Лекции по эрозии почв для студентов 3 го курса отделения почвоведения биологического факультета ДГУ.

Автор: доцент кафедры почвоведения Галимова У.М

Лекция 1.

Тема: Особенности проявления эрозии в Дагестане и опыт борьбы с ней

Дагестан относится к району, наиболее страдающему от эрозии. Очень сложное разнообразие почвенно-климатических и геоморфологических условий способствовало тому, что процессы эрозии здесь проявляются в самых разнообразных формах, нанося ущерб не только сельскому хозяйству, но целому ряду других отраслей народного хозяйства республики (К.К. Гюль и др., 1959; С.У. Керимханов, 1972; М.А. Баламирзоев и др., 2008).

Это и понятно, т.к. более 60% территории республики соответствуют условиям, при которых рельеф характеризуется уклонами, превышающими 2°, а склоны крутизной более 25° составляют 37% (табл. 7).

При этом около 44% площади Дагестана на каждом квадратном километре имеют овражно-балочную и речную сеть более 1 км длины, а глубина местных базисов эрозии колеблется от 200 до 500 м, что указывает на сильную расчлененность рельефа и предрасположенность ее к развитию эрозионных процессов. Кроме того, около 360 тыс. га низменности республики занято песками, песчаными и супесчаными почвами, склонными к разрушению ветром, которые здесь имеют высокую повторяемость со скоростью 15 м/с и более (М.А. Баламирзоев и д р ., 2008 год).

В результате многолетнего проявления эрозионных процессов 51% площади Республики Дагестан подвержено водной и ветровой эрозии, из них в слабой степени эродированы 1,2 млн. га, в средней степени - 0,8 млн. га, сильно - 0,6 млн. га, весьма сильно - 0,1 млн. га. Суммарная площадь подверженных эрозии и эрозионно-опасных земель достигает 2,7 млн. га. Из этой площади водной эрозии подвержено 1,52 млн. га, ирригационной эрозии - 210 тыс. га, дефляции в слабой степени подвержено около 460 тыс. га, в средней и сильной степени - 520 тыс. га (М.А. Баламирзоев и др., 2008).

Чтобы представить себе насколько интенсивно протекают процессы эрозии в Дагестане по сравнению с другими районами России, достаточно знать, что для понижения поверхности водосбора бассейна рек Сулака и Самура на 1 мм требуется всего 5...7 месяцев, тогда как для реки Волга - 140 лет (К.К. Гюль и др., 1961).

По данным почвенно-эрозионных исследований Дагестанского НИИСХ (С.У. Керимханов, 1972, 1976; М.А. Баламирзоев, В.А. Белолипский, 1977, М.А. Баламирзоев, 1982,1987; Д.У. Джабраилов и др., 1983), только в предгорных и горных районах Дагестана ежегодный смыв почвы со всех эродированных земель в среднем составляет 12 млн. т, вместе с которой уносится за пределы полей примерно 50 тыс. т гумуса, 26,4 тыс. т азота, 18 тыс. т фосфора и 264 тыс. т калия. Помимо этого, в среднем 120 мм атмосферных осадков (24% от годового количества) теряется в виде поверхностного стока. Это количество равное двум хорошим вегетационным поливам, не участвует в формировании урожая.

1.1. Виды и формы проявления эрозионных процессов

на территории Дагестана

Современное состояние развития и распространения эрозии почв позволяет выделить на территории три крупные зоны (таблица 8):

1. Зона проявления ветровой эрозии;

2. Зона ирригационной эрозии на орошаемых землях.

3. Зона водной эрозии на склонах.

1.2. Зона проявления ветровой эрозии

Ветровая эрозия или дефляция широко развита на территории Терско-Кумской и очагами на Терско-Сулакской низменности и на севере Приморской низменности во время штормовых ветров. В полосе нижних предгорий ветровая эрозия наблюдается в засушливых долинах Кар-Кар, Тишикли, Эки-Булак, Уллусув, Капчугайской на территории Буйнакского района, в Параульской долине Карабудахкентского района и Миатлинской долине Казбековского района.

В зоне ветровой эрозии (площадь 976,1 тыс. га или 18,3% от территории Дагестана) площадь песков составляет 327 тыс. га, из них 75% - заросшие, 20% - полузаросшие и 5% - подвижные пески.

Площадь подверженных ветровой эрозии почв и песков достигает 90%, в том числе среднедефлированные - 70%, сильно -20% (М.А. Баламирзоев, 2008).

Близкое расположение большей площади песков к Каспийскому морю создает здесь значительные разности в температурах воздуха над ними, что благоприятствует систематическому возникновению и передвижению больших масс воздуха. Средняя скорость ветра на территории зоны достигает 5...6 м/с. Особенно губительны здесь длительные восточные ветры силой 15...20 м/с и выше, непрерывная продолжительность которых нередко достигает 5...8 дней.

На Терско-Кумской низменности в силу распространения здесь подвижных бугристых и барханных песков, чередования их с легкосуглинистыми почвами, используемых в активном хозяйственном обороте, а также наличие среди почв солончаковых пятен - несколько осложняет специфику проявления эрозии в отдельных частях региона (рис. 17).

Почвенно-эрозионные исследования, проведенные на территории Терско-Кумской полупустыни, показали, что в результате распашки целинных земель и внедрения чистых паров, происходит резкое повышение дефляции, идет значительная потеря гумуса за счет его минерализации и выдувание с мелкоземом.

Особенно сильно дефляция проявляется на чистых парах, обработанных отвальными орудиями, где она составляет 15,8 т/га, тогда как при плоскорезной и нулевой обработках не превышает соответственно 3,6 и 2,7 т/га (Баламирзоев М.А., 2008 г . ). Однако главной причиной способствующей интенсивному развитию ветровой эрозии, следует считать бессистемное использование зимних пастбищ, их перегрузка. Пастбища занимают здесь около 70% всей территории зоны, которые используются преимущественно и в осенний и зимний периоды.

Ежегодно в течение 6...7 месяцев здесь находится свыше 2-х млн. овец. Многолетнее и бессистемное использование пастбищ с большой перегрузкой отдельных массивов привело к значительному истощению, изреживанию растительного покрова, ослаблению его почвозащитной способности. При совместном воздействии засухи, выпаса овец и ветров пастбища превращаются в подвижные пески и мертвые солончаковые блюдца.

1.3. Зона проявления ирригационной эрозии

В районах проявления ирригационной эрозии, которая охватывает всю площадь орошаемого земледелия по Республике Дагестан и составляет 379 тыс. га, эрозия проявляется на площади 210 тыс. га (Баламирзоев М.А. и др., 2008).

В горах и предгорье около 60-80% орошаемых земель расположены на склонах крутизною более 1°, которые также подвергаются ирригационной эрозии.

Не менее важными причинами ирригационной эрозии являются применение несоответствующих рельефу способов орошения и несовершенство техники полива. В настоящее время наиболее распространены следующие способы орошения: по бороздам, напуском по полосам с подачей воды сверху или сбоку и напуском без борозд и чеков. Полив зачастую проводится завышенными нормами. На полосы в каждую секунду подается от 5 до 10 л воды, а в борозды на виноградниках - от 3 до 5 л/с.

Недостаточная спланированность поверхности орошаемых участков, наличие ложбин, концентрирующих или ускоряющих сброс воды при поливе напуском, а при бороздовом поливе вызывающих прорыв борозд, также способствуют смыву почвы.

В результате на поле появляются мелкие борозды размыва, а на крутых склонах образуются иногда промоины шириной до 50 см и глубиной 25...30 см. При вспашке сеть мелких промоин заравнивается, при постоянной ирригационной эрозии происходит постепенное уменьшение мощности почвы. Смытая почва отлагается в нижних частях склонов, причем процесс аккумуляции идет быстрыми темпами, так как в отличие от ливневого стока количество воды при орошении уменьшается к нижним частям борозд или полос.

При поливе по полосам и диким напуском на сравнительно пологих склонах на старопахотных орошаемых землях, размыв по временным оросителям образовал сеть хорошо выраженных потяжин, где почва почти полностью смыта (Магарамкентский и Сулейман-Стальский районы).

Происходит размыв и в постоянной ирригационной сети, которая нередко имеет недопустимые уклоны. В ряде мест, где реки врезаны глубоко, есть проблема сброса излишков оросительной воды из-за большого перепада высот. Довольно активно растут овраги в местах сбросов воды в Каякентском и Карабудахкентского районах.

Таким образом, интенсивной ирригационной эрозии подвержены орошаемые земли при уклоне более 1...1,5°. Темпы ирригационной эрозии значительно превышают интенсивность смыва, вызываемого стоком осадков. За один полив при орошении сплошным напуском кукурузы и садов, содержащихся под черным паром, смывается от 70 до 345 м³/га почвы. При 2...3 кратном поливе за год со склонов крутизной более 4° смывается слой почвы от 1,5 до 10 см.

В северных равнинных районах ирригационная эрозия в распределительной сети и на полях проявляется слабо вследствие малых уклонов территории. По характеру проявления и интенсивности ирригационной эрозии Терско-Сулакская низменность характеризуется незначительным наличием уклонов и эрозионные процессы проявляются здесь в основном в виде разрушения коллекторно-дренажной сети. Глубокие дрены, имеющие незакрепленные откосы, нередко засыпаются в результате их обвалов.

В этой части зоны ирригационной эрозии, основной мерой борьбы с эрозией является предотвращение разрушительных процессов в коллекторно-дренажной сети, т.е. создание эрозионно-устойчивой оросительной и мелиоративной сети, закрепление берегов, создание откосов, чтобы свести до минимума разрушение. Эрозионно-опасные участки целесообразно закрепить древесно-кустарниковыми насаждениями или плитами.

