КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-77-10045
НазваниеСовременная аккумуляция наносов в сопряжённых звеньях эрозионной сети бассейна малой реки с высокой антропогенной нагрузкой
Руководитель Иванов Максим Михайлович, Кандидат географических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской Академии наук , г Москва
Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-702 - Геоморфология
Ключевые слова Эрозия почвы, сток наносов, флювиальная геоморфология, радиоцезиевый метод, эрозионное моделирование, Среднерусская возвышенность
Код ГРНТИ39.19.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Ускоренная эрозия почвы, возникающая в результате воздействия на почвенный покров в процессе сельскохозяйственной деятельности, становится причиной ряда экономически и экологически значимых неблагоприятных последствий. В первую очередь потери почвенного материала приводят к снижению плодородия почвы и возрастанию издержек, связанных с восстановлением последнего. Увеличение стока взвешенных наносов в результате выноса материала с обрабатываемых склонов является одной из основных причин сокращения русловой сети (проблема отмирания малых рек), а также приводит к интенсивному заилению и сокращению объёма искусственных прудов и водохранилищ.
Процессы эрозии почв на обрабатываемых склонах являются основным источником поступления связанных с почвенными частицами загрязнителей. Некоторые из них, например, техногенный радионуклид 137Cs, служат надёжными хронологическими маркерами и трассерами при эрозионных исследованиях. В пределах территорий с сравнительно высокими уровнями загрязнения 137Cs достоверное радиометрическое определение его концентрации в почве требует существенно более низких временных затрат, что открывает возможность для получения большего объёма фактических данных при прочих равных условиях.
Наличие высокоточного и экономичного способа оценки интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов становится ещё более важным с учетом практического отсутствия системы мониторинга эрозии. Реакция различных звеньев эрозионной сети на современные климатические изменения и трансформацию системы землепользования может быть выявлена только путём повторных исследований ключевых участков речных бассейнов, где в процессе предыдущих работ были получены сопоставимые количественные оценки интенсивности и суммарных объёмов перераспределения наносов.
Проект предполагает проведение полевых исследований группы ключевых участков в сопряжённых звеньях эрозионной сети бассейна р. Плавы, Тульская обл. (левый приток р. Упы). Данный бассейн является типичным для наиболее приподнятой части Среднерусской возвышенности и характеризуется высокой степенью эрозионного расчленения рельефа и значительной долей распахиваемых земель (свыше 50%). После аварии на ЧАЭС территория бассейна, и в особенности его центральная часть, подверглась интенсивному радиоактивному загрязнению в связи с выпадением 137Cs, являющимся радионуклидом техногенного происхождения. C 1996 г. в бассейне р. Плавы проводились детальные исследования эрозионно-аккумулятивных процессов и миграции техногенных радионуклидов в пределах серии ключевых малых водосборов и участков пойм. Для большинства исследованных участков с момента последних работ прошло уже несколько десятилетий, что является вполне достаточным сроком для выявления тенденций развития эрозионно-аккумулятивных процессов и трансформации структуры баланса наносов, которые могут быть зафиксированы в аккумулятивных толщах и соответствующих изменениях морфологии рельефа.
Таким образом, повторное изучение ключевых участков даст возможность определить и сопоставить средние темпы и суммарные объёмы аккумуляции материала за разные временные интервалы, а именно за период с 1986 г. и до момента первых обследований конкретных водосборов, которые проводились в период 1996-2012 гг., и с 1986 г. до момента планируемых работ в рамках проекта. Использование более совершенных методов исследования, включая высокоточную аэрофотосъёмку и экспресс-анализ распределения радионуклидов в почве, позволит существенно повысить репрезентативность производимых оценок и увеличить их точность. Планируемый проект можно рассматривать в качестве прецедента, имеющего инновационную методологическую ценность, поскольку в нем предлагается оптимизированная схема подобного рода исследований эрозионного-аккумулятивных процессов, которые могут быть воспроизведены в будущем как на рассматриваемых ключевых участках, так и в пределах других регионов России, затронутых Чернобыльским загрязнением.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Иваном М.М., Иванова Н.Н., Голосов В.Н., Усачева А.А., Дымчук Н.Г., Смолина Г.А., Фомичева Д.В. Оценка изменений чернобыльского загрязнения и темпов смыва пахотных почв путем повторного обследования Почвоведение, ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2024, № 9, с. 1251–1262 (год публикации - 2024)
2. Иванов М.М., Иванова Н.Н., Краснов С.Ф. Роль напаши в перераспределении продуктов антропогенной эрозии почвы Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение (год публикации - 2024)
3. Иванов М.М., Иванова Н.Н., Фоминых П.И., Луговой Н.Н. ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПОВ НАКОПЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ЭРОЗИИ ПОЧВ В ДНИЩЕ БАЛКИ С РАСПАХАННЫМ ВОДОСБОРОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВТОРНЫХ РАДИОЦЕЗИЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Вестник Московского университета. Серия 5. География (год публикации - 2025)
4.
