СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ РЕКОНСТРУИРОВАННОЙ МОЩНОСТИ ГУМУСОВОГО ГОРИЗОНТА ЧЕРНОЗЕМОВ СКЛОНОВ Российский патент 2009 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к области почвоведения, может применяться для определения мощности гумусового горизонта черноземных почв, существовавшей до начала деградации почв, вызванной антропогенным воздействием, и может применяться при составлении прогнозов.

Способов определения былой мощности гумусового горизонта черноземных почв до начала их деградации в источниках информации не описано.

В литературе известен метод реконструкции природных условий обитания древнего человека педогумусовым методом М.И. Дергачевой (1997-1998), основанный на том, что гумус обладает сенсорностью и рефлекторностью по отношению к природной среде, является памятью ландшафтных условий, требует наличия рецентной (современной) основы (Дергачева М.Н., Рябова Н.Н. Эколого-гумусовые связи горных стран и возможности их использования при реконструкции палеоприродной среды / В кн.: Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. - Иркутск: из-во Иркутского госуниверситета, 2006, с.37-41).

Зная зависимость, характер связи состава и свойств гумуса с особенностями отдельных факторов почвообразования, можно методом актуализации, используя обратную формулу Докучаева - факторы почвообразования - свойства (признаки) почв, реконструировать по составу и свойствам гумуса отдельные характеристики основных условий формирования почв (Гончарова Н.В., Некрасова О.А., Ондар Е.Э., Афанасьева Н.Н., Васильева Д.И., Никерова Т.В., Свалова А.В. Связи гумус-природная среда современных почв как основа реконструкции экологических условий обитания древнего человека / В кн. Почвы национальное достояние России. Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Книга 1. Новосибирск, 2004, с.175).

В условиях расчлененного рельефа умеренно-засушливой и колочной степи территорий распространены черноземы выщелоченные, реже обыкновенные разной мощности гумусового горизонта. Это плодородные почвы, позволяющие получать высокие урожаи возделываемых культур. Сельскохозяйственное использование черноземов, начатое около 300 лет назад и достигшее наибольшей интенсивности после освоения земель подверглись и подвергаются сейчас плоскостной водной эрозии. В результате на склонах разных экспозиций образуются в разной степени эродированные почвы, характеризующиеся прежде всего меньшей мощностью гумусового горизонта (А+АВ) по сравнению с водоразделами.

При классификации эродированных почв степень эродированности определяется, как правило, сравнением профиля эродированных почв с профилем почвы, не нарушенной смывом, так называемым эталоном.

Существуют разные подходы в выборе эталона. Одни исследователи считают необходимом брать в качестве эталона почвенный профиль неэродированной почвы в сравнимых условиях на склоне /Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории европейской части СССР и борьба с ними. М.: Изд-во АН СССР, 1948, 305 с./, другие - на водоразделе /Наумов С.В. К вопросу классификации смытых почв. Почвоведение, 1955, №5, с.60-68. Предлагается также моделировать эталон путем математических рассчетов /Заславский М.Н. Эрозия почв. М.: Мысль, 1979. 245 с./. Однако все эти методы отыскания эталона или далеки от совершенства, или практически невыполнимы, так как найти не смытую почву на склоне в естественных условиях чрезвычайно сложно ввиду практически сплошной распашки территории. К тому же почвы пашен в результате их длительного использования утратили свои первоначальные свойства.

В эрозиоведении разработаны классификации почв по степени эродированности в зависимости от степени смыва мощности гумусового горизонта (Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв. - М.: Изд-во МГУ, 1996). Согласно данной классификации для черноземных почв к слабосмытым относятся почвы, где смыто менее одной трети горизонта А, к среднесмытым - где смыт более чем наполовину горизонт А (мощность подпахотного слоя и запасы гумуса в нем сокращаются на 50% по сравнению с неэродированной почвой), к сильносмытым - где смыт полностью горизонт А и частично горизонт В (мощность слоя и запасы гумуса в нем сокращаются на 75%). Однако определение фактической степени смыва почвы затруднено отсутствием данных о былой мощности гумусового горизонта почв, расположенных на склонах. Априори считается, что процессы почвообразования (гумусообразование, элювиирование и др.), связанные с глубиной промачивания почв и, следовательно, с глубиной распространения корневой системы растений на склонах с большей крутизной протекают с меньшей интенсивностью, чем на водоразделах, и, следовательно, мощность гумусовых горизонтов черноземов склонов разных экспозиций и крутизны должна быть меньше, по сравнению с мощностью гумусовых горизонтов черноземных почв водоразделов.

Технической сущностью настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего восстановить первоначальную мощность гумусового горизонта (А+АВ) склоновых черноземных почв, существовавшую до начала их распашки.

