Эрозия почвы, вызванная грунтовыми автодорогами



E-mail: davaadorj@num.edu.mn, byambabayar.g92@gmail.com

В последние годы вопросы об эрозии и загрязнении почвы, вызванных климатическим изменением, горнорудной промышленностью, сельским хозяйством и использованием пастбищных угодий, становятся большой проблемой, на которую нужно обратить внимание. Также возникают вопросы о появлении новых грунтовых автодорог в результате развития экономики и увеличения плотности населения, и связанные с этим вопросы об окружающем среде. С увеличением потребности машин и техников в повседневной жизни людей, значительно увеличивается дорожно-транспортная сеть и связанные с ней негативные последствия. Техники и технические средства для грунтовой дороги оказывают на почву большие давления и оставляют на земле следи от колес, что оказывают значительное негативное воздействие на плотность почвы и водно-физические свойства почвы, а также вызывающие изменение и разрушение почвы. В рамке этого исследования и в целях выявления воздействий грунтовых автодорог на почвенный покров и водно-физические свойства почвы проведен сбор образцов доминирующих типов почв Гоби и степей на глубинах 0–5 см, 5–10 см, 10–15 см, которые в основном подвергаются изменениям, а также проведен измерение размеров поперечного сечения грунтовых автодорог и был определен объем грунтов, подвергшихся смещению. По результатам исследования установлено, что негативные воздействия почвенной эрозии на окружающую среду, вызванной грунтовыми автодорогами, в Гобийских зонах больше чем в других природных зонах, и такое воздействие от грунтовых дорог является главным фактором, способствующим эрозию и деградацию почвы нашей страны.

Ключевые слова: грунтовая автодорога, водно-физические свойства почвы, эрозия почвы, уплотнение почвы

1. Введение

По расчету и обследованию установлено, что ¾ процентов экосистемы обей территории Монголии подвергнуто опустыниванию в определенном мере (НА, Институт геоэкологии, 2008 г.) и это оказывает значительное негативное влияние на устойчивое развитие экономики Монголии (Батжаргал 1997; Министерство охраны окружающей среды 1999).

К таким источникам деградации и опустынивании земель относятся антропогенные воздействия, таких как, незаконная вырубка деревьев, несоответствующая сельскохозяйственная эксплуатация земель, приготовление дров, чрезмерное использование воды, горнорудное промышленность и следы от транспортно-технических средств и т. д. В отчете Проекта по борьбе с опустыниванием Швейцарского агентства развития грунтовые автодороги считались одной из основных причин для опустынивания, вызванных человеческими факторами (Швейцарское агентство развития).

Грунтовые автодороги используются в сельских местностям многих стран мира в качестве дорог для транспортировки и являются важным рычагом для экономики этих стран. В Монголии грунтовые автодороги в основном, причем очень много применяются в качестве автодорог между сомонами и населенными пунктами в сельских местностях и внутри них, а также в качестве автодорог сельскохозяйственного и горнорудного назначения (Г.Бямбаа и др. 2011). Результаты исследования эрозии почв, вызванной грунтовыми автодорогами, показывают, что негативное воздействие от использования грунтовых автодорог на почву большое, и из-за давления колес транспортных средств на грунт резко увеличивается плотность грунта и наблюдается закономерность логарифмического снижения скорости инфильтрации песчано-глинистой почвы в зависимости от количества передвижения транспортных средств. В связи с этим большое воздействие от грунтовых автодорог наблюдалось после первых некоторых передвижений транспортных средств. Изменение плотности грунта наблюдалось в глубине на 30–60 мм. Воздействие от увеличения плотности грунтового покрытия в основном наблюдается в сельскохозяйственных, в том числе в аграрных районах (Barnes et al, 1971: Iverson, 1980).

В результате быстрого экономического роста и социальной демократизации в Монголии, происходящих в конце 1990 г., количество транспортных средств резко увеличилось, причем, если в 1990 году количестве транспортных средств составляло 43792 шт., то в 2000 году стало 81693 шт. Это показывает, что увеличение составляло в среднем 9 % в год (Национальный статистический комитет Монголии, 2000). По расчету в 2001 году по всей стране использовались автодороги с общей протяженностью 11100 км. 11,9 % из них асфальтовые дороги, 12,5 % из них улучшенные грунтовые дороги, а 75,6 % из них грунтовые дороги (UNESCAP 2001).