Иванов М.М., Иванова Н.Н., Краснов С.Ф.
Роль напаши в перераспределении продуктов антропогенной эрозии почвы
«Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение» – это научный рецензируемый журнал, который выходит в свет отдельной серией с 1977 года. Периодичность издания – 4 номера в год, среднее количество статей в номере - 9-10.
Учредителями журнала являются Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; факультет почвоведения МГУ. Издателем является Издательский дом (Типография) МГУ., ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 3 (год публикации - 2024)
10.55959/MSU01 37-0944–17-2024-79-3-97-105
5. Иванов М.М., Голосов В.Н., Иванова Н.Н., Фоминых П.И. Using Chernobyl-derived 137Cs depth distribution for study on sediment transport in small agricultural catchment GEOGRAPHY, ENVIRONMENT, SUSTAINABILITY (год публикации - 2025)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Ключевой участок «Лапки».
Был произведён интегральный пробоотбор на обрабатываемых склонах в рамках применения методики re-sampling на участке Лапки с точным повтором точек отбора проб 1997 года. Полученный массив данных был подвергнут статистической обработке в программах пакете RStudio и Microsoft Excel.
В днище сухой долины, накапливающей сток наносов, поступающих с исследованных склонов, был произведён повторный послойный пробоотбор в верхней и нижней части долины в точках, повторяющих пробоотбор 1997 г (30 образцов). В полученных пробах также было произведено определение содержания Cs-137. Полученные графики позволили определить изменения мощности толщи наносов аккумулированной с 1986 г. в динамике 1986-1997 гг. и 1986-2024 гг. По всей длине сухой долины было произведено ручное бурений аккумулятивных толщ для определения их подошвы для оценки размеров накопления продуктов ускоренной эрозии за весь период агрогенного освоения.
Статистический анализ массивов данных об интегральных запасах Cs-137 на обрабатываемых склонах за 1997 и 2024 гг ключевого участка «Лапки» показал, что различия между полученными данными являются статистически достоверными. Однако исходный дизайн сети точек отбора проб не позволяет получить репрезентативную оценку развития эрозионно-аккумулятивных процессов по всей площади исследованного водосбора: исходное положение точек было задано, исходя из расположения предполагаемых линий тока, где в условиях сокращающегося талого и ливневого стока происходит процесс внутрисклоновой аккумуляции.
Средние показатели запасов по всему массиву и отдельным площадям выросли за 27 лет. Наиболее сильные изменения показателей были зафикисированы в нижней части склонов, где по всей видимости происходит наиболее высокая концентрация склонового стока наносов. Анализ КК-графиков показал, что в обоих массивах отклонение от нормального распределение было обусловлено малым количеством точек, расположенных у подножия склонов.
Темпы аккумуляции в днище сухой долины показали закономерное сокращение в почти в 1,5 раза. При этом соотношение интенсивности аккумуляции в верхней и нижней части долины сохранило своё осталось прежним.
Учитывая общий нисходящий тренд изменения концентрации радионуклидов в склоновом стоке, распределение Cs-137 в постчернобыльской аккумулятивной толще было рассмотрено в качестве индикатора относительно возраста. В результате изучения трёх возможным путей миграции наносов с пахотных склонов в русловую сеть было установлено, что вынос материала осуществляется в принимающую долины происходит только при условии концентрации стока в склоновой ложбине. При этом доставка наносов по днищу долины является длительным процессов, связанным с развитием отдельных крупных эпизодов при интенсивном снеготаяние. При имеющих место климатических трендах степень транзитности сухой долины скорее всего сокращается, а в самом преобладает долговременное накопление эродированного материала, которое может нарушено активизацией вторичных донных врезов.
Ключевой участок «Селезневка»
Была проведение крупномасштабной съёмки ключевого участка Селезневка с использование БПЛА и высокоточного GPS-приёмника для создания актуальных ортофотопланов и цифровых моделей рельефа. Составлена крупномасштабная геоморфологическая карта водосбора, выделены современные стокоформирующие площади. Проведено обследования состояния нижней границы пашни на предмет морфологической выраженности напаши, как важного рубежа стока, и возможности поступления материала в сухую долину.
Проведено математическое моделирование средних многолетних темпов на обрабатываемых склонах водосбора при разных вариантах выделения стокоформирующих площадей. Моделирование эрозии на склонах ключевого участка «Селезневка» показало, что суммарные потери почвы за агрогенный период (1690-2024г.) составили 98884 т, а за постчернобыльский (1986-2023 гг) – 10952 т.