Настоящая сущность достигается тем, что способ определения величины реконструированной мощности гумусового горизонта черноземов склонов заключается в том, что на водоразделе и частях склона (верхней, средней, нижней трети) закладывают не менее четырех полнопрофильных разрезов на глубину до почвообразующей породы, проводят замеры мощности гумусового горизонта черноземов водораздела, глубины залегания почвообразующей породы на водоразделе и глубины залегания почвообразующей породы на склоне, определяют в заложенных разрезах величину реконструированной мощности гумусового горизонта в каждой точке и по ним восстанавливают профиль склона, существовавший до деградации, при этом величину реконструированной мощности гумусового горизонта частей склона определяют по формуле:

где РМ_1(2,3) - реконструированная (былая) мощность гумусового горизонта на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см;

ФМ_в - фактическая (современная) мощность гумусового горизонта (А+АВ) черноземов водораздела, см;

С_кв - глубина залегания почвообразующей породы на водоразделе, см;

С_к1(2,3) - глубина залегания почвообразующей породы на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см.

На фиг.1 показан почвенно-геоморфологический профиль склона северной экспозиции.

На фиг.2 показан почвенно-геоморфологический профиль склона южной экспозиции.

Позициями обозначены: 1 - современная мощность гумусового горизонта, 2 - реконструированная мощность гумусового горизонта, 3 - номер разреза и индекс почв, 4 - современное строение почв разрезов, заложенных почвенно-геоморфологическому профилю. Ап - пахотный горизонт, А - гумусовый горизонт, АВ - переходный гумусовый горизонт, В - иллювиальный горизонт, Bt - иллювиальный текстурный горизонт, Вк - иллювиальный карбонатный горизонт, ВСк - переходный горизонт к почвообразующей породе, Ск - почвообразующая порода.

Анализ описания полнопрофильных разрезов черноземных почв по 5 склонам в условиях расчлененного рельефа позволил найти соотношение между мощностями гумусовых горизонтов и мощностями почв водоразделов и склонов разных экспозиций, принимая, что на водоразделе смыв почвы (плоскостная водная эрозия) практически отсутствует. Это соотношение имеет вид:

где ФМ_в - фактическая (современная) мощность гумусового горизонта (А+АВ) черноземов водораздела, см;

С_кв - глубина залегания почвообразующей породы на водоразделе, см;

РМ_1(2,3) - реконструированная (былая) мощность гумусового горизонта на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см;

С_к1(2,3) - глубина залегания почвообразующей породы на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см.

Из соотношения находим искомую реконструированную (былую) мощность гумусовых горизонтов почв склонов:

Для примера приводим расчеты реконструированных мощностей гумусовых горизонтов черноземов по почвенно-геоморфологическим профилям склонов северной и южной экспозиций.

1. Почвенно-геоморфологический профиль склона северной экспозиции крутизной 2-5° (фиг.1).

На этом склоне вместе с водоразделом заложено 6 полнопрофильных разрезов:

Р. №6 - заложен на водоразделе, почва - чернозем выщелоченный среднемощный (ФМ_в - 51 см) среднегумусный среднесуглинистый (Ч^в3 _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 147 см.

Р. №7 - заложен в верхней трети склона, почва - чернозем выщелоченный маломощный (ФМ₁ - 28 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч^в1 _1с), глубина залегания почвообразующей породы - 150 см.

Р. №8 - заложен в верхней трети склона в 300 м от разреза №7, почва - чернозем выщелоченный маломощный (ФМ₁ - 40 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч^в1 _1с), глубина залегания почвообразующей породы - 148 см.

Р. №9 - заложен в средней трети склона в 250 м от разреза №8, почва - чернозем выщелоченный маломощный (ФМ₂ - 33 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч^в1 _1с), глубина залегания почвообразующей породы - 147 см.

Р. №10 - заложен в средней трети склона в 250 м от разреза №9, почва - чернозем выщелоченный маломощный (ФМ₂ - 33 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч^в1 _1с), глубина залегания почвообразующей породы - 192 см.

Р. №11 - заложен в нижней трети склона в 300 м от разреза №10, почва - чернозем выщелоченный маломощный (ФМ₃ - 28 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч^в1 _1с), глубина залегания почвообразующей породы - 158 см.

Р. №12 - заложен в нижней трети склона в 250 м от разреза №11, почва - чернозем выщелоченный маломощный (ФМ₃ - 40 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч^в1 _1с), глубина залегания почвообразующей породы - 139 см.