Приморская низменность, вследствие близкого расположения предгорий у Каспийского моря, характеризуется наличием довольно ясно прослеживаемых древнекаспийских террас. Такой характер рельефа благоприятствуют развитию процессов ирригационной и водной эрозии. И действительно, здесь откосы террас почти повсюду прорезаны оврагами и балками. Зачастую овраги образуются вследствие сброса излишков воды при орошении.

Однако главные причины размыва почв кроются в несоблюдении элементарной техники полива: поливы с большим расходом воды, нарезка поливных борозд с большими продольными уклонами, значительная длина поливных борозд и т.д.

Одним из приемов борьбы с ирригационной эрозией является капитальная планировка. Ее рекомендуется проводить на территории с уклоном до 0,02. Кроме этого ежегодно необходимо осуществлять эксплуатационную планировку полей.

При поверхностных самотечных способах орошения оросительные каналы необходимо нарезать с таким расчетом, чтобы скорость воды не достигала критической и не приводила к их размыву. Поэтому для песчаных, суглинистых и глинистых по гранулометрическому составу почв допустимой скоростью воды является соответственно: 0,3...0,7; 0,4... 1,2 и 0,7...1,2 м/с. В тоже время, не рекомендуется пропускать воду через каналы со скоростью меньше 0,3 м/с, так как при этом наблюдается заиливание и зарастание оросительной сети.

Решающее значение в предупреждении ирригационной эрозии оказывает правильный выбор способа орошения и техники полива. При поверхностном орошении на почвах со слабой водопроницаемостью и небольших уклонах (< 0,002) полив можно проводить по затопляемым бороздам. Его применяют на участках и с большим уклоном, но в этом случае борозды необходимо нарезать поперек уклона. Длина борозд не должна превышать 80-100 м.

На участках с уклонами от 0,002 до 0,1 и почвах, обладающих хорошей инфильтрацией, рекомендуется проводить полив по проточным бороздам, длина которых в зависимости от конкретных условий колеблется от 120 до 500 м. При расходе воды, при малых уклонах и высокой водопроницаемости должен составлять 0,8... 1,2 л/с, а при слабой водопроницаемости - 0,5... 1,0 л/с. При больших уклонах соответственно 0,3...0,6 л/с и 0,2...0,3 л/с, т.е. величина струи зависит от водно-физических свойств почвы.

Положительный эффект в борьбе с ирригационной эрозией оказывают агротехнические приемы: обработка почвы, правильные севообороты и др. При этом особое внимание уделяется культурам, способствующим сохранению и восстановлению структуры почвы и повышению ее водопроницаемости.

И, наконец, необходимо чтобы строительство оросительной системы сочеталось с мелиоративными мероприятиями. В плане работ следует предусмотреть своевременный ремонт и очистку оросительной сети.

При поливе дождеванием, который является менее эрозионно-опасным, чем поверхностные самотечные способы орошения, уменьшения ирригационной эрозии можно достигнуть за счет применения дождевальной техники, обеспечивающей интенсивность дождя, соответствующую впитывающей способности почвы, при которой подаваемая дождевальными аппаратами вода впитывается сразу после попадания на поверхность поля без образования луж или сплошного слоя. Для тяжелых почв допустимой является интенсивность подачи воды 0,06...0,15 мм/мин, для средних 0,1 ...0,25 и легких - 0,15...0,45.

При поливе дождеванием исключить эрозию можно тем же способами и приемами, которые применяются при естественных дождях: применение севооборотов с полями многолетних трав, которые улучшают почвенную структуру и ее водопроницаемость, а следовательно противоэрозионную устойчивость; возделывание культур сплошного посева; применение прерывистого бороздование и щелевания междурядий при возделывании пропашных культур. Особенно эффективно щелевание на склонах с посевами многолетних трав.

В борьбе с речной эрозией и образованием оврагов следует применять берегоукрепительные гидротехнические и фитомелиоративные приемы: использование труб, облицовка стенок оросителей бетонными плитами и др.; обвалование участков, прилегающих к вершине оврагов и др.

На современном этапе гидротехнические мероприятия является второстепенными по следующим причинам:

- большинство оврагов в горах и предгорьях почти стабильны, врезаются весьма медленно;

- многочисленные овраги в пределах бросовых земель (Буйнакский, Дербентский, Карабудахкентский и другие районы) находятся внутри массивов малопродуктивных пастбищ, мелиорация которых будет рентабельной лишь в отдаленной перспективе;

- строительство гидротехнических сооружений на крутых склонах в условиях бездорожья затруднено и требует больших затрат.

Поэтому для борьбы с оврагами в большинстве случаев предусматриваются фитомелиоративные и организационно-хозяйственные меры. Гидротехнические сооружения проектируются только в отдельных случаях для защиты ценных объектов (ферм, жилых домов, дорог, виноградников и садов) на сравнительно пологих склонах. В Дагестане чаще всего приходится закреплять «ирригационные» овраги, образовавшиеся на сбросах поливных вод.

1.4. Зона проявления водной эрозии

Зона водной склоновой эрозии включает предгорные и горные районы, охватывает площадь 2,8 млн.га. Здесь эрозия проявляется на площади более 1,52 млн. га. Около 600 тыс. га пастбищных угодий в различной степени подвержены водной эрозии. Формы проявления водой эрозии на пастбищах различны. На пахотных землях водная эрозия проявляется в форме плоскостного и линейного смыва, при сильных дождях образуются промоины, переходящие затем в рытвины и овраги. При сильных ливнях в горах водная эрозия проявляется в форме селевых потоков, наносящих огромный ущерб народному хозяйству.

Наиболее интенсивное развитие процессы водной эрозии получили по данным М.А. Баламирзоева (2008) в следующих административных районах республики (в % от площади района) Агульском - 74,3%, Ахтынском - 66,1 %, Ахвахском - 62,4 %. Буйнакском - 57,7%, Дахадаевском - 64,5%, Кулинском - 63,3%. Курахском — 62,1%, Лакском - 68,2%, Магарамкентском - 59%. С.Стальском - 74,4%, Хивском - 57,0%, Табасаранском - 57,8%, Шамильском - 58%, Унцукульском - 60,1%, Цунтинском - 58,7%, Докузпаринском - 65,2%.

На угодьях эрозионные процессы обусловлены отсутствием применения противоэрозионных приемов почвозащитного земледелия. В настоящее время пахотные угодья в основном представлены слабо- и среднеэродированными почвами, потерявшими по сравнению с эталоном до 10... 15 см плодородного слоя или 12... 17 тыс. м³/гa.

Урожаи зерновых культур на почвах различной степени смытости резко отличаются от несмытых. Как видно из таблицы 8 на несмытых почвах получают до 20 ц/га зерна озимой пшеницы, а на сильносмытых лишь - 3,2 ц/га (М.А. Баламирзоев и др., 2008). Хозяйства на таких почвах ежегодно недобирают по 4...5 ц/га кормовой массы, а в случае сильносмытой почвы урожай озимой пшеницы и ячменя снижается почти в 10 раз.

Наиболее сильное разрушение почвы (промоины, овраги) происходит на пашне, не защищенной растительностью, где до 30% дождевых и талых снеговых вод стекает по поверхности, смывая плодородный слой почвы. На некоторых пахотных склонах за один ливень иногда происходит смыв, достигающий 80... 120 т/га.

Проведенные нами исследования показывают, что в условиях отсутствия почвозащитных мероприятий летние дожди вызывают смыв почвы на участках с черным паром 60...70 т/га, с суданской травой - 20.. .30 т/га.

Одним из простых и наиболее доступных мероприятий по снижению стока и смыва почвы является создание соответствующего стокозадерживающего микрорельефа, который образуется при обработке почвы и посеве поперек склона.

Поперечная обработка и посев эффективны лишь на пологих склонах крутизной 1...30, на более крутых (3...80) склонах необходимо применять дополнительные мероприятия, такие как бороздование склонов до посева сельскохозяйственных культур (во время культивации); а после посева пропашных – бороздование и щелевание междурядий. Эффективен на склонах и бороздковый посев специальной сеялкой.

На крутых склонах заслуживает внимание такой прием, как посев пропашных под углом к склону. Дело в том, что при сильных ливнях на склонах крутизной 5...8° и более даже на участках с бороздованием междурядий достаточно переполниться и прорваться одной-двум бороздкам, как вся задержанная вода на склонах может устремиться вниз, производя колоссальный смыв. При посеве под углом, направление рядков должно быть такое, чтобы при дождях обеспечивался безопасный в отношении эрозии сброс вод со склонов. Так, в наших исследованиях в центральном предгорье смыв при посеве под углом на склонах крутизной 5...8° снизился в 1,6 раза по сравнению с поперечным и в 2,3 раза по сравнению с продольным направлением рядков (Д.У.Джабраилов, 1975).

Положительное действие посева под углом сказалось и на качестве междурядных обработок, в результате чего было предотвращено смещение культиватора в сторону уклона и наблюдавшееся повреждение им растений при поперечном направлении рядков.

В весенне-летний период, когда почва на склонах еще лишена растительности, эффективным является глубокое рыхление, которое улучшает водопроницаемость, уплотнившейся за зиму эродированной почвы.

В исследованиях ДагНИИСХ весеннее безотвальное рыхление зяби на глубину 18...20 см, способствовало уменьшению смыва в 2,4 раза по сравнению с обычной культивацией на глубину 8-10 см. При этом влажность почвы на участках с глубоким рыхлением повысилась в слое 0...30 см на 2...3%, а урожай зеленой массы кукурузы дал прибавку более чем на 37% (Д.У. Джабраилов, И.Б. Магарамов, 1976).

