|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Ретроспективный анализ динамики эрозионно-аккумулятивных процессов под влиянием изменений границ пашни, систем земледелия и севооборотов в районах центра ЕТР с различной длительностью земледельческого использования (РНФ)НИР
Retrospective analysis of the dynamics of erosion-accumulative processes under the influence of changes in the boundaries of arable land, farming systems and crop rotations in the regions with different duration of agricultural use in the centre of the European Russia
- Руководитель НИР: Иванова Н.Н.
- Участники НИР: Осипова М.С., Фомичева Д.В., Шамшурина Е.Н.
- Подразделение: Научно-исследовательская лаборатория эрозии почв и русловых процессов имени Н.И.Маккавеева
- Срок исполнения: 11 января 2022 г. - 31 декабря 2023 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 22-27-00170
- Номер ЦИТИС: 122022100202-8
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Глобальные и региональные изменения окружающей среды и общества
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.47.15 Геоморфология суши
- 39.15.15 Историческая физическая география
- 39.19.27 География почв
-
Ключевые слова:
изменения
землепользования, метод магнитного трассера, темпы эрозионно-аккумулятивных процессов, перераспределение наносов, хрономаркер cs-137, севообороты
land-use changes, crop rotation, sediments redistribution, rates of erosion-accumulation processes, magnetic tracer method, chronomarker cs-137 -
Описание:
Цель проекта – ретроспективная количественная оценка интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов на разных этапах земледельческого освоения, основанная на реконструкции изменений площади и пространственного расположения ареалов пашни и состава полевых культур для ключевых участков, расположенных в регионах ЕТР с различными природными условиями и историей земледельческого освоения.
-
Abstract:
Soil water erosion is the main agent for the movement of soil material on the anthropogenically transformed arable slopes of the temperate plains. Changes in the intensity of soil erosion and redistribution of sediments are largely determined by the changes in the configuration of field boundaries and area of the arable land in different periods, as well as changes in the crop rotations. In the project, we plan to make a retrospective quantitative assessment of the rate of soil erosion, taking into account the detailed reconstruction of the history of land use of the three key sites located in regions with different natural conditions and the duration of plowing. The area and spatial position of arable land will be reconstructed on the basis of historical maps and satellite images at the study sites for different periods. A series of maps of the location of arable land, detailed data on farming systems, crop rotations and climatic characteristics at different stages of development will be used to quantitatively assess the dynamics of erosion-accumulative processes on arable land and the removal of sediment outside fields. Calculations of the intensity of erosion processes will be carried out on small catchments using spatially distributed erosion mathematical models. The calculated rates of soil erosion will be compared with field measurements based on soil morphological, magnetic tracer and radio-caesium methods. This research design appears to be innovative. Reconstructions of changes in the rate of soil erosion and the spatial position of the areas of washout and accumulation over a 250-year period for various regions have not been previously carried out in our country, and in other countries such studies are extremely few. Quantitative data on the rates of net and gross soil erosion under various scenarios of the configuration and area of arable land in combination with a different composition of crops can be the basis for creating environmentally friendly land use systems.
-
Планируемые результаты:
В результате детальной оценки динамики площадей пашни с конца 1980-х гг. по настоящее время по ключевому участку «Ельдигино» будут выделены этапы изменения площадей и расположения пахотных участков за этот период, проведен расчет темпов эрозионно-аккумулятивных процессов и натурная проверка полученных результатов. По итогам натурной проверки полученных для участка «Ельдигино» результатов будет определена пространственная точность используемой модели WATEM/SEDEM (соответствие расположения зон эрозии и аккумуляции и темпов эрозионно-аккумулятивных процессов прогнозу). Для ключевого участка «Плавский» будет построена серия векторных слоев, отражающих пространственное расположение границ пашни в разные периоды времени, и выявлен общий тренд изменений распаханности. На основании собранной информации об изменениях систем земледелия, состава полевых культур и выявленного тренда изменений площади пашни будут выделены этапы освоения территории ключевого участка «Плавский». Для ключевого малого водосбора в составе участка «Плавский» будут получены данные об интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов для каждого из выделенных этапов и проведена их верификация на основании материалов предыдущих исследований и полевых работ участников проекта. По результатам выполнения работ первого года проекта будут подготовлены 2 статьи для журналов, входящих в системы цитирования Scopus или Web of Sciences, и сделаны доклады на научных конференциях.
