Геоинформационное моделирование весеннеталой эрозии почв в подтаежной зоне Западной Сибири на основе USLE

Представлены исследования по созданию геоинформационной модели весеннеталой эрозии почв пашни на основе универсального уравнения потерь почвы Уишмейера и Смита (USLE) и  проверки  ее  качества  и  точности  в  условиях  подтаежной  зоны  Западной  Сибири.  Фактор эродирующей способности осадков R рассчитан на основе геоинформационной модели снежного  покрова,  включающей  сведения  о  запасах  воды  в  снеге,  особенностях  залегания  снега на склонах разной экспозиции, характеристиках периода снеготаяния. Учтено также количество выпавших за период снеготаяния жидких осадков. Моделирование выполняли в программах QGIS, GRASS, SAGA. Качество модели оценивали с помощью общепринятых показателей – коэффициента корреляции Спирмена r, коэффициента детерминации R2, средней относительной ошибки (Mean Relative Error – MRE), средней абсолютной ошибки (Mean Absolute Error – МАЕ), среднеквадратичной ошибки (Mean Squared Error – MSE). Сходимость модели с фактом оценивали с помощью статистики линейно-взвешенной каппы (k) в классах объема смыва, рассчитанных по методу натуральных интервалов Дженкса. Фактический смыв определяли методом учета струйчатых размывов в 2014–2023 гг. Точность модели USLE в целевых условиях не ниже, чем это описано в мировой литературе. Ошибка модели составляет в среднем 44% за 10 лет. Лучшие характеристики качества модели достигались на южных склонах при минимальном наличии промоин и минимальном увлажнении. Средние за 10 лет показатели качества модели: для южных склонов – r = 0,76…0,92, R2 = 0,29…0,81, MRE = 0,39…0,64, MAE = 0,16…0,93, MSE = 0,07…2,66, k = 0,66…0,91; для северных склонов – r = 0,57…0,79, R2 = 0,27…0,60, MRE = 0,43…0,45, MAE = 0,20…0,47, MSE = 0,13…1,42, k = 0,46…0,84. USLE может быть использована в качестве инструмента первичной оценки потенциала смыва почв пашни при весеннем снеготаянии в условиях подтайги Западной Сибири при использовании в расчетах R-фактора характеристик снежного покрова и условий снеготаяния.

1. Кирюшин В.И. Методология комплексной оценки сельскохозяйственных земель // Почвоведение. 2020. № 7. С. 871–879. DOI: 10.31857/S0032180X20070060.

2. Кирюшин В.И. Организация территориального и внутрихозяйственного земле устройства на ландшафтно-экологической основе // Достижения науки и техники АПК. 2024. Т. 38. № 5. С. 4–9. DOI: 10.53859/02352451_2024_38_5_4.

3. Соловьева Ю.А., Подлесных И.В., Зарудная Т.Я. Усовершенствованная методика противоэрозионной организации территории для сельскохозяйственных угодий Центрального Черноземья // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 9. С. 5–9. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10901.

4. Кирюшин В.И., Дубачинская Н.Н. Проблема освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия в Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 6 (86). С. 9–14. DOI: 10.37670/2073-0853-2020-86-6-9-14.

5. Подлесных И.В., Соловьева Ю.А. Новый подход в методологии формирования структуры севооборотов с учетом противоэрозионной роли сельскохозяйственных культур // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 11. С. 21–25. DOI: 10.24411/0235-2451-2020-11103.

6. Полуэктов Е.В. Организация эрозионно опасной территории на ландшафтной основе // Экология и водное хозяйство. 2022. Т. 4. № 3. С. 46–57. DOI: 10.31774/2658-7890-2022-4-3-46-57.

7. Кирюшин В.И., Дубачинская Н.Н., Юрова А.Ю. Комплексная оценка сельскохозяйственных земель на примере Южного Урала // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1363–1375. DOI: 10.31857/S0032180X21110083.

8. Козлов Д.Н., Жидкин А.П., Лозбенев Н.И. Цифровое картографирование эрозионных структур почвенного покрова на основе имитационной модели смыва (северная лесостепь Среднерусской возвышенности) // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2019. № 100. С. 5–35. DOI: 10.19047/0136-1694-2019-100-5-35.

9. Мальцев К.А., Ермолаев О.П. Потенциальные эрозионные потери почвы на пахотных землях европейской части России // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1502–1512. DOI: 10.1134/S0032180X19120104.

10. Смирнова М.А., Жидкин А.П., Лозбенев Н.И., Заздравных Е.А., Козлов Д.Н. Цифровое картографирование степени эродированности почв с использованием моделей фактор-свойство и фактор-процесс-свойство (юг Среднерусской возвышенности) // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2020. № 104. С. 158–198. DOI: 10.19047/0136-1694-2020-104-158-198.

11. Бадмаева С.Э., Бадмаева Ю.В., Лидяева Н.Е. Эрозионные процессы на черноземах лесостепной зоны Красноярского края // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (145). С. 62–66.

12. Lefèvre C., Cruse R.M., dos Anjos L.H.C., Calzolari C., Haregeweyn N. Guest editorial-soil erosion assessment, tools and data: A special issue from the Global Symposium on soil Erosion 2019 // International Soil and Water Conservation Research. 2020. Vol. 8. № 4. Р. 333–336. DOI: 10.1016/j.iswcr.2020.11.004.

13. Сухановский Ю.П., Прущик А.В. Моделирование водной эрозии почв: монография. Курск: Курский федеральный аграрный научный центр. 2023. 175 с.

14. Kardhana H., Solehudin, Wijayasari W., Immaddudin F., Rohmat W. Assessing basin-wide soil erosion in the Citarum watershed using USLE method // Results in Engineering. 2024. Vol. 22. P. 102–130. DOI: 10.1016/j.rineng.2024.102130.

15. Li J., Xiong M., Sun R., Chen L. Temporal variability of global potential water erosion based on an improved USLE model // International Soil and Water Conservation Research. 2024. Vol. 12. № 1. P. 1–12. DOI: 10.1016/j.iswcr.2023.03.005.

16. Савельева Д.А., Каличкин В.К. Внутрисезонный мониторинг водной эрозии почв пашни в подтайге Западной Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 5. С. 15–21. DOI: 10.24411/0235-2451-2021-10502.

17. Евсеева Н.С., Петров А.И., Хон А.В., Каширо М.А., Квасникова З.Н. Водная эрозия почв от стока талых снеговых вод в агроландшафтах юго-востока Томской области // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Серия: Науки о Земле. 2024. № 4 (36). С. 104–119. DOI: 10.25587/2587-8751-2024-4-104-119.

18. Benjamin U. Meinen, Derek T. Robinson From hillslopes to watersheds: Variability in model outcomes with the USLE // Environmental Mo delling and Software. 2021. Vol. 146. P. 105229. DOI: 10.1016/j.envsoft.2021.105229.

19. Christine Alewell, Pasquale Borrelli, Katrin Meusburger, Panos Panagos. Using the USLE: Chances, challenges and limitations of soil erosion modelling // International Soil and Water Conservation Research. 2019. № 7. P. 203–225. DOI: 10.1016/j.iswcr.2019.05.004.