Таким образом, вопрос о грунтовых дорога, которые являются источниками для эрозии и деградации почв, для Монголии является актуальной проблемой, но, тем не менее, исследование об этом проводилось очень мало. В рамке этого исследования мы разработали методологию выявления физических воздействий от грунтовых автодорог на почвенный покров и определения количества почв, подвергнутых к потере, в целях установления воздействий на почвы, находящиеся в разных природных зонах.

2. Метод иМетодология исследования

Исследование по определению эрозии почв, вызванной грунтовыми автодорогами, и качественных изменений почв, проводилось в разных типах почвы, таких как, Гобийской бурой, степной коричневой и горностепной темно-коричневой почвах. Взятие объемных проб для определения физических свойств почвы проводилось методом бурения почвы с помощью сверла высотой 5 см и диаметром 5 см в глубинах на 0–5 см, 5–10 см, 10–15 см, при этом пробы взяты из здоровых почв и из почв грунтовых дорог каждого сайта исследования 3-х разовым повторением.

В лабораторных условиях определено было изменение водно-физического свойства взятых проб путем определения показателей, таких как полевой влагоемкости, пористости, незначительной влаги, объемного веса почвы, массы почвы и т. д.

Формула,

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

Формула вычисления эрозии канав и оврагов, ослабления почвы,

1)

2)

3)

4)

3. Результаты исследования

Такая эрозия почвы, вызванная от грунтовой дорогой, проявляется воздействиями на слои почвы, в том числе, на физические и химические свойства почвы. Наша страна занимает солидное место в мире показателями природных ресурсов и добычи природных ресурсов, и в связи с этим транспортировка природных ресурсов по грунтовым дорогам увеличивается еще больше, в результате чего происходит интенсификация эрозии почв. Это негативное воздействие от грунтовых дорог на почву проявляется следующим образом: Увеличение объемной массы почвы или увеличивается плотность почвы, в результате чего изменяется пористость почвы и содержание влаги в почве, и т. д. В рамке этого исследования в целях определения эрозии почв грунтовых дорог и их водно-физических свойств было проведен отбор объемных проб из здоровых почв и из почв грунтовых дорог, проведено лабораторное исследование и сделано заключение по результатам лабораторного исследования.

Таблица 1

Изменение водно-физических свойств слоя Гобийской бурой почвы, вызванное грунтовыми автодорогами

Вид	Глубина (м)	Объемная масса (г/см3)	Пористость (%)	Влажности почвы (%)
Улучшенная дорога /с гравийным покрытием/	1–50 см	1.66	37.24	7.66
	25–30 см	2.44	8.02	5.62
Здоровая почва	5–10 см	1.35	49.03	9.75
	25–30 см	2.12	20.08	1.18
Грунтовая дорога /местная — для гужевого транспорта/	5–10 см	1.58	40.41	8.87
	25–30 см	2.73	3.14	1.35

Результаты лабораторных измерений показывают, что показатели физических свойств почв обычных и улучшенных автодорог, созданных в Гобийской бурой почве, таковы по сравнению с подателями здоровой почвы: объемны вес в глубине на 5–10 см увеличился на грунтовой дороге на 0.2 %, а на улучшенной дороге на 0.3 %, в результате чего пористость уменьшалась на 3 %, а влагоемкость уменьшалась (таблица 1). В глубинах на 15–20 см и 25–30 см эти показатели не мало, что изменились, и обнаруживаются особенности пород, создающих почву, и поэтому нет возможности связать это с техногенными воздействиями.

Таким образом, можно сделать предварительный вывод о том, что изменения, которые происходят при передвижении автомобиля по грунтовой дороге, происходят главных образом в глубине на 5–10 см.

Рис. 1. Поперечное сечение грунтовой дороги и исследование верхнего слоя почвы.