Более высокие результаты дает создание с осени на склонах полос из бобово-мятликовых смесей, озимой пшеницы, которые к весне, имея развитую надземную часть, задерживают поверхностный сток. Ширина полос выбирается в зависимости от крутизны и длины склона, но не более 50 метров.

В летнее время наибольший смыв наблюдается на участках обработанных после раноубираемых культур, из которых в Дагестане значительное место занимают посевы озимой пшеницы. Смыв в летний период на склонах, обработанных после уборки озимой пшеницы, составил 32 м³/га и более (С.У. Керимханов, Д.У. Джабраилов, 1973). Для уменьшения смыва целесообразно применять безотвальную обработку почвы. Так, смыв на склонах крутизной 6... 10° на участках с обычной вспашкой на глубину 24...25 см составил 10,4 м³/га, тогда как при безотвальной обработке на ту же глубину была - 3,8 м³/га.

Стерня, оставленная на поверхности при безотвальной обработки, способствовала уменьшению испарения, в результате чего влажность пахотного слоя была на 2...4% выше, чем на участках с запаханной стерней (Д.У. Джабраилов, И.Б. Магарамов, 1974 г.).

В период вегетации сельскохозяйственных культур наилучшие результаты в борьбе с эрозией дает использование почвозащитных свойств растительности. В этом случае всякий прием, способствующий повышению урожая сельскохозяйственных культур будет способствовать снижению эрозии.

Снижению смыва будет способствовать внесение на смытых почвах повышенных доз органических и минеральных удобрений, в результате чего лучше развиваются сельскохозяйственные культуры.

Снижению смыва на склонах способствует и послепосевное прикатывание культур сплошного посева, так как прикатывание увеличивает всхожесть и энергию роста, благодаря чему улучшаются почвозащитные свойства сельскохозяйственных растений. Так, по данным ДагНИИСХ в центральном предгорье при послепосевном прикатывании озимой пшеницы на склонах крутизной 3-7° смыв почвы снизился в 3,6 раза, а урожай повысился в среднем на 22%.

Не менее эффективно создание буферных полос с озимой пшеницей, путем загущенного сева той же культуры двойной нормой высева. Ширина полос равна ширине захвата сеялки (3,6 м), расстояние между полосами в зависимости от крутизны склона равна 15...25 и более метров. По данным Дагестанского НИИСХ создание буферных полос на склонах из озимой пшеницы в юго-восточном предгорье снизило смыв в 2,5 раза (Д.У. Джабраилов, И.Б. Магарамов, 1975).

Положительные результаты дают и микробуферные полосы созданные при посеве озимой пшеницы путем перекрытия уже засеянной площади после каждого прохода сеялки на 0,5... 1,0 метра. По данным ДагНИИСХ микробуферные полосы шириной 0,5... 1,0 м снизили смыв в центральном предгорье Дагестана в 3 и более раз (Д. Сулейманов, Д. Джабраилов, 1974).

Следует отметить, что в предгорьях Дагестана каких-либо почвозащитных мероприятий на зяби обычно не проводится. Объясняется это тем, что сток талых вод здесь бывает очень незначительным, да и то в зимы с достаточным количеством осадков в виде снега (Д.У. Джабраилов, 1972). Все указанные мероприятия необходимо проводить в системе почвозащитных севооборотов.

В зоне водной склоновой эрозии на пастбищных угодьях, в результате нерегламентированного выпаса, процессы эрозии идут более интенсивно из-за уничтожения дернины копытами скота.

На горных пастбищах характер и интенсивность эрозионных процессов тесно связаны с нарушением целостности дернины, обычно вызываемых скотом при чрезмерном выпасе. На крутых склонах (25...40°) это проявляется сначала в виде сети параллельных тропинок, с утоптанной дерниной, в результате чего на склонах формируется ступенчатый микрорельеф (рис. 18). Сначала тропы сохраняют покров дернины, а затем, вследствие вытаптывания, дернина разрушается, растения погибают и получается вытоптанные тропы шириной 30...50 см. Если чрезмерный выпас продолжается, то создается густая сеть перекрещивающихся тропинок. Дождевые и талые воды концентрируются на указанных тропинках и размывают их, а также участки между тропинками, в результате чего склоны полностью разрушаются и на поверхность выходят обломки горных пород.

На менее крутых склонах заметных тропинок может и не быть, но здесь в результате выпаса скота наблюдается изреживание растительности, ухудшаются физические свойства почвы, снижается водопроницаемость, что способствует образованию поверхностного стока величиной в среднем 20 л/с с 1 км2 (К.К. Гюль и др., 1961). Смыв почвы по данным П.Я. Хлопкова (1975) в зависимости от выбитости пастбищ составляет от 100 до 450 м /га. Поэтому для предотвращения эрозии на пастбищах, расположенных на склонах, необходимо отказаться от так называемой вольной пастьбы скота, при которой используется все пастбище. Нужно строго нормировать количество выпасаемых голов крупного и мелкого скота и организовать загонную пастьбу, при которой выделенные загоны стравливают поочередно.

Практика показывает, что выпас скота весной на склонах нужно начинать в такое время, когда подсохнет почва и окрепнут растения. Прекращать выпас скота осенью следует за 2...3 недели до начала морозов, с таким расчетом, чтобы растения ушли в зиму окрепшими.

Эрозионные процессы на пастбищных угодьях резко ухудшают состояние растительного покрова, в результате резко падает продуктивность пастбищ. По мере повышения степени эродированности пастбищных угодий, наблюдается заметная перегруппировка видового состава травостоя в сторону все большего выпадения многолетних растений и «заселения» оголенной почвы однолетними сорняками. Особенно наглядно отражается эродированность почв на снижении веса надземной травяной массы и корневой системы. На очень сильно сбитых, эродированных участках склонов, с преобладанием однолетней растительности смыв происходит интенсивней, чем на задернованных.

При использовании пастбищ ранней весной, летом, после дождей растительность подвергается сильному вытаптыванию, что приводит к разрушению дернового горизонта почвы. Вначале оно проявляется в виде тропинок поперек склонов, по которым устремляются талые и дождевые воды, размывающие дернину и почву. Далее образуются тропинки и размывы в другом направлении - вдоль склонов, вследствие чего на поверхности почвы появляется кочковатость, как результат чрезмерной сбитости угодий и разрушения почвы.

Опыт работы сельхозпредприятий свидетельствует о необходимости классификации почв и кормовых угодий по характеру и степени эродированности, т.к. это необходимо при планировании на них различных агротехнических и мелиоративных мероприятий. Различают 4 степени эрозии пастбищ и соответствующей им эрозии почвы: слабая, средняя, сильная и очень сильная (А. Зотов, 1975).

Слабосбитые неэродированные пастбища - общая площадь тропинок (оголенных мест) составляет менее 10%; в травостое преобладают многолетние злаковые травы, вес корневой массы которых, превышает надземную.

Среднесбитые слабоэродированные - площадь тропинок составляет 10-25%; почва частично оголена из-за выпадения из травостоя рыхлокустовых злаков, по весу надземной массы разнотравье превышает злаковые травы, разрушение почвы минимальное.

Сильносбитые среднеэродированные - площадь тропинок составляет 25...50%; многолетних злаков в травостое очень мало, доля разнотравья значительная; мощность разрушенного слоя (А+Б) почвы менее 10%.

Очень сильносбитые сильноэродированные – площадь тропинок свыше 50%; в травостое преобладают однолетние сорняки; вес корневой массы меньше веса надземной; мощность разрушенного слоя почвы составляет 10...25% и более.

Естественные сенокосы и пастбища в условиях горного рельефа отличаются неравномерностью вегетации растительности, определяя тем самым сезонность использования кормовых угодий. Ежедневный многократный прогон отар по стравленным участкам приводит к разрушению и уничтожению дернового горизонта почвы и развитию эрозии. Ввиду этого местами выделяются обширные очаги эрозии: Аджиноурская (С. Стальский район), Камышчайская (Табасаранский район), Ахатлинская (Буйнакский район); обширные долины эрозии и засоления: Параульская (Карабудахкентский район), Кар-кар, Тишиклинская, Капчугайская (Буйнакский район), Миатлинская (Казбековский район) и др. Серии проведенных исследований (табл. 9) показали тесную зависимость проективного покрытия почвы растительностью, мощности надземной и корневой массы, видового состава фитоценозов и объема эрозии (М.А. Баламирзоев, П.Я. Хлопков, 1975).

При уменьшении проективного покрытия до 15...35% на серо-шалфейно-бородачевых и разнотравно-бородачевых пастбищах объем многолетней эрозии в 5...7 раз больше, чем на разнотравно-пестроовсяницевых и типчаково-пестроовсяницевых пастбищах при проективном покрытии 70...75%. Наличие в составе травостоя дерновообразующихся злаков - типчака, овсяницы пестрой и осоки низкой обуславливает минимум разрушительных процессов почв за счет закрепления почвы хорошо развитой

корневой системой и образующейся дерниной.

Большой вред народному хозяйству причиняют селевые потоки в горных районах.

Сели - бурные кратковременные потоки, несущие много твердого материала от тонкого ила до крупных каменных глыб. Они проходят по руслам малых рек или по оврагам, возникая во время интенсивных ливней, быстрого снеготаяния, прорыва запруд. Подъем уровня воды при наступлении селя происходит обычно очень быстро, нередко ≪передний фронт≫ селевого паводка образует крутой вал, обладающий большой разрушительной силой. Непосредственную опасность эти потоки представляют в горах. Они сходят по руслам малых рек и приносят много селевой массы в долины крупных рек, которые обычно наиболее заселены и освоены человеком. В зависимости от состава твердой составляющей сели подразделяются: на грязекаменные, водокаменные и грязевые.