-
Научный задел:
В ходе предыдущих работ для ключевого участка на юге лесной зоны ЕТР «Ельдигино» простроена цифровая модель рельефа разрешением 20х20 метров на основании высотных отметок крупномасштабной топографической карты, имеются данные по гранулометрическому составу и содержанию Сорг. современных почв, подобраны планы генерального межевания за 1797 г. (1:42000), топографическая карта Шуберта Московской губернии за 1860 год (1:84000), карта европейской части России Стрельбицкого за 1871 год (1:420000), топографические карты Московской области масштаба 1:10000 за 1931, 1985 и 2000 года и карта России и СССР 50-х годов, выпушенная в США (1:250000). Выделены этапы освоения ключевого участка и проведен расчет интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов. В рамках выполнения проекта планируется более детальная оценка динамики площадей пашни с конца 1980-х гг. по настоящее время по космоснимкам высокого и сверхвысокого разрешения (сцены Landsat 7,8, Sentinel II, снимки из сервиса Google Earth и Planet), выделение этапов изменения площадей и расположения пахотных участков за этот период, расчет темпов эрозионно-аккумулятивных процессов и натурная верификация полученных результатов. Для ключевого участка в северной части лесостепной зоны ЕТР «Плавский» имеются оцифрованные топографические карты масштаба 1:25000 и детальные полевые данные для малого ключевого водосбора (водосбор балки в бассейне р.Локны) по степени смытости почв и мощности аккумуляции на подчиненных позициях рельефа, а также результаты оценки темпов аккумуляции радиоцезиевым методом за послечернобыльский период.
-
Основные результаты:
1. Создана база данных картографических источников разных лет создания (с удовлетворительным отображениям границ пашни), которую можно использовать не только для исследованных ключевых участков, но и соседних регионов юга лесной, севера и юга лесостепной зон земледельческого центра ЕТР. 2. Создана база данных высеваемых в районах юга лесной, севера и юга лесостепной зон сельскохозяйственных культур за последние 2-3 столетия, с хронологией появления новых культур (в частности, пропашных), увеличивающих опасность проявления эрозионных процессов. 3. Для каждого ключевого участка построена серия векторных слоев, отражающих пространственное положение границ пашни для разных временных интервалов в течение последних 2-3 столетий, проанализированы тренды изменения площади пашни, выявлены общие закономерности и региональные различия. 4. Для каждого ключевого участка проведено моделирование темпов эрозионно-аккумулятивных процессов на разных этапах земледельческого освоения при помощи модели WATEM/SEDEM с использованием реконструированных величин основных факторов эрозии в качестве входных параметров. 5. Проведена верификация предложенной участниками проекта методики ретроспективной количественной оценки эрозионных потерь при помощи модели WATEM/SEDEM с использованием реконструированных величин основных факторов эрозии в качестве входных параметров. Сравнение расчетных эрозионных потерь на ключевом участке Плавск за всю историю земледельческого использования с фактической современной мощностью гумусовых горизонтов почв показало высокую сходимость. 6. Проведен сравнительный анализ пространственного распределения зон эрозии и аккумуляции на ключевых участках в зависимости от распределения пахотных угодий по крутизне и расположения границ пашни относительно бровок эрозионной сети в различные периоды освоения. 7. На основании ранжирования полученных данных об изменениях севооборотов, площади и пространственного положения пашни, климатических характеристик по степени их влияния на интенсивность эрозионно-аккумулятивных процессов сделан вывод о ключевой роли фактора рельефа.
