СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОЦЕНКИ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО СМЫВА ПОЧВ ДЛЯ ЭРОЗИОННО ОПАСНЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ БЕЛАРУСИ И БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Вследствие сельскохозяйственной трансформации ландшафтов рост темпов водной эрозии почв отмечается как на глобальном, так и на национальных уровнях. В странах СНГ водная эрозия является наиболее распространенным видом деградации сельскохозяйственных земель. Совершенствование подходов к решению проблемы управления эрозионно опасными агроландшафтами предполагает разработку автоматизированных методов оценки водной эрозии заданной пространственной точности с учетом всех факторов землепользования.
В статье приводятся результаты моделирования темпов водной эрозии на региональном уровне – в Брестской области Республики Беларусь и Белгородской области РФ. Приведен сравнительный анализ факторов эродируемости, в том числе на примере результатов моделирования водной эрозии на ключевых участках. При оценке топографических условий учтены глобальные и локальные цифровые модели рельефа, полученные на основе радиолокационных данных, данных лазерного сканирования местности (лидарная съемка), и соответствующее программное обеспечение. На основе расчетов по модели оценены потенциальные потери почвы вследствие ливневой водной эрозии, в том числе для разных генетических типов почв – дерново-подзолистых и черноземов типичных. Полученные результаты позволяют определить очередность принятия различных, в том числе дорогостоящих, мер по борьбе и предотвращению водной эрозии, необходимых для получения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур с сохранением обоснованной себестоимости их производства.

1. Атлас почв сельскохозяйственных земель Республики Беларусь / Под ред. В.В. Лапа, А.Ф. Черныша. Минск: Ин-т почвоведения и агрохимии. 2017. 170 с.

2. Барабанов А.Т., Панов В.И. К вопросу о прогнозе поверхностного стока талых вод в лесостепной и степной зонах // Аридные экосистемы. 2012. № 4(53). С. 22–27.

3. Гафуров А.М. Эрозионный фактор рельефа Европейской России: открытый доступ и портал актуальной геоинформации // Эрозионные, русловые и устьевые процессы (исследования молодых ученых университетов). М.: МГУ. 2024.

4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 году». М. 2022. 684 с. https://2021.ecology-gosdoklad.ru/

5. Иванов М.А., Прищепов А.В., Голосов В.Н., Залялиев Р.Р., Ефимов К.В., Кондратьева А.А., Киняшова А.Д., Ионова Ю.К. Изменения площади пахотных угодий в бассейнах рек Европейской территории России за период 1985–2015 гг. как фактор динамики эрозии почв // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 149–157. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-6-149-157

6. Каштанов А.Н., Шишов Л.Л., Кузнецов М.С., Кочетов И.С. Проблемы эрозии и охраны почв России // Почвоведение. 1999. № 1. С. 97–105.

7. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв: основные закономерности и количественные оценки. М.: Изд-во МГУ, 1993. 200 с.

8. Лукин С.В., Верютина О.С., Корнейко Н.И., Малыгин А.В. Влияние водной эрозии почв на основные агрохимические свойства пахотных почв Белгородской области // Достижения науки и техники АПК. 2008. № 9. С. 7–8.

9. Соловиченко В.Д., Тютюнов С.И. Почвенный покров Белгородской области и его рациональное использование. Белгород: Отчий край, 2013. 371 с.

10. Тютюнов С.И., Соловиченко В.Д., Татаринцев Р.Ю. Агроэкология почв Белгородской области // Изв. Оренбург. гос. аграр. ун-та. 2004. Вып. 3. № 3–1. С. 23–24.

11. Цыбулько Н.Н. Водная эрозия почв сельскохозяйственных земель Беларуси // Журнал Белорус. гос. ун-та. Экология. 2022. № 3. С. 102–109.

12. Черныш А.Ф., Устинова А.М., Юхновец А.В. Современные почвенно-эрозионные процессы в Беларуси // Эрозионные и русловые процессы. Вып. 6. М.: Географ. ф-т МГУ, 2015. С. 27–45.