Сели угрожают приблизительно двумстам населенным пунктам, а на значительной площади — сельскохозяйственным угодьям, во многих местах - коммуникациям. Образование селей обусловлено, в первую очередь, горным глубокорасчлененным рельефом и специфическими процессами, способствующими раздроблению и разрыхлению горных пород на склонах. Формирование селей зависит и от режима атмосферных осадков, динамики горных ледников. За последние годы стала заметной роль антропогенных факторов (неправильное использование земель, загрязнение среды т.п.).

Повторяемость селей различная: некоторые селевые потоки формируются ежегодно, другие - несколько лет, а иногда - несколько десятилетий. Последние наиболее опасны, так как за период покоя селя о нем забывают и застраивают конус выноса или разбивают на нем сады, виноградники, огороды. Все это становится легкой добычей селя, иногда служащего причиною гибели людей и домашних животных.

В условиях Дагестана могут быть применены три группы мероприятий по борьбе с селями.

1. Организационно-хозяйственные профилактические сохранение лесов и травянистого покрова, а также все мероприятия против эрозии почв. Большое значение имеет также правильная организация горных работ. Там, где породы на поверхности склонов уже разрушены и где деятельность селей проявляется интенсивно и угрожает народнохозяйственным объектам, нужно ограничить или полностью прекратить использование пастбищ на склонах. В некоторых случаях можно применять профилактическую очистку рыхлого материала, формирующего сель, путем принудительного обрушения отдельных участков склона, спуска приледниковых озер, создание дымовых экранов, уменьшающих интенсивность таяния ледников и т.п.

2. Агромелиоративные противоселевые мероприятия, в число которых входит закрепление склонов и русел путем посадки быстро растущих деревьев и кустарников. Весьма эффективным является террасирование горных склонов, особенно в сочетании с водоотводящими канавами, а также посадкой деревьев.

3. Инженерные мероприятия направлены на непосредственную защиту от селей путем создания сооружений: - селепропускных; - селезадерживающих; - селенаправляющих и селеотводящих; - укрепительных.

К селепропускным сооружениям относятся мосты, рассчитанные на пропуск селей под полотном дороги и селепропуски для пропуска селей над дорожным полотном. Нередко для пропуска селей под дорогой кладут трубы, но они быстро забиваются грязекаменной массой и селевой поток переливается через полотно дороги, что сопровождается ее разрушением и завалами.

В качестве селезадерживающих сооружений применяются одиночные запруды или их системы, а также глубинные наносо-уловители и боковые наносозадерживающие площадки. Наибольшее распространение получили верховые запруды. Их высота от 2-3 м до нескольких десятков метров.

Селе направляющие и селеотводящие сооружения (дамбы, стенки и т.п.) устраиваются для создания фиксированного направления движения селевых потоков, например, для отвода их от защищаемого объекта. Эти сооружения устраиваются возле мостов, а также вдоль селеопасных русел, на которых расположены объекты, нуждающиеся в защите (дороги, селения и др.).

Наконец, укрепительные сооружения защищают объекты от ударного, разрушающего или размывающего воздействия селевого потока. К ним относятся подпорные стены, селерезы и др.

В Дагестане рекомендуется постройка мостов, в нужных случаях с подъемом дорожного полотна на подходных участках, направляющих стен, обвалований, канализирование русел перед мостами, укрепление берегов и ряд других сооружений. Что касается направляющих и защитных береговых стен, то экономически оправданы валы из крупного камня, который можно собирать непосредственно на месте.

Борьба с вредным воздействием селевых потоков на народнохозяйственные объекты и защита их от селей - задача комплексная. Там, где сели угрожают одновременно дорогам и сельскохозяйственным угодьям, необходимо объединение усилий дорожных и сельскохозяйственных организаций для совместного осуществления противоселевых мероприятий. Только скооперированными совместными действиями с широким привлечением местных жителей можно предотвратить селевую угрозу.

Предупреждение эрозии почвы и борьба с ней только тогда эффективна, когда почвозащитные мероприятия распространены на всю территорию. Не менее важно учитывать экономическую сторону проектируемых мероприятий, т.е. намеченные противоэрозионные мероприятия должны быть по силам данному хозяйству, содействовать росту его доходов, повышению рентабельности хозяйства.

Вода и ветер на полях должны быть не разрушительной, а созидательной силой, защита почв от эрозии - это борьба за плодородие, за изобилие сельскохозяйственных продуктов, это неотъемлемая составная часть системы государственных мероприятий, направленных на охрану нашей природы, на бережное и лучшее использование природы богатств.

Лекция 2
ТЕМА: ЗАЩИТА ПОЧВ ОТ ЭРОЗИИ.

2.1. Организационно-хозяйственные мероприятия

Защиту почв от эрозии начинают с организационно-хозяйственных мероприятий, которые предусматривают распределение сельскохозяйственных угодий с учетом характера рельефа, своеобразия почвенных условий, эрозионной предрасположенности земель, почвозащитной роли различных сельскохозяйственных культур. Для этого уточняются специализация хозяйства и структура посевных площадей, выделяются участки, непригодные для сельскохозяйственного использования, под залужение, поверхностное и коренное улучшение пастбищ, устанавливаются состав, соотношение и размещение сельскохозяйственных угодий и севооборотов.

Правильная противоэрозионная организация хозяйства требует так размещать на эродированных землях севообороты, защитные лесные насаждения, дороги, скотопрогонные пути, чтобы последующее ее хозяйственное использование способствовало прекращению процессов водной эрозии и дефляции почв, улучшению и вовлечению в эксплуатацию ранее не используемых земель со смытыми и размытыми почвами.

Поля на эрозионно-опасных землях в почвозащитных севооборотах надо располагать длинной стороной поперек склона. В условиях расчлененного рельефа, при наличии сложных двускатных склонов, особое значение имеет контурно-мелиоративная организация севооборотной территории, при которой границы севооборотных полей следуют по горизонталям местности, повторяя изгибы рельефа так, чтобы при обработке полей вдоль таких границ в любой точке борозды пересекали линии тока воды только под прямым углом, т.е. перпендикулярно поверхностному стоку.

По границам полей создают почвозащитные лесные полосы. В системе мер по задержанию и регулированию стока на склонах, снижению дефляции первостепенное значение имеет комплекс агротехнических мероприятий. Почвозащитный комплекс включает систему взаимоувязанных и дополняющих друг друга организационных, агротехнических, лесомелиоративных, водохозяйственных и гидромелиоративных мероприятий. Для каждой почвенно-климатической зоны с учетом местных условий, прежде всего типа и степени проявления эрозии, разрабатывается свой почвозащитный комплекс. Система ведения хозяйства и почвозащитный комплекс должны максимально учитывать экологическую и эрозионную обстановку:

- общее состояние земельной территории (ландшафта) хозяйства, района, области, республики, подверженной эрозии;

- характер почвенного покрова и потенциальную опасность подверженности его эрозии;

- особенности рельефа местности (равнинный, слабо-, средне-сильнопересеченный и др.), растительный покров (облесенность, наличие естественных сенокосов и пастбищ, задерненность, структуру посевных площадей на пахотных землях);

- особенности климата (осадки, температуру, ветровые режимы и др.);

- хозяйственную деятельность человека (специализацию хозяйства, систему земледелия, системы обработки почвы, применение удобрений и т.д.);

- экономические, социальные и экологические последствия.

По результатам этого обследования земли классифицируют по опасности развития эрозионных процессов, степени их пригодности для сельскохозяйственного использования. В настоящее время, согласно указаниям по проектированию противоэрозионных мероприятий, все земли делят на три класса и девять категорий (Основные положения по борьбе с водной и ветровой эрозией почв. 1962).

Класс А - земли, интенсивно используемые в земледелии:

1 - категория - не подверженные эрозии почвы; 2 - слабо подверженные

эрозии почвы; 3 - подверженные средней эрозии (почвы этих категорий используют в полевых севооборотах); 4 - подвержены сильной эрозии (используют в системе почвозащитных севооборотов).

Класс Б - земли пригодные для ограниченной обработки: 5 - категория - очень сильно эродированные (отводят под сенокосы, пастбища или выделяют в почвозащитные севообороты с 1...2 полями зерновых и 5... 10 полями многолетних трав).

Класс В - земли, непригодные для обработки, это преимущественно овражно-балочная сеть: 6 и 7 категории – непригодны для почвозащитных севооборотов (используют под сенокосы и пастбища с нормальным выпасом и применением поверхностного улучшения); 8 - непригодны для земледелия, но пригодны для лесоразведения; 9 - бросовые земли.

2.2. Агротехнические мероприятия по защите почв от водной эрозии и дефляции

В основные задачи обработки почв, как известно, входят: создание мелкокомковатого строения пахотного слоя; борьба с сорняками, болезнями и вредителями; заделка в почву растительных остатков, органических и минеральных удобрений; подготовка почвы к посеву сельскохозяйственных культур и др. На территориях, подверженных водной и ветровой эрозии, при обработке почвы возникают дополнительные и очень важные задачи: в зонах водной эрозии - борьба со стоком воды и смывом почвы, а в зонах дефляции - борьба с выдуванием.

В связи с этим, в эрозионно-опасных районах обработка должна решать следующие задачи:

- предупреждать возможность проявления эрозионных процессов;

- увеличивать сопротивляемость почвы смыву и выдуванию ветром;

- способствовать увеличению водопроницаемости почвы, повышению шероховатости и защитной роли растительности;

- в засушливых районах способствовать сокращению испарения влаги.

Обработкой почвы можно резко замедлить эрозию, а в некоторых случаях и полностью устранить ее.