Фактическая мощность гумусового горизонта на водоразделе ФМ_в=51 см, глубина залегания почвообразующей породы здесь С_кв=147 см. На склоне северной экспозиции в верхней трети склона (Р. №7, №8) глубина залегания почвообразующих пород c_к1(Р.№8)=151 см, С_к1(Р.№8)=148 см. Реконструированные мощности гумусовых горизонтов:

Фактические (современные) мощности гумусовых горизонтов почв в верхней трети склона северной экспозиции (Р. №7, Р. №8) равны 28 см (ФМ_{1(Р. №7)}=28 см) и 40 см (ФМ_{1(Р. №8)}=40 см).

С момента освоения целинных земель в верхней части склона черноземы потеряли:

РМ_{1(Р. №7)} - ФМ_{1(Р. №7)} = 52 см - 28 см = 24 см

РМ_{1(Р. №8)} - ФМ_{1(Р. №8)} = 51,3 см - 40 см = 11,3 см ≈ 11 см.

Аналогичный расчет проводится для средней трети склона (Р. №9, Р. №10). На склоне северной экспозиции в средней трети склона глубина залегания почвообразующих пород С_{к2(Р. №9)}=147 см, C_{к2(Р. №10)}=192 см. Реконструированные мощности гумусовых горизонтов:

Фактические (современные) мощности гумусовых горизонтов почв в средней трети склона северной экспозиции (Р. №9, Р. №10) равны 33 см (ФМ_2(Р.№9)=33 см) и 33 см (ФМ_2(Р.№10)=33 см).

С момента освоения целинных земель в средней части склона черноземы потеряли:

РМ_{2(Р. №9)} - ФМ_{1(Р. №9)} = 51 см - 33 см = 18 см

РМ_{2(Р. №10)} - ФМ_{1(р. №10)} = 67 см - 33 см = 34 см.

На склоне северной экспозиции в нижней трети склона (Р. №11, №12) глубина залегания почвообразующих пород С_{к3(Р.№11)}=158 см, С_{к3(Р.№12)}=129 см. Реконструированные мощности гумусовых горизонтов:

Фактические (современные) мощности гумусовых горизонтов почв в нижней трети склона северной экспозиции (Р. №11, Р. №12) равны 28 см (ФМ_3(Р.№11)=28 см) и 40 см (ФМ_3(Р.№12)=40 см).

С момента освоения целинных земель в нижней части склона северной экспозиции черноземы потеряли:

РМ_3(Р.№11) - ФМ_3(Р.№11) = 55 см - 28 см = 27 см

РМ_3(Р.№12) - ФМ_3(Р.№12) = 45 см - 40 см = 5 см.

2. Почвенно-геоморфологический профиль склона южной экспозиции крутизной 2-5° (фиг.2).

На этом склоне вместе с водоразделом заложено 8 полнопрофильных разрезов: Р. №22 - заложен на водоразделе, почва - чернозем выщелоченный среднемощный (ФМ_в - 54 см) малогумусный (Ч^в2 _2с), глубина залегания почвообразующей - 155 см.

Р. №21 - заложен в верхней трети склона, почва - чернозем обыкновенный среднемощный (ФМ₁ - 57 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч¹ _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 150 см.

Р. №20 - заложен в верхней трети склона в 250 м от разреза №21, почва - чернозем обыкновенный среднемощный (ФМ₁ - 44 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч¹ _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 136 см.

Р. №19 - заложен в средней трети склона в 250 м от разреза №20, почва - чернозем выщелоченный среднемощный (ФМ₂ - 53 см) малогумусный среднесуглинистый (Ч^в2 _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 153 см.

Р. №18 - заложен в средней трети склона в 250 м от разреза №19, почва - чернозем обыкновенный среднемощный (ФМ₂ - 41 см) малогумусный среднесуглинистый (Ч² _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 150 см.

Р. №17 - заложен в средней трети склона в 250 м от разреза №18, почва - чернозем обыкновенный среднемощный (ФМ₂ - 40 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч¹ _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 155 см.

Р. №16 - заложен в нижней трети склона в 250 м от разреза №17, почва - чернозем обыкновенный маломощный (ФМ₃ - 34 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч¹ _1c), глубина залегания почвообразующей породы - 148 см.

Р. №15 - заложен в нижней трети склона в 250 м от разреза №16, почва - чернозем обыкновенный среднемощный (ФМ₃ - 60 см) слабогумусированный среднесуглинистый (Ч¹ _2с), глубина залегания почвообразующей породы - 150 см.

Фактическая мощность гумусового горизонта на водоразделе ФМ_в=54 см, глубина залегания почвообразующей породы здесь С_кв=155 см. На склоне южной экспозиции в верхней трети склона (Р.№21, №20) глубина залегания почвообразующих пород С_{к1(Р.№21)}=150 см, С_{к1(р.№20)}=136 см. Реконструированные мощности гумусовых горизонтов:

Фактические (современные) мощности гумусовых горизонтов почв в верхней трети склона южной экспозиции (Р. №21, Р. №20) равны 57 см (ФМ_1(Р.№21)=57 см) и 44 см (ФМ_1(Р.№20)=44 см).