- Добавил в систему: Иванова Надежда Николаевна
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 20 декабря 2021 г.-31 декабря 2022 г. | Ретроспективный анализ динамики эрозионно-аккумулятивных процессов под влиянием изменений границ пашни, систем земледелия и севооборотов в районах центра ЕТР с различной длительностью земледельческого использования |
| Результаты этапа: Для ключевого участка Ельдигино на юге лесной зоны реконструированы площади и пространственное положение пахотных угодий с 1985 г. по настоящее время, определены изменения почвозащитной способности севооборотов и эрозионного индекса осадков, проведено моделирование темпов эрозионно-аккумулятивных процессов для трех временных рубежей (1985, 2000, 2018 гг.) с использованием модели WaTEM/SEDEM. Построены карты (ГИС-слои) с пространственным положением зон с различнымии темпами смыва и аккумуляции. Выявлено, что массовое сокращение площади пашни произошло после 2003 г. В 1985 г. распахивалось 20% территории, что всего лишь на 5% меньше, чем в 1954 г, в 2003 г. распаханность составила 17%, а к настоящему времени пахотные угодья занимают 8% площади полигона Ельдигино. Создана карта длительности распашки для оценки суммарной продолжительности агрогенного воздействия для всех когда-либо осваиваемых участков полигона. С 1767 г. 65% территории полигона хотя бы на какое-то время подвергалась распашке: 28% от этой площади обрабатывалось менее 40 лет, 27% – от 40 до 80 лет. Участки с суммарной длительностью распашки 80-120 лет и 120-160 лет занимают по 16% от площади когда-либо обрабатываемых земель. Наиболее давно осваиваемые земли (160-200 и более 200 лет) составляют 9 и 4% соответственно. Для ключевого участка Плавский на севере лесостепной зоны ЕТР по картографическим материалам разных дет создания реконструированы границы пашни в бассейне р. Локны с конца XVIII в. до наших дней для 8 временных интервалов. Установлено, что массовое земледельческое освоение бассейна Локны началось не ранее середины XVII в. и шло быстрыми темпами – за 200 лет было распахано более половины территории. Максимальная площадь пашни (81% территории бассейна) была достигнута в последней четверти XIX в., в дальнейшем происходило ее уменьшение. Восстановлена динамика почвозащитной способности севооборотов, эрозионного потенциала ливневых осадков для всего исследуемого периода. На основании натурных данных рассчитано среднее значение коэффициента эродируемости почв в бассейне р. Локны. По модели WaTEM/SEDEM с использованием исторических данных об изменениях основных факторов эрозии в качестве входных параметров рассчитаны интенсивность и объемы ливневого смыва для выделенных этапов освоения бассейна Локны, получена серия ГИС-слоев с пространственным положением зон с разными темпами смыва для каждого периода освоения. Максимальные темпы (11,3 т/га в год) наблюдались в период 1861-1913 во многом за счет распашки бортов долинной сети после реформы 1861 г., а минимальные (5,4 т/га в год) – в 1993-2010 из-за изменений в структуре севооборотов и массового забрасывания земель в результате экономического кризиса.На малом водосборе Петровка в бассейне Локны проведена верификация расчетов по модели WaTEM/SEDEM путем сравнения величин эрозионных потерь на пашне, рассчитанных на основе радиоцезиевого и почвенно-морфологического методов и математического моделирования. Близость полученных разными методами оценок баланса наносов свидетельствует о высокой степени достоверности рассчитанных по модели значений. | ||
| 2 | 2 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Ретроспективный анализ динамики эрозионно-аккумулятивных процессов под влиянием изменений границ пашни, систем земледелия и севооборотов в районах центра ЕТР с различной длительностью земледельческого использования |
| Результаты этапа: 1. Создана база данных картографических источников разных лет создания (с удовлетворительным отображениям границ пашни), которую можно использовать не только для исследованных ключевых участков, но и соседних регионов юга лесной, севера и юга лесостепной зон земледельческого центра ЕТР. 2. Создана база данных высеваемых в районах юга лесной, севера и юга лесостепной зон сельскохозяйственных культур за последние 2-3 столетия, с хронологией появления новых культур (в частности, пропашных), увеличивающих опасность проявления эрозионных процессов. 3. Для каждого ключевого участка построена серия векторных слоев, отражающих пространственное положение границ пашни для разных временных интервалов в течение последних 2-3 столетий, проанализированы тренды изменения площади пашни, выявлены общие закономерности и региональные различия. 4. Для каждого ключевого участка проведено моделирование темпов эрозионно-аккумулятивных процессов на разных этапах земледельческого освоения при помощи модели WATEM/SEDEM с использованием реконструированных величин основных факторов эрозии в качестве входных параметров. 5. Проведена верификация предложенной участниками проекта методики ретроспективной количественной оценки эрозионных потерь при помощи модели WATEM/SEDEM с использованием реконструированных величин основных факторов эрозии в качестве входных параметров. Сравнение расчетных эрозионных потерь на ключевом участке Плавск за всю историю земледельческого использования с фактической современной мощностью гумусовых горизонтов почв показало высокую сходимость. 6. Проведен сравнительный анализ пространственного распределения зон эрозии и аккумуляции на ключевых участках в зависимости от распределения пахотных угодий по крутизне и расположения границ пашни относительно бровок эрозионной сети в различные периоды освоения. 7. На основании ранжирования полученных данных об изменениях севооборотов, площади и пространственного положения пашни, климатических характеристик по степени их влияния на интенсивность эрозионно-аккумулятивных процессов сделан вывод о ключевой роли фактора рельефа. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".