Произведён послойный отбор 50 проб на задернованных бортах долины на участке предполагаемого наиболее интенсивного поступления склонового стока и на соседнего контрольном участке, где признаков аккумуляции не наблюдалось, в верхей и нижней части задернованного склона (4 почвенных разреза). Отобрано 27 послойных проб в центральной части аккумулятивного тела, сформированного выше устье склоновой ложбины выше дороги, отсекающей верхнюю часть водосбора. В отобранных образцах определено содержание радионуклидов, аналогично описанной процедуре в пункте. Оценена мощность постчернобыльской аккумуляции (1986-2024 гг). Результаты исследования аккумулятивных толщ показали, что в постчернобыльский этап происходила более интенсивная аккумуляция в сравнении со всем периодом хозяйственного освоения. Процесс осадконакопления характеризуется значительной пространственно-временной неоднородностью. Рост темпов аккумуляции наблюдается в верховьях долины и на участках сужения днища: c 0,4–0,7 до 1,6–3 см в год. В нижней и приустьевой части не отмечено увеличения мощности аккумулированной толщи, здесь преобладает перемыв и вынос за пределы водосбора отложенного ранее материала
Определены особенности строения почвенного профиля на участках с аккумуляции материала, поступающего с вышележащих распаханных склонов, путем заложения и описания разрезов и скважин. Оценена мощности аккумуляции наносов за весь период агрокультурного освоения путем анализа визуальных особенностей почвенного материала, отобранного из почвенных скважин в днище сухой долины. Оценены и сопоставлены средние темпы аккумуляции за агрокультурный период, 1986-2010 и 1986-2023 гг.
Произведена оценка баланса наносов всего водосбора за разные временные периоды: агрокультурный период (1690-ые-2024) и постчернобыльский этап 1986-2023(2024 гг). Оценены показатели коэффициента доставки наносов за соответствующие временные отрезки. На основе данных бурения и GNSS-съёмки были получены и сопоставлены формы продольного профиля днища вдоль современного тальвега. В среднем после Чернобыльской аварии в балке аккумулировалось 39,9–42,3 т наносов ежегодно, что более чем два раза превышает средние показатели за весь период хозяйственного освоения – 19,3 т в год. В условиях сокращающего талого стока конца 20 – начала 21 доля наносов, выносимых за пределы долины составила 23,7-24,5% от общего объема смыва, в то время как за период сельскохозяйственного освоения это значение составило 31,7%.
Пруд «Верховья Локны»
Произведен промер глубина пруда «Верховья Локны» по контрольному створу в нижней части для выбора наиболее глубокого участка для бурения донных отложений с помощью поршневого пробоотборника Ливингстона. Проведен пробоотбор донных отложений по двум скважинам в наиболее глубокой части пруда «Верховья Локны» (суммарная проходка 2,9 м). Полученные колонки донных отложений частично прошли процедуру лабораторной обработки.
Публикации
1. Иваном М.М., Иванова Н.Н., Голосов В.Н., Усачева А.А., Дымчук Н.Г., Смолина Г.А., Фомичева Д.В. Оценка изменений чернобыльского загрязнения и темпов смыва пахотных почв путем повторного обследования Почвоведение, ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2024, № 9, с. 1251–1262 (год публикации - 2024)
2. Иванов М.М., Иванова Н.Н., Краснов С.Ф. Роль напаши в перераспределении продуктов антропогенной эрозии почвы Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение (год публикации - 2024)
3. Иванов М.М., Иванова Н.Н., Фоминых П.И., Луговой Н.Н. ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПОВ НАКОПЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ЭРОЗИИ ПОЧВ В ДНИЩЕ БАЛКИ С РАСПАХАННЫМ ВОДОСБОРОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВТОРНЫХ РАДИОЦЕЗИЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Вестник Московского университета. Серия 5. География (год публикации - 2025)
4.
Иванов М.М., Иванова Н.Н., Краснов С.Ф.
Роль напаши в перераспределении продуктов антропогенной эрозии почвы
«Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение» – это научный рецензируемый журнал, который выходит в свет отдельной серией с 1977 года. Периодичность издания – 4 номера в год, среднее количество статей в номере - 9-10.
Учредителями журнала являются Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; факультет почвоведения МГУ. Издателем является Издательский дом (Типография) МГУ., ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 3 (год публикации - 2024)
10.55959/MSU01 37-0944–17-2024-79-3-97-105
5. Иванов М.М., Голосов В.Н., Иванова Н.Н., Фоминых П.И. Using Chernobyl-derived 137Cs depth distribution for study on sediment transport in small agricultural catchment GEOGRAPHY, ENVIRONMENT, SUSTAINABILITY (год публикации - 2025)