Противоэрозионные агротехнические мероприятия, направленные на уменьшение поверхностного стока, можно подразделить на следующие три группы:

1. Приемы, увеличивающие скорость впитывания воды в почву. К ним относятся меры, улучшающие водопроницаемость почвы и увеличивающие емкость почвенных пор, как например, глубокая вспашка почвы, глубокое рыхление и др.

2. Приемы, основанные на задержании стоковых вод: обвалование, бороздование поверхности, лункование и др.

3. Приемы, повышающие эрозионную устойчивость поверхности почв (безотвальная и плоскорезные обработки, посев кулис, буферные полосы, полосное размещение культур на склонах, способ посева и др.).

Особенности обработки почвы на склонах зависят от вида возделываемых культур, крутизны склона и степени смытости почвы, характера и времени выпадения жидких осадков, наличия и мощности устойчивого снежного покрова и интенсивности снеготаяния.

2.3 Использование почвозащитных свойств растительности

Занятые пары

Чистый пар - наиболее опасный в отношении эрозии почв вид угодий, поэтому в районах избыточного, достаточного и неустойчивого увлажнения (лесная зона и северная лесостепь) следует вводить занятые пары. В южной лесостепи на эрозиоиноопасных участках также следует вводить занятые пары, а на менее опасных участках, а также повсеместно в степных районах недостаточного увлажнения - чистые пары, защищенные специальными противоэрозионными приемами.

Парозанимающей культурой может быть смесь овса с викой, горохом или подсолнечником, клевер, эспарцет и др., а на эрозионно- менее опасных участках - ранний картофель, кукуруза или подсолнечник на силос. Сидеральные занятые пары используются в зоне достаточного увлажнения. В качестве зеленого удобрения используются, главным образом на легких почвах, бобовые культуры — люпин, донник белый, а также крестоцветные: горчица белая, рапс, редька масличная.

Промежуточные и совместные посевы Промежуточными называют культуры, которые возделывают на пашне в промежуток времени свободный от возделывания основных культур севооборота. Резко отличаясь по биологии и агротехнике от основных культур севооборота, промежуточные культуры выполняют роль утраченных элементов плодосмена в специализированных севооборотах. Кроме того, занимая пашню в период отсутствия на ней основных культур севооборота, промежуточные культуры выполняют почвозащитную функцию, возможности которой трудно переоценить.

Применение промежуточных культур ограничено такими агроклиматическими ресурсами, как вода и тепло. Успех их возделывания зависит от того, насколько эффективно будут использованы "остатки" этих ресурсов после основных культур, а это, в свою очередь, зависит от сроков и качества выполнения всех видов полевых работ. В общем, посевы промежуточных культур - это элемент весьма интенсивных систем и высокой культуры земледелия (Лошаков, 1980).

По срокам сева различают озимые, поукосные, пожнивные и подсевные (подпокровные) промежуточные культуры. Озимыми называют культуры, высеваемые после уборки основной культуры в конце лета - начале осени и убираемые на корм весной следующего года, пожнивными - высеваемые после уборки зерновых, а поукосными - высеваемые после скашивания одно- и многолетних трав и других культур, убираемых на корм. Различие между пожнивными и поукосными культурами лишь только в том, что после уборки трав времени для вегетации промежуточных культур остается больше (кормовые травы часто убирают раньше, чем зерновые культуры). Подсевными (подпокровными) называют культуры, высеваемые весной вместе с основной культурой (или подсеваемые под ее покров) и дающие урожай за счет агроклиматических ресурсов послеуборочного (для основной культуры) периода. Промежуточные культуры, возделываемые для целей предотвращения эрозии почв, часто называют почвопокровными. После уборки пропашных культур в августе или зерновых - в июле-августе наступает эрозионноопасный период, когда почва не защищена растительностью и когда для ее защиты применяют промежуточные культуры. В качестве пожнивных и поукосных обычно применяют кормовые культуры (суданскую траву, чину, кукурузу, подсолнечник), а также некоторые озимые (рожь, тритикале, вику, рапс, сурепицу). В качестве подсевных, высеваемых под покров основной культуры и оставляемых на поле до осени после ее уборки, используют кормовой люпин, сераделлу, райграс однолетний, донник белый. В совмещенных посевах широко используют кукурузу с зернобобовыми, с сорго и суданской травой; подсолнечник с горохом.

Промежуточные культуры защищают почву от эрозии, дают дополнительный урожай, а также органический материал для запашки в целях улучшения физических и химических свойств почвы.

Перекрестный и узкорядный посев

Узкорядные посевы более устойчивы к эрозии почв, чем обычные при прочих равных условиях. Их применение приводит к уменьшению стока на 20-30%, смыва почвы - на 25-50% и увеличению урожайности зерновых культур на 1,5-2,0 ц/га. На расчлененных сложных склонах особенно эффективен перекрестный посев, когда сеялка делает первый проход вдоль склона, а второй - по контурам. Этот прием в несколько раз снижает смыв почвы и обеспечивает прибавку урожая зерновых культур за счет более равномерного распределения растений по площади (Соболев, 1973; Каштанов, Заславский, 1984).

Полосное размещение культур на склоне

Буферные полосы, располагаемые в направлении, близком к горизонталям, предназначены для распыления стока, замедления скорости стекания воды и кольматации наносов. Их создают в виде узких лент из многолетних и однолетних культур (озимой пшеницы, ржи, вики, бобово-злаковых смесей) на нарах, на полях, занятых пропашными культурами, а также в садах. Ширина буферных полос и расстояние между ними определяются, главным образом, крутизной склона, а также длиной и формой склона, свойствами почвы и характером растительности на участках между буферными полосами. Для условий Молдавии М.Н. Заславский A966) рекомендует на склонах крутизной 6-8° создавать буферные полосы шириной 4-6 м с расстоянием между ними 30-40 м, а на склонах крутизной 10-12°, соответственно 8-10 и 20-30 м.

Ширина полос должна быть кратна ширине захвата сеялки. Расстояние между полосами должно быть постоянным во избежание образования клиньев.

Собственно полосное размещение культур, применяют для защиты почв и от водной и от ветровой эрозии. Наиболее широко этот прием применяют в районах распространения ливневой эрозии, в частности в Молдавии. При увеличении крутизны склона ширину буферных полос необходимо увеличивать. В случае, когда она становигся равной ширине межполосного пространства, уже говорят о полосном размещении культур и контурно-полосном земледелии. Обычно ширина полос изменяется от 30 до 40 м.

Принцип полосного размещения культур используется и при освоении склонов. Сначала склон распахивают полосами под многолетние травы. Когда они достаточно разовьются, оставшиеся невспаханными полосы между ними распахивают под однолетние культуры. После 2-3 лет пользования полосы многолетних трав распахивают и используют под однолетние, а многолетние травы переводят на место однолетних.

Таким образом, часть полос в любое время покрыта защищающей почву растительностью. Почвозащитные севообороты и улучшение естественных кормовых угодий Почвозащитными называют севообороты, которые, во-первых, размещены на более эродированных частях склонов; во-вторых, значительно насыщены почвозащитными культурами; в-третьих, связаны с усиленным применением на их территории всех необходимых средств и приемов противоэрозионной защиты (Сильвестров, 1972).

Место почвозащитных севооборотов на склонах определяется их формой. Почвозащитные севообороты располагают в нижней части выпуклых и прямых склонов, в средней части вьшукло-вогнутых и несколько выше середины вогнутых (см. рис. 3.2).

Пар и пропашные культуры - наиболее опасны в отношении эрозии почв, поэтому присутствие их в почвозащитных севооборотах крайне нежелательно; однако при необходимости их нужно располагать полосами и защищать специальными противоэрозионными приемами.

Для почвозащитных севооборотов подбирают культуры с учетом их почвозащитной эффективности. Наибольшей почвозащитной эффективностью обладают многолетние травы, далее следуют озимые и яровые культуры, зернобобовые культуры и однолетние травы, затем зерновые и крупяные культуры. Среди последних наименее эффективны культуры поздних сроков сева (просо, гречиха).

Набор культур в севообороте зависит от природной зоны и специализации хозяйства. Например, на черноземах и темно-серых лесных почвах лесостепной зоны ВНИИЗиЗПЭ рекомендует применять такие севообороты:

зерно-травяной (на склонах крутизной 3-5°) почвозащитный (на склонах круче 5°)

1) однолетние травы; 1-2) многолетние травы;

2) озимая рожь; 3) озимая рожь;

3) овес с подсевом многолетних трав; 4) овес с подсевом многолетних трав.

4) многолетние травы;

5) озимая пшеница.

Для получения хороших урожаев трав рекомендуются сложные травосмеси из бобовых и злаковых культур. В настоящее время обращено особое внимание на улучшение кормовых угодий. Это одновременно мера укрепления базы животноводства и защиты почв от эрозии, поскольку в районах, подверженных эрозии, основная часть кормовых угодий занимает балки и крутые склоны. Из-за интенсивного бессистемного использования этих земель их продуктивность обычно очень низха. При освоении склонов под сеянные сенокосы и пастбища их продуктивность повышается в 3-5 раз. Рекомендованы два вида улучшения естественных кормовых угодий: 1) поверхностное улучшение, заключающееся в проведении дискования и ранневесеннего боронования для разрушения почвенной корки и сохранения влаги, щелевания, подсева многолетних трав и внесения удобрений; 2) коренное улучшение, включающее полосную вспашку и посев многолетних трав по пласту, внесение органических и минеральных удобрений ( на смытых почвах рекомендуется вспашка с почвоуглублением до 30-35 см).