13. Юхновец А.В., Устинова А.М. Приемы повышения устойчивости почв к эрозии в условиях Республики Беларусь // Актуальные проблемы устойчивого развития агроэкосистем (почвенные, экологические, биоценотические аспекты): Всеросс. науч. конф. с междунар. участием, посвящ. 60-летию лаборатории агроэкологии Никитского ботанич. сада. Ялта: Ариал, 2019. С. 302–306.

14. Batista P.V., Davies J., Silva M.L., Quinton J.N. On the evaluation of soil erosion models: Are we doing enough? // Earth-Science Reviews, 2019. Vol. 197. Art. 102898. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.102898

15. Bezak N., Mikoš M., Borrelli P., Alewell C., Alvarez P., Anache J.A.A., Baartman J., Ballabio C., Biddoccu M., Cerdà A. et al. Soil erosion modelling: A bibliometric analysis // Environmental Research. 2021. Vol. 197. Art. 111087 https:// doi.org/10.1016/ j.envres. 2021. 111087

16. Borrelli P., Alewell C., Alvarez P., Anache J.A.A., Baartman J., Ballabio C., Bezak N., Biddoccu M., Cerdà A., Chalise D. et a l. Soil erosion modelling: A global review and statistical analysis // Science of the Total Environment, 2021. Vol. 780. Art. 146494. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146494

17. Borrelli P., Ballabio C., Yang J.E., Robinson D.A., Panagos P. GloSEM: High-resolution global estimates of present and future soil displacement in croplands by water erosion // Scientific Data, 2022. Vol. 9. Art. 406. https://doi.org/10.1038/s41597-022-01489-x

18. Borrelli P., Robinson D.A., Fleischer L.R., Lugato E., Ballabio C., Alewell C., Meusburger K., Modugno S., Schütt B., Ferro V., Bagarello V., Van Oost K., Montanarella L., Panagos P. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion // Nature Communications, 2017. Vol. 8(1). Art. 2013. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02142-7

19. Buryak Z.A., Narozhnyaya A.G., Gusarov A.V., Beylich A.A. Solutions for the spatial organization of cropland with increased erosion risk at the regional level: A case study of Belgorod Oblast, European Russia // Land. 2022. Vol. 11. Art. 1492. https://doi.org/10.3390/land11091492

20. Cendrero A., Remondo J., Beylich A., Cienciala P., Forte L., Golosov V., Gusarov A., Kijowska-Strugała M., Laute K., Li D., Navas A., Soldati M., Vergari F., Zwolinski Z., Dixon J., Knight J., Nadal-Romero E., Płaczkowska E. Denudation and geomorphic change in the Anthropocene; a global overview // Earth-Science Reviews. 2022. Vol. 233. Art. 104186. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104186

21. Cowie A.L., Orr B.J., Castillo Sanchez V.M., Chasek P., Crossman N.D., Erlewein A., Louwagie G., Maron M., Metternicht G.I., Minelli S., Tengberg A.E., Walter S., Welton S. Land in balance: The scientific conceptual framework for Land Degradation Neutrality // Environmental Science, Policy, 2018. Vol. 7. P. 25–35. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2017.10.011

22. Garcia-Ruiz J.M., Beguería S., Nadal-Romero E., González-Hidalgo J.C., Lana-Renault N., Sanjuán Y. A meta-analysis of soil erosion rates across the world // Geomorphology, 2015. Vol. 239. P. 160–173. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.03.008

23. Golosov V., Yermolaev O., Litvin L., Chizhikova N., Kiryukhina Z., Safina G. Influence of climate and land use changes on recent trends of soil erosion rates within the Russian Plain // Land Degradation and Development, 2018. Vol. 29(8). P. 2658–2667. https://doi.org/10.1002/ldr.3061

24. Gusarov A.V. Land-use/-cover changes and their effect on soil erosion and river suspended sediment load in different landscape zones of European Russia during 1970–2017 // Water, 2021. Vol. 13. Art. 1631. https:// doi.org/10.3390/w13121631

25. Hawker L., Uhe P., Paulo L., Sosa J., Savage J., Sampson C., Neal J. A 30 m global map of elevation with forests and buildings removed // Environmental Research Letters. 2022. Vol. 17 (2). Art. 024016. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac4d4f