С момента освоения целинных земель в верхней части склона черноземы потеряли:

РМ_{1(Р. №20)} - ФМ_{1(Р. №20)} = 47,3 см - 44 см = 3,3 см≈3 см.

РМ_{1(Р. №21)} - ФМ_{1(Р. №21)} = РМ_1(Р..№21) < ФМ_{1(Р. №21)}, 52,2 см < 57 см, т.е. почва намыта.

Аналогичный расчет проводится для средней трети склона (Р. №19, Р. №18). На склоне южной экспозиции в средней трети склона глубина залегания почвообразующих пород С_{к2(Р. №19)}=153 см, C_{к2(Р. №18)}=150 см. Реконструированные мощности гумусовых горизонтов:

Фактические (современные) мощности гумусовых горизонтов почв в средней трети склона южной экспозиции (Р. №19, Р. №18) равны 53 см (ФМ_2(Р.№19)=53 см) и 41 см (ФМ_2(Р.№18)=41 см).

С момента освоения целинных земель в средней части склона черноземы потеряли:

РМ_{2(Р. №19)} - ФМ_{1(Р. №19)} = 53,3 см - 53 см = 0,3 см

РМ_{2(Р. №18)} - ФМ_{1(Р. №18)} = 52,2 см - 41 см = 11,2 см.

На склоне южной экспозиции в нижней трети склона (Р. №17, №16, Р. №15) глубина залегания почвообразующих пород C_{к3(Р.№17)}=150 см, С_{к3(Р.№16)}=148 см, С_{к3(Р.№15)}=150 см. Реконструированные мощности гумусовых горизонтов:

Фактические (современные) мощности гумусовых горизонтов почв в нижней трети склона южной экспозиции (Р. №17, Р. №16, Р. №15) равны 40 см (ФМ_{3(Р. №17)}=40 см), 34 см (ФМ_{3(Р. №16)}=34 см) и 60 см (ФМ_3(Р.№15)=60 см).

С момента освоения целинных земель в нижней части склона южной экспозиции черноземы потеряли:

РМ_{3(Р. №17)} - ФМ_{3(Р. №17)} = 52,2 см - 40 см = 12,2 см

РМ_{3(Р. №16)} - ФМ_{3(Р. №16)} = 51,5 см - 34 см = 17,5 см

РМ_{3(Р. №15)} - ФМ_{3(Р. №15)} = РМ_{3(Р. №15)}<ФМ_{3(Р. №15)}; 52,2 см < 60 см, т.е. почва намыта.

В способе на водоразделе склона и частях склона закладывают не менее четырех полнопрофильных разрезов на глубину до почвообразующей породы. Проводят замеры мощности гумусового горизонта черноземов водораздела, глубины залегания почвообразующей породы на водоразделе и глубины залегания почвообразующей породы на склоне. В заложенных разрезах определяют величину реконструированной мощности гумусового горизонта в каждой точке и по ним восстанавливают профиль склона, существовавший до деградации. При этом величину реконструированной мощности гумусового горизонта частей склона определяют по формуле:

где РМ_1(2,3) - реконструированная мощность гумусового горизонта на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см; ФМ_В - фактическая мощность гумусового горизонта (А+АВ) черноземов водораздела, см; С_кв - глубина залегания почвообразующей породы на водоразделе, см; С_к1(2,3) - глубина залегания почвообразующей породы на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см. Способ позволяет реконструировать первоначальную мощность гумусового горизонта склоновых черноземных почв, существовавшую до начала их распашки. 2 ил.

Способ определения величины реконструированной мощности гумусового горизонта черноземов склонов, заключающийся в том, что на водоразделе склона и частях склона закладывают не менее четырех полнопрофильных разрезов на глубину до почвообразующей породы, проводят замеры мощности гумусового горизонта черноземов водораздела, глубины залегания почвообразующей породы на водоразделе и глубины залегания почвообразующей породы на склоне, определяют в заложенных разрезах величину реконструированной мощности гумусового горизонта в каждой точке и по ним восстанавливают профиль склона, существовавший до деградации, при этом величину реконструированной мощности гумусового горизонта частей склона определяют по формуле

,

где РМ_1(2,3) - реконструированная мощность гумусового горизонта на: 1 -верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см;

ФМ_В - фактическая мощность гумусового горизонта (А+АВ) черноземов водораздела, см;

С_кв - глубина залегания почвообразующей породы на водоразделе, см;

С_к1(2,3) - глубина залегания почвообразующей породы на: 1 - верхней, 2 - средней, 3 - нижней трети склона, см.