Мульчирование

Мульчирование (от англ. mulch - "обкладывать соломой, навозом") является одним из эффективных способов сохранения и накопления влаги в почве, а также защиты почвы от эрозии. Мульчирующий материал не только предохраняет почву от прямых ударов дождевых капель, разрушающих ее структуру, вызывающих уплотнение верхнего слоя и снижение его водопроницаемости, но и повышает шероховатость поверхности и, следовательно, снижает скорость водных потоков.

Использование в качестве почвозапщтного покрытия послеуборочных остатков оказывает огромное влияние на всю систему земледелия. Во-первых, чтобы сохранить мульчирующее покрытие в эффективном состоянии в процессе возделывания почв необходимо коренным образом менять агротехнику - переходить на новую систему машин (более подробно этот вопрос будет освещен в разделе 9.1.2). Во-вторых, исходя из того, что послеуборочные остатки на поверхности почвы - это и укрытие, и пища для вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных растений, необходимо применять систему профилактических мероприятий. В-третьих, при внесении в почву соломы злаков (или при оставлении ее на поверхности) необходимо иметь в виду, что вследствие низкого содержания в ней азота почвенные микроорганизмы, разлагающие солому, могут использовать азот почвы. Если иммобилизация почвенного азота совпадает по времени с периодом интенсивного роста и развития возделываемых (небобовых) растений, то они могут испытывать азотную недостаточность. В стенных районах Северного Кавказа оставление стерни без дополнительного внесения минеральных удобрений, в особенности азотных, приводит к снижению урожая зерна (Извеков, Рыбалкин, 1975). Поэтому ори мульчировании почвы соломой, ее необходимо удобрять компенсационными дозами азотных удобрений, которые колеблются от 0,25 до 1,5 кг азота на каждые 100 кг соломы (Авров, Мороз, 1979).

Эффективность мульчирования зависит от площади проективного покрытия поверхности мульчирующим материалом. Опыты показали, что при одинаковом покрытии поверхности мульча из пожнивных остатков пшеницы, кукурузы, сорго была одинаково эффективна. По данным службы охраны почв США для эффективной защиты почвы от эрозии рекомендуется вносить 2,5-5 т/га соломы или сена, 10-12,5 т/га стержней кукурузных початков, 15-20 т/га навоза и другие мульчирующие материалы. В качестве мульчи используется также жидкий навоз, взятый из аэрируемых окислительных траншей. Установлено, что распределение его но поверхности слоем толщиной 10-20 мм C,5-7 т/га твердого вещества) более чем в два раза сокращает поверхностный сток, снижает потери почвы и питательных веществ (Михайлина, 1977).

Начиная с 30-х гг., идет поиск и испытание в качестве мульчирующих веществ продуктов промышленности - и побочных продуктов, и специально создаваемых почвенных кондиционеров. Во-первых, это обусловлено поисками приемлемых путей утилизации некоторых побочных продуктов целлюлозно-бумажной и нефтяной промышленностей, во-вторых, поисками эффективных веществ, которые могли бы быть использованы в качестве препаратов, оструктуривающих почву и предохраняющих ее от разрушения водой и ветром.

Разновидностями мульчирующего материала можно считать эмульсии латексов и смол в воде, полимерные материалы, отработанные моторные масла, применяемые для повышения водопроницаемости почв, а также их противоэрозионной и противо-дефляционной стойкости. В настоящее время они нашли пока ограниченное применение: при закреплении подвижных песков, для защиты почв от смыва при поливе по бороздам, для уменьшения пылимости фунтовых аэродромов. В качестве мульчирующего покрытия в горных садах на склонах используют гравий и щебень.

2.4 Противоэрозионная обработка почвы

В зависимости от решаемых задач различают: основную обработку, уход за парами, предпосевную обработку, посев (посадку) и уход за насаждениями. Все виды обработки помимо основной своей задачи должны выполнять и почвозащитные функции.

Обработка почвы и посев культур в направлении горизонталей

Вспашка, культивация, боронование и посев в направлении, близком к горизонталям, являются наименее трудоемким способом зашиты почв от эрозии. При этом фебни и борозды, располагаясь перпендикулярно к направлению склонового стока, оказьшают наибольшее возможное сопротивление движению воды, задерживают часть стока и способствуют увеличению поглощения воды почвой. В районах избыточного увлажнения, где нет необходимости в дополнительном накоплении воды, обработку почвы следует проводить под небольшим углом к горизонталям, чтобы обеспечить безопасный отвод излишков воды. В районах неустойчивого и недостаточного увлажнения обработку почвы желательно проводить строго по горизонталям. Это возможно при нагшчии легких маневренных машин и орудий.

Современная сельскохозяйственная техника позволяет проводить обработку в направлении, близком к горизонталям. Для этого используются два способа:

организация прямолинейно- контурной обработки, проводимой но отрезкам прямых в направлении горизонталей; выделение на склоне полей или рабочих участков с различным направлением пахоты (рис.8.1). На этом рисунке представлены три варианта размещения нолей на двустороннем склоне (Вервейко, 1971). В первом варианте (а) предусматривается расположение 2 и 3 полей длинными сторонами вдоль склона, вынуждающее проводить обработку почвы в том же направления, что неприемлемо по соображениям защиты почв от эрозии. Во втором варианте (б) с контурным расположением границ полей обеспечивается наилучшая защита почв от смыва, однако но технологическим и экономическим соображениям он не всегда выполним. В третьем варианте (в) почва защищена несколько хуже, чем во втором, однако, если учесть, что затраты на обработку почвы в третьем варианте в 2,3 раза меньше, чем во втором, то третий вариант (в) окажется оптимальным для хозяйства.

Многочисленные исследования поперечной обработки почвы, проведенные в различных природных условиях, показали в общем ее высокую противоэрозионную эффективность. Зяблевая пахота поперек склона позволяет задержать дополнительно 5-8 мм влага и дает прибавку урожая зерновых 2-4 ц/га. В результате уменьшается и смыв почвы, особенно в маловодные годы. Однако известны случаи, когда поперечная обработка приводила к увеличению стока и смыва почвы.

Необходимыми условиями противоэрозионной эффективности поперечной обработки почвы являются:

• расположение борозд и гребней в направлении, близком к горизонталям, что обеспечивает отсутствие больших, уклонов вдоль борозд;

• умеренная интенсивность дождя или снеготаяния, не приводящая к переполнению вогнутых форм нанорельефа водой;

- сочетание поперечной обработки с глубокой пахотой, обеспечивающее впитывание задержанной воды;

• крутизна склона не более 5-6° (оптимальным является уклон 2—3°; с увеличением уклона емкость форм нанорельефа уменьшается).

Глубокая вспашка и вспашка с почвоуглублением

Увеличение глубины обработки почвы приводит к повышению водопроницаемости почвы и, соответственно, к уменьшению стока воды и смыва почвы. Вспашка на глубину 20- 22 см считается нормальной, а на 25- 27 см и глубже - глубокой.

Многочисленные опыты показали, что при зяблевой обработке почвы углубление пахотного слоя на 1 см приводит к уменьшению стока на 0,8-4 мм. Такой широкий диапазон связан с особенностями зимы и с глубиной обработки. Глубокая обработка наиболее эффективна в многоводные годы. В маловодные годы, когда сток небольшой, ее эффективность мала. Обработка почвы на малую глубину 6-8 см, например при лущения стерни) слабо влияет на сток.

Увеличение глубины обработки, особенно в диапазоне 15-25 см, приводит к резкому сокращению стока. В диапазоне 25-27 см эффективность этого приема падает (рис. 8.2). Наибольшее сокращение стока вызывает углубление пахотного слоя в диапазоне 22-30 см. Окультуривание почвы приводит к увеличению эффективной глубины вспашки. При гидрологических расчетах эффективность почвоуглубления принимают постоянной, равной снижению слоя стока на 1,2 мм при углублении на 1 см.

На смытых почвах рекомендуется проводить глубокую обработку плугом с почвоуглубителем (рис. 8.3) или плугом с вырезным отвалом, чтобы не выворачивать на поверхность малоплодородные глубокие горизонты почвы.

На черноземах и каштановых почвах Заволжья зяблевая вспашка на глубину 27-30 см в направлении близком к горизонталям обеспечивает полное поглощение талой воды в 8-9 случаях из 10, а на черноземах Центральной полосы - в 7. В остальных случаях сток значительно снижается (Сурмач, 1976). Причина этого становится ясной, если вспомнить, что весенний сток 10%-й обеспеченности составляет в зоне каштановых почв лишь 15-20 мм, а в зоне черноземов - 80 мм.

Глубокое полосное рыхление почвы

Глубокая вспашка весьма эффективное, но энергоемкое мероприятие. Поэтому такую вспашку можно проводить через 2-3 года, чередуя ее с обычной вспашкой. Кроме того, в целях экономии средств вместо сплошной глубокой обработки рекомендуется обычная вспашка с последующим глубоким рыхлением полосами. Этот метод изучали в Молдавии в целях предотвращения эрозии от ливневых осадков на парах, ранней зяби, а также при весенней обработке полей под посев кукурузы (Каштанов, Заславский, 1984). Ширина полос 1,2-3,5 м, расстояние между ними 10-15 м. Использование этого приема сокращает смыв почвы в 1,5-2,5 раза и увеличивает урожайность зерна кукурузы на 4-16 %.

Ступенчатая вспашка

Сущность ступенчатой вспашки заключается в создании ступенчатой формы плужной подошвы и чередующихся борозд разной глубины на поверхности почвы, затрудняющих внутрипочвенный и поверхностный сток. ее проводят четырехкорпусным плугом, 10-15 см причем второй и четвертый корпуса установлены на обычную глубину, а первый и третий - на 10-15 см глубже (рис. 8.4). по данным и.с. шатилова применение ступенчатой вспашки задерживает в среднем 100-120 м³/га (0-12 мм) воды, уменьшает смыв почвы на 5,8 м³/га, увеличивает урожайность зерновых на 2,4 ц/га (каштанов, заславский, 1984).