Определение глубины усадки верхнего слоя почвы выполнено в Гобийской бурой, степной коричневой и горностепной темно-коричневой почвах. В измерении охвачены горные долины, равнины между холмами, береговые места реки и т. д. для того, чтобы общественные, экономические и географические условия для образования грунтовых автодорог были аналогичными. По первичным результатам глубина канавок грунтовых автодорог на Гобийской бурой почве, использованных в течение 10 лет, составляет от 25 до 30 см., а на коричневой и темно-коричневой почвах составляет от 8 до 10 см. Это показывает, что Гобийская почва песчаная, по структуре рыхлая, не плотная, и поэтому легко поддается внешним воздействиям.

Рис. 2. Объемная масса здоровой почвы и почвы грунтовой дороги (г/см³)

Соотношение между объемными массами почв показывает долю твердых частей почвы в определенном объеме. Поэтому сопоставив объемные массы участка здоровой почвы и участка, на которой образована грунтовая дорога, мы получили главные показатели, выражающие физические свойства почв. По результатам измерения объемных масс Гбийского бурой, степной коричневой и темно-коричневой почв (рис. 2) видно, что при воздействии внешних сил глубина объемной массы Говийской бурой почвы увеличилась на 5 см и 10 см, а сил глубина объемной массы степной коричневой почвы увеличилась на 0 см и 5 см. Объемная масса темно-коричневых почв горных уст и долин уменьшалась, т. е. потеряна устойчивая структура почвы и почва становилась рыхлой, что является условием для запыления в большом количестве. Под воздействием грунтовых автодорог поверхностный слой почвы подвергается большой нагрузке от колес транспортных и технических средств. Таким образом, в соответствии с вышеуказанными в засушливых районах самое интенсивное уплотнение происходит в глубине на 5–10 см. результатами по сравнению со степными районами. Но при этом необходимо учесть грузоподъемность транспортных и технических средств, назначение и вид дороги, особенности почвы и т. д.

Таблица 2

Объем разрушенных почв врезультате деятельностей на грунтовых автодорогах

Природные зоны	Гобийские ипустынные зоны		Степные зоны		Лесостепные зоны
Вид	Дорога	Здоровая почва	Дорога	Здоровая почва	Дорога	Здоровая почва
Поперечное сечение (м2)	0.36	0.36	0.19	0.19	0.27	0.27
Потерянная объемная масса (м3)	35.51	35.51	18.92	18.92	26.97	26.97
Объем потерянной почвы (м3/м2)	0.11	0.11	0.06	0.06	0.08	0.08
Объем потерянной почвы на площади 1 га (тн/га)	2308.02	2019.52	1300.66	1126.81	1479.00	1070.435
Объем потерянной почвы под воздействием нагрузки от колес (тн/га)	288.50		173.85		408.56

Нет возможности точно определить объем потерянной почвы в результате переноса колесами транспортных средств. В результате деятельности на грунтовой автодороге происходят потеря определенного объема грунта из разрушенных частей, образование пустого пространства над уплотненными частями под воздействием колес, образование насыпей в результате перемещения почвы в стороны под воздействием колес транспортных средств. Поэтому сложно провести точное измерение. В рамке исследования нами было проведена попытка определить объем потерянной почвы с помощью уравнения разрушения канав и оврагов, разработанного FAO-м, и с использованием измерения дорожных канавок, образованных в результате работы колес. По результатам проведенных нами измерений стало известно, что объем потерянной почвы под воздействием колес транспортных средств, участвующих в деятельности на грунтовых автодорогах, на площади 1 га составляет: в Гобийских зонах 288.5 т., в степных зонах 173.85 т., в лесостепных зонах 408.56 т. По результатам испытания установлено, что объем разрушенных почв под воздействием колес в лесостепных зонах больше чем в других зонах. Это показывает, что особенности лесостепной почвы заключаются в том, что она глинистая и содержание пыли в ней сравнительно высокое. В связи с этим лесостепная почва подвергается эрозии и разрушению больше чем Гобийская почва или степная почва, в результате чего увеличивается количество мелких частиц и пыли. Дело в том, что по сравнению с Гобийской или степной почвы содержание влаги в лесостепной почве сравнительно высокое, и поэтому почва такого рода имеет комковатую или склеенную крупнозернистую структуру. Под воздействие автомобильных колес такая структура разрушается почвы и преобразуется в мелкозернистые частицы, и с течением времени происходить измельчение. Это увеличивает объем потерянной почвы под воздействием автомобильных колес.

