030–1045. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.12.347
79. Syvitski J.P.M., Milliman J.D. Geology, geography, and humans battle for dominance over the delivery of fluvial sediment to the coastal ocean // Journal of Geology. 2007. № 115. P. 1–19.
80. Tavares da Costa R., Mazzoli P., Bagli S. Limitations Posed by Free DEMs in Watershed Studies: The Case of River Tanaro in Italy // Frontiers in Earth Science. 2019. V. 7. № May. https://doi.org/10.3389/feart.2019.00141
81. Tsyplenkov A.S., Shynbergenov E.A., Chalov S.R., Ermolaev O.P. Spatio-temporal assessment of soil erosion and sediment yield for a large river basin // The Second International Young Scientists Forum on Soil and Water Conservation and ICCE symposium 2018 “Climate Change Impacts on Sediment Dynamics: Measurement, Modelling and Management”. Moscow, 2018.
82. Turowski J.M., Rickenmann D., Dadson S.J. The partitioning of the total sediment load of a river into suspended load and bedload: A review of empirical data // Sedimentology. 2010. V. 57. № 4. P. 1126–1146. https://doi.org/10.1111/j.1365-3091.2009.01140.x
83. Vente J. de, Poesen J. Predicting soil erosion and sediment yield at the basin scale: Scale issues and semi-quantitative models // Earth-Science Reviews. 2005. V. 71. № 1–2. P. 95–125. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2005.02.002
84. Williams J.R. Chapter 25: The EPIC model. // Computer models of watershed hydrology / ed. Singh V.P. Highlands Ranch, Colorado: Water Resources Publications, 1995. P. 909–1000.
85. Wilson J.P. Estimating the topographic factor in the universal soil loss equation for watersheds // Journal of soil and water conservation. 1986. V. 41. № 3. P. 179–184.
86. Wischmeier W.H., Smith D.D., Uhland R.E. Evaluation of factors in the soil loss equation // Agricultural Engineering. 1958. V. 39. № 8. P. 458–462.
87. Wu S., Li J., Huang G. An evaluation of grid size uncertainty in empirical soil loss modeling with digital elevation models // Environmental Modeling & Assessment. 2005. V. 10. № 1. P. 33–42. https://doi.org/10.1007/s10666-004-6595-4
88. Zingg A.W. Degree and length of land slope as it affects soil loss in runoff // Agric. Engineering. 1940. V. 21. P. 59–64.
89. Литвин Л.Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. Москва: ИКЦ “Академкнига”, 2002. 255 с.
Дополнительные файлы
Рецензия
Для цитирования:
Цыпленков А.С., Чалов С.Р., Шинкарева Г.Л. ВОДНАЯ ЭРОЗИЯ ПОЧВ В БАССЕЙНАХ КРУПНЕЙШИХ РЕК СИБИРИ. Известия Русского географического общества. 2022;154(5-6):86-111. https://doi.org/10.31857/S0869607122050093
For citation:
Tsyplenkov A.S., Chalov S.R., Shinkareva G.L. Assessment of Basin-Scale Soil Erosion within the Largest Siberian Rivers. Proceedings of the Russian Geographical Society. 2022;154(5-6):86-111. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0869607122050093
Просмотров:
165
Послать статью по эл. почте 