2.5 Способы водозадерживающей обработки почв

Создание противоэрозионного нанорельефа

На склонах крутизной более 2-3°, где эффективность поперечной обработки почв снижается, необходимо проводить дополнительные водозадерживающие мероприятия. Часть из них основана на создании водозадерживающих углублений (лунок, борозд, микролиманов) на поверхности почвы. Лункование проводится на зяби и парах специальным орудием, лункообразователем, или приспособленными для этой цели дисковыми лущильниками с эксцентрично установленными на оси дисками (рис. 8.5). Длина лунок 110-120 см, ширина 35- 50 см, глубина 12-15 см. На каждом гектаре образуется до 13 тыс. лунок общей емкостью 250м3/га при угле атаки дисков (а) 30°.

Объем лунок уменьшается при увеличении крутизны склона и уменьшении угла атаки дисков. при образовании лунок агрегат должен работать в направлении, диска близком к горизонталям, чтобы обеспечить расположение лунок в том же направлении во избежание их прорыва.

Прерывистое бороздование проводят с помощью специального приспособления, агрегатируемого с плугом, кукурузной сеялкой, пропашными или паровыми культиваторами.

Рабочим органом является трех- или четырех лопастная крыльчатка; ее лопасти жестко закреплены под углом 120 или 90° (рис. 8.6).

Вертикальная лопасть крыльчатки сгребает почву в борозде, образованной корпусом плуга с укороченным или снятым отвалом. После того, как накопится достаточно почвы для образования перемычки, что соответствует одному обороту опорного колеса плуга, опорный ролик освободит лопасть крыльчатки, и она провернется на 1/3 или 1/4 полного оборота, соответственно конструкции. При проворачивании крыльчатки происходит формирование перемычки. Прерывистое бороздование проводится одновременно со вспашкой зяби или паров, а также в междурядьях пропашных культур, например, кукурузы при их культивации.

Размеры борозды: длина 80-100 см, ширина 35-40 см, глубина 10-15 см. Средняя емкость прерывистых борозд 300 м3/га.

Данные по эффективности лункования и прерывистого бороздования довольно противоречивы. Однако в первом приближении можно принять, что указанные мероприятия сокращают, в среднем, поверхностный сток на 10-17 мм, смыв почвы на 4 т/га, а урожайность зерновых поднимают на 1-2 ц/га.

Микролиманы представляют собой небольшие площадки, окаймленные валиками высотой 20-22 см с перемычками через 1,4 м и расстоянием между ними 70 см. Их поделка осуществляется более широкой крыльчаткой G00 мм), актирующейся с плугом, у которого первый корпус имеет удлиненный отвал. Число микролиманов на 1 га достигает 4100, а суммарная емкость -700 м3/га.

Для уменьшения поверхностного стока и смыва на зяби и нарах применяют также обвалование, которое обычно производится одновременно со вспашкой. Для этого на предпоследнем корпусе плуга устанавливают удлиненный отваж, создающий борозды и валики высотой 20-25 см, расположенные на расстоянии 140-170 см друг от друга. Во избежание стока вдоль валиков применяют фигурное обвалование, при котором через каждые 25-50 м хода делают дугообразный поворот агрегата вверх по склону, а затем переводят его в нормальное положение.

Эффективность создания микролиманов и обвалования примерно та же, что и другах методов создания водозадерживающего нанорельефа.

Все искусственно созданные микроформы мигают свой объем к весне из-за насыщения водой и оплывания почвы, поэтому лункование, прерывистое бороздование, создание микрслиманов и обвалование почвы эффективны лишь на достаточно водопрочных почвах. Следует также учитывать, что поделка углублений приводит к увеличению поверхности почвы, что может повлечь дополнительные потери влаги на испарение. Поэтому весной необходимо как можно быстрее заровнять поверхность и провести закрытие влага боронованием. Эффективность этих приемов зависит также от крутизны склона. На «слонах крутизной более 4-5° их применение нецелесообразно. Более того, оно может привести к формированию концентрированного стока и развитию линейных форм эрозии в случае прорыва микроформ в верхней части склона.

Поэтому применение указанных мероприятий целесообразно сочетать с поделкой водоотводных борозд.

Поделка водоотводных борозд Борозды нарезают осенью по зяби, стерне и на озимых посевах навесным бороздоделом БН-300, рабочими органами которого являются лемех и метатели для отбрасывания почвы равномерным слоем на расстояние до 10 м или сменным корпусом плуга с удлиненным отвалом.

Глубина водоотводных борозд 18-22 см, ширина по верху 40-48 см, заложение откосов 1:1 (Каштанов, Заславский, 1984). Борозды обычно нарезают на расстоянии 50-100 м друг от друга в зависимости от рельефа местности и условий стока под углом 25-30° к горизонталям. При этом фактический уклон борозд оказывается в 3-4 раза меньше уклона склона. Однако на крутых склонах, занятых ценными культурами (например табаком), расстояние сокращают до 6-7 м. Длина водоотводных борозд с односторонним сбросом до 200-250 м. При большей ширине склона бороздам придают двусторонний уклон, направляя их в противоположные стороны.

Расстояние между водоотводными бороздами можно рассчитать, исходя из условия неразмываемости пространства между ними. Если в уравнении B.24) заменить донную скорость движения воды (Vu ) на донную допустимую скорость (Кдд0П) можно легко получить длину неэродируемого участка склона или допустимое (по условию неразмываемости почвы) расстояние между водоотводными бороздами или водозадерживающими валами 0сдоп).

Из водоотводных борозд вода сбрасывается -в места, безопасные в эрозионном отношении, например, в задернованные или облесенные ложбины, лощины, балки. Если таких мест нет, на склонах создают искусственные залуженные водосбросы. Они представляют собой корытообразные ложбины шириной 10-15 м, засеянные многолетними травами, такими, как кострец, мятлик луговой, овсяница луговая и др.

Водосбросы рассчитываются на сток 5-10% обеспеченности, исходя из условий неразмываемости и пропускной способности русла. Из водосбросов вода поступает в балки, поймы рек, пруды. По данным ИД.Брауде A976) устройство водоотводных борозд в 3-5 раз уменьшает смыв серых лесных почв.

Щелевание

Щелевание заключается в поделке специальными орудиями узких и глубоких щелей. Применяют его обычно на зяби, посевах озимых, сенокосах и пастбищах. Глубина щелей может быть от 15 до 60 см, а расстояние между ними 100-150 см. Рабочим органом служат ножи-щелерезы, устанавливаемые обычно на раму плуга или плоскореза- глубокорыхлителя. Щелевание можно производить также кротователем без дренера. Оно особенно эффективно на мерзлых почвах с ледяной коркой на поверхности. Если весной перед самым стоком нарушить верхний мерзлый 20-30-сантиметровый слой, насыщенный льдом, водопроницаемость почвы резко увеличится. Весеннее щелевание мерзлой почвы особенно эффективно в степных и лесостепных районах на черноземах, где глубина промерзания почвы сравнительно небольшая, а её водопроницаемость достаточно высокая. Этот прием позволяет увеличить запасы влаги в почве на 30-35 мм, уменьшить смыв, в среднем, на 9 т/га (Иванов, 1988) и повысить урожайность зерновых на 4-5 ц/га.

Существенного увеличения эффективности щелевания можно добиться путем заполнения щели измельченными растительными остатками или торфом.

С этой целью щелеватель оснащают устройствами, необходимыми для подачи заполнителя из грузовой тележки в щель (рис. 8.7).

Кротование Под естественной древесной или травянистой растительностью в почве формируется сеть пустот от сгнивших корней и ходов землероев, обеспечивающих беспрепятственное просачивание талых и ливневых вод в глубину почвы. Сведение леса и распашка земель приводит к постоянному засыпанию и заиливанию этих пустот, в результате чего водопроницаемость почвы резко понижается.

Путем специальной обработки удается создать искусственную сеть пустот. В этом и заключается сущность кротования. При протаскивании дренера на глубине 35-40 см, а иногда и глубже, создаются кротовины, круглые ходы залегающие на постоянной глубине

Кротование производится одновременно со вспашкой зяби, для чего на одном или двух корпусах плуга ставят кротователи. При вспашке с кротователем в подпахотном горизонте образуется вертикальная щель, через которую вода поступает в кротовину. Однако при весеннем снеготаянии одно кротование не всегда оказывается достаточно эффективным, так как кротовины находятся в мерзлом слое и оттаивают в последнюю очередь. В этом случае целесообразно проводить кротование одновременно с поделкой микролиманов. Весной, когда снег начинает оседать, открываются гребни земляных валиков, по ним оттаивание идет вглубь и достигает кротовины.

Сочетание этих двух приемов задержания влаги в условиях Татарии привело к уменьшению поверхностного стока в два (330 м3/га), а смыва почвы - в три раза (Шакиров, 1969). Кротовины оказываются эффективным средством накопления влаги и в летний период во время дождей.

Снегозадержание и регулирование снеготаяния

Огромное влияние на интенсивность эрозии в период весеннего снеготаяния оказывает неравномерность накопления снега на склоне.