4. Заключение, дискуссия

По результатам полевых исследований и лабораторных испытаний можно сделать вывод о том, что в глубине от 0 до 30 см темно-коричневой и коричневой почвы степных зон и бурой почвы Гобийских зон Монголии происходит уплотнение и изменение объемной массы. Это показывает, что непосредственное воздействие от грунтовых автодорог происходит в глубине поверхностной почвы до 30 см.

Также, по результатам определения объема потерянной почвы с помощью измерения поперечного сечения грунтовых автодорог установлено, что Гобийская почва подвергается оседанию больше чем степная или лесостепная почва. Объем потерянной почвы под воздействием автомобильных дорог в лесостепных зонах больше чем в других зонах, что связано с влажностью и свойством частиц данного типа почвы. С площади 1 га потеряна почва в количестве 408.56 т. приблизительно. Это показывает, что в почвенном покрове Гобийских сухих зон содержание песка и пыли высокое, в результате чего ее способность склеивания низкая. Для темно-коричневой почвы лесостепных и степных зон наблюдаются закономерность снижения способности склеивания между собой почвенных частиц и мелких частиц, образующих устойчивую структуру почвы, под воздействием внешних факторов, в результате чего почвы становятся рыхлыми.

Литература:

1. Министерство охраны окружающей среды, 1997 а, Национальная Программа Деятельности по Борьбе с Опустыниванием Монголии (Улан-Батор, Монголия: Министерство охраны окружающей среды).
2. Министерство охраны окружающей среды, 1997 б, Национальная Программа Деятельности по Защите Биологических Разновидностей Монголии (Улан-Батор, Монголия: Министерство охраны окружающей среды).
3. Министерство охраны окружающей среды, 1999, Информации о Стихийных Бедствиях Монголии (Улан-Батор, Монголия: Министерство охраны окружающей среды).
4. Национальный Комитет Статистики Монголии, 2000, Сборник Окружающей Среды Монголии (Улан-Батор, Монголия: Национальный Комитет Статистики Монголии).
5. Barnes, K.K., Carleton, W.M., Taylor, H.M., Throckmorton, R.K. & Berg, G. E. Vanden (1971). Compaction Of Agricultural Soils. Amer. Soc. Agri. Engr. Monogr., St Joseph, Michigan, Usa: 471 Pp., Illustr.
6. Batjargal Z 1997 Desertification in Mongolia; in RALA Report No 200 (ed.) Agricultural Research Institute of Iceland (Iceland:Keldnaholt) pp 1–149
7. Iverson, R.M. (1980). Processes Of Accelerated Pluvial Erosion On Desert Hillslopes Modified By Vehicular Traffic. Earth Surface Processes, 5(4), Pp. 369–88, Illustr.
8. Michael Stocking and Niamh Murnaghan (2012). Handbook for the Field Assessment of Land Degradation. Pp 43–46, Illustr.
9. Snyder, C.T., Frickel, D.G., Hadley, R.F. & Miller, R.F.(1976). Effects Of Off-Road Vehicle Use On The HydrologyAnd Landscape Of Arid Environments In Central And SouthernCalifornia. U. S. Geological Survey Water ResourcesInvestigations 76–99, 45 Pp., Illustr.
10. UNESCAP (United Nations Economic and Social Commission for Asia and the Pacific) 2001 The Road Networks Connecting China, Kazakhstan, Mongolia, the Russian Federation and the Korean Peninsula (doc HC412 ST ESCAP 2173) (New York: United Nations)
11. Webb, R.H. & Wilshire, H.G. (1978). An Annotated BibliographyOn The Effects Of Off-Road Vehicles On The Environment.U. S. Geological Survey Open-File Report 78–149,21pp
12. Webb, R.H. & Wilshire, H.G. (1980). Recovery Of Soils AndVegetation In A Mojave Desert Ghost-Town. /. Arid Environ.,3(6), Pp. 291–303, Illustr.
13. Whisenant S G 1999 Repairing damaged wild lands: A process oriented landscape-scale approach (Cambridge: Cambridge University Press