26. Jetten V., Govers G., Hessel R. Erosion models: quality of spatial predictions // Hydrological Processes, 2003. Vol. 17 (5). P. 887–900. https://doi.org/10.1002/hyp.1168

27. Karydas C.G., Panagos P., Gitas I.Z. A classification of water erosion models according to their geospatial characteristics // International Journal of Digital Earth, 2014. Vol. 7(3). P. 229–250. https://doi.org/10.1080/17538947.2012.671380

28. Kirkby M.J., Irvine B.J., Jones R.J.A., Govers G., and PESERA team The PESERA coarse scale erosion model for Europe. Model rationale and implementation // European Journal of Soil Science, 2008. Vol. 59 (6). P. 1293-1306. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2008.01072.x

29. Lisetskii F. Perspectives in soil organic carbon storage: From a global perspective to the possibilities of landscapes // Environ. Anal. Eco. Stu., 2023. Vol. 10 (5). Art. 000748. https://doi.org/10.31031/EAES.2023.10.000748

30. Maltsev K., Yermolaev O. Assessment of soil loss by water erosion in small river basins in Russia // Catena, 2020. Vol. 195. Art. 104726. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104726

31. Mitasova H., Hofierka J., Zlocha M., Iverson L.R. Modelling topographic potential for erosion and deposition using GIS // International Journal of Geographical Information Systems. 1996. Vol. 10. P. 629–641.

32. Moore I.D., Wilson J.P. Length-slope factors for the Revised Universal Soil Loss Equation: Simplified method of estimation // Journal of Soil and Water Conservation, 1992. Vol. 47. P. 423–428.

33. Panagos P., Borrelli P., Matthews F., Liakos L., Bezak N., Diodato N., BallabioC.Global rainfall erosivity projections for 2050 and 2070 // Journal of Hydrology. 2022. Vol. 610. Art. 127865. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127865

34. Panagos P., Van Liedekerke M., Jones A., Montanarella L. European Soil Data Centre: Response to European policy support and public data requirements // Land Use Policy, 2012. Vol. 29 (2). P. 329–338. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2011.07.003

35. Petelko A.I., Golosov V.N., Belyaev V.R. Experience of design of system of countererosion measures // Proceedings of the 10th International Symposium on River Sedimentation. Moscow. 2007. P. 311–316.

36. Senanayake S., Pradhan B., Alamri A., Park H.-J. A new application of deep neural network (LSTM) and RUSLE models in soil erosion prediction // Sci. Total Environ, 2022. Vol. 845. Art. 157220. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157220

37. Sun Y., Zhang H., Yang Q. Rui Li, Liu B., Zhao X., Shi H., Li H., Ren Y., Fan X., Dong L., Xu Y., Chang Y., Yuan L.A new high-resolution global topographic factor dataset calculated based on SRTM // Scientific Data, 2024. Vol. 11. Art. 101. https://doi.org/10.1038/s41597-024-02917-w

38. Tan Z., Leung L.R., Li H.-Y., Cohen S. Representing global soil erosion and sediment flux in Earth System Models // Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 2022. Vol. 14. Art. e2021MS002756. https://doi.org/10.1029/2021MS002756

39. Tsymbarovich, P., Kust, G., Kumani, M., Golosov, V., Andreeva, O. Soil erosion: An important indicator for the assessment of land degradation neutrality in Russia // International Soil and Water Conservation Research, 2020. Vol. 8(4). P. 418–429. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2020.06.002

40. Wischmeier W.H, Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses // Agriculture Handbook. Washington. 1978. No. 537. 58 p. https://doi.org/10.1029/TR039i002p00285

41. Xiong M., Sun R., Chen L. A global comparison of soil erosion associated with land use and climate type // Geoderma, 2019. Vol. 343. P. 31–39. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.02.013

42. Yermolaev O.P, Mukharamova S.S, Maltsev K.A, Ivanov M.A., Gafurov A.M., Saveliev A.A., Shynbergenov E.A., Ermolaeva P.O., Bodrova A.O., Yantsitov R.O. Geography and geoecology of Russia in the mosaic of river basins // Geography and Natural Resources, 2023. Vol. 44(3). P. 208–214. https://doi.org/10.1134/S1875372823030046