Для удержания и равномерного распределения снега на склоне применяют различные приемы. Наиболее простым из них является использование кулис, представляющих собой один или несколько рядков высокостебельных растений (подсолнечника, кукурузы, горчицы, сорго и др.), оставляемых на зиму. Кулисные насаждения не относятся к разряду промежуточных, так как по технологии возделывания и воздействию на почву они не выполняют роли заместителей утраченных элементов плодосмена в севообороте. Единственное их назначение - защита почв и посевов и накопление влаги (за счет снега). Наилучшие результаты получают при устройстве двух-трехрядных кулис на расстоянии 10-12 м одна от другой. (О технологии создания кулис см. раздел 9.1.1.)

Хорошие результаты дают также стерневые кулисы, которые представляют собой полосы стерни шириной 60 см, высотой 35-40 см на расстоянии б м друг от друга, остающиеся после уборки урожая зерновых культур с использованием специальной жатки (Каштанов, Заславский, 1984).

Одним из наиболее эффективных приемов снегозадержания является снегопахота, которую начинают при высоте снежного покрова 8- 12 см и проводят 2-3 раза за зиму, преимущественно во время оттепелей. Используемый для этого снегопах-валкователь представляет собой прицепное орудие с двумя съемными лемехами с Отвалами, работающими вевал, снабженное двумя лыжами, предназначенными для сохранения защитного слоя снега при работе на посевах озимых культур и многолетних трав. С помощью снегопаха формируют снежные валы с наклонными стенками высотой от 40 до 70 см, располагая их поперек господствующих ветров или перекрестно на расстоянии 5-10 м один от другого на нижних частях склонов южной и западной экспозиции и 15-20 м - на верхних частях этих склонов, а также на склонах северной и восточной экспозиции. Весьма эффективным приемом является также поделка разгребных полос в снежном покрове, осуществляемая с помощью бульдозера или снегопаха клиновидной формы (Каштанов, Заславский, 1984).

Недостатком снегопахоты является то, что в ветреные зимы снежные валы разрушаются и снег уносится с полей. В этом случае большой эффект дает полосное уплотнение снега, особенно при проведении его в период оттепелей. Оно способствует накоплению дополнительного количества снега на уплотненных полосах, растягивает период снеготаяния и, следовательно, уменьшает его среднюю интенсивность. Кроме того уплотненные снежные полосы уменьшают скорость стекания воды и задерживают смытую с проталин почву. В Московской обл. использование этого приема уменьшало скорость стекания талых вод в 2-4 раза и сокращало смыв почвы почти на 60% (Каштанов, Заславский, 1984). Для полосного уплотнения снега используют тяжелые водоналивные катки, заполняя их сухим песком или 35-40%-м раствором калийной соли.

Ширина полос 3-4,5 м, расстояние между ними зависит от крутизны склона и мощности снежного покрова; обычно оно составляет 5-8 м. Регулировать снеготаяние можно также путем полосного обнажения почвы или зачернения снега золой, торфом, почвой полосами шириной 2-3 м с расстоянием между ними 5-15 м. На зачерненных полосах проталины образуются быстрее, а снег сходит на несколько дней раньше, чем с незачерненпых. При этом запасы влаги в почве увеличиваются на 10-15 мм, смыв почвы уменьшается, в среднем, на 2 т/га (Иванов, 1988), а урожайность зерновых повышается на 1-3 ц/га.

2.6. Почвозащитная обработка на склонах при возделывании яровых культур

Система обработки почвы под яровые культуры включает осеннюю (зяблевую), весеннюю предпосевную и послепосевную обработки. Обработку почвы в осенний период под посев яровых культур следующего года называют зяблевой. Она может включать один или несколько приемов, которые зависят от почвенно-климатических условий, увлажненности зоны, мощности пахотного слоя, проявления эрозии, предшественника, засоренности полей сорняками и других причин. Поэтому для защиты почв от эрозии надо использовать приемы обработки почвы, относящиеся ко всем трем группам защитных мероприятий.

Обработку почвы на склонах начинают сразу после уборки предшественника (в конце лета - начале осени), как правило, это вспашка. При подготовке почвы под яровые в летне-осенний период на склонах стараются избегать многократных мелких обработок по уничтожению сорняков и размельчению глыб, которая практикуется на ровных без уклонов участках. Такая обработка на склонах может привести к распылению и уплотнению пахотного слоя за осенне-зимний период и способствовать образованию поверхностного стока и смыва почвы. Поэтому обработку почвы на склонах начинают сразу после уборки предшественника.

При крутизне склона не более 3° - это обычная вспашка поперек склона на глубину 20...22 см с оборотом пласта. Следует отметить, что на ровных односторонних склонах все обработки почвы проводятся поперек уклона, а на сложных двусторонних склонах по горизонталям, повторяя контуры склона. Такую обработку почвы называют контурной (рис. 10). Поэтому при многократных обработках поперек склона или по горизонталям в одну и ту же сторону, возникают трудности качественного выполнения работы, тогда как на полях без уклона можно чередовать обработки вдоль и поперек.

Образуемые гребни и борозды при вспашке поперек склона служат препятствием на пути движения воды вниз по уклону, замедляя тем самым скорость ее потока. В результате облегчается проникновение воды в почву, т.к. увеличивается время пребывания стекающих вод на склоне. Многочисленные данные научных учреждений страны показывают, что вспашка поперек склона снижает смыв почвы в 2...3 раза по сравнению с обработкой вдоль склона.

Еще более эффективна глубокая вспашка поперек склона, на глубину 28...30 см. Однако такую вспашку целесообразно периодически применять на почвах с мощным гумусовым слоем.

При глубокой вспашке увеличивается водопроницаемость и улучшается структура пахотного слоя, почва больше впитывает воды, поэтому лучше использует выпадающие осадки, что положительно сказывается на водном режиме почвы и снижении эрозионных процессов. Кроме того, глубокая вспашка в дальнейшем облегчает проникновение корней культурных растений в глубокие горизонты почвы. Глубокая вспашка способствует более эффективной борьбе с сорняками, вредителями и болезнями культурных растений.

При углублении вспашки до 33...35 см, в степных районах увеличивается запас влаги в метровом слое на 25...40 мм, в 2...3 раза сокращается смыв почвы и на 2...2,5 ц/га повышается урожайность зерновых культур.

Однако ежегодное проведение глубокой вспашки не оправдывает себя как экономически, так и агротехнически, поэтому ее следует проводить в севообороте через 2...3 года, чередуя со вспашкой на обычную глубину (20...22 см).

На почвах с небольшим гумусовым слоем (менее 20 см), а также на средне- и сильносмытых почвах, чтобы не выворачивать на поверхность нижние, менее плодородные слои почвы, проводится полосное позднеосеннее безотвальное глубокое рыхление почвы на глубину 30...35 см поперек склона по ранее проведенной обычной вспашке на глубину 20...22 см. При ширине полос равной 1,5...2,5 м и расстоянии между ними 15...20 м снижается поверхностный сток и смыв почвы соответственно в 3 и 5...6 раз. Полосы с рыхлением можно проводить обычным плугом со снятыми отвалами или чизельным плугом.

Рис. 10. Контурная обработка почв на склонах

На этих же почвах (средне- и сильносмытых) целесообразно применять глубокую безотвальную обработку, при которой рыхлится весь обрабатываемый слой на глубину 30...32 см без оборачивания и перемешивания. Особенно эффективна она в районах недостаточного увлажнения после зерновых колосовых, убираемых в первой половине лета. Оставленные на поверхности почвы стерневые остатки и отмершие растения защищают поверхность почвы не только от перегрева и испарения, но и от прямых ударов дождевых капель, препятствуют концентрации и возникновению поверхностного стока и смыва почвы.

Безотвальная обработка почвы производится орудиями КПГ-250, КПП-2,2, чизелькультиваторами, плугами ПН-4-35А ≪Пахарь≫ (с корпусами для безотвальной обработки) или обычными плугами со снятыми отвалами. На сильносмытых почвах эффективны плуги с вырезными отвалами и плуги с почвоуглубителями, которые оборачивают верхние более плодородные слои и рыхлят нижние, представляющие собой материнскую породу, лишенную плодородия.

Все выше перечисленные приемы противоэрозионной обработки склонов крутизной не более 3° эффективны при эрозии, вызываемой талыми водами, т.е. в районах с устойчивым мощным снежным покровом, где помимо указанных мероприятий по обработке почвы, применяются меры по снегозадержанию и регулированию снеготаяния путем полосного зачернения (торфом, золой, перегноем и др.), разгребания и уплотнения снега, что позволяет замедлить или ускорить интенсивность снеготаяния и, тем самым, снизить размывающую силу талых вод в весенний период.

На склонах крутизной 3...50 применяется обработка с созданием водозадерживающего микрорельефа путем щелевания, кротования, обвалования, прерывистого бороздования, лункования, ступенчатой (разноглубинной), гребнистой, комбинированной (отвально-безотвальной) вспашек и других мероприятий.

Щелевание - специальный прием обработки почвы проводят для регулирования поверхностного стока воды на склоновых землях с крутизной 3...100. Щелевание - эффективно на тяжелых почвах с плохой водопроницаемостью. Его проводят в системе зяблевой обработки почвы. Щели нарезают с помощью щелереза ЩН-2-140 глубиной до 40...60 см, шириной щели 5...8 см с расстоянием между ними в ленте 1,4 м, а между парами щелей (лентами) зависит от уклона поля и составляет 5... 10 и более метров.

Этот прием выполняют поздней осенью, когда почва несколько уплотнится, чтобы щели не осыпались и сохранились до весны.

Щелевание часто дополняют кротованием почвы.

Кротование - это прием создания на некоторой глубине (35...40 см) от поверхности почвы круглых ходов при помощи кротователя на расстоянии 1 м друг от друга. Вода в кротовину поступает через щель прорезанную вертикальной стойкой, прикрепленной к полевой доске плуга, что исключает сток и смыв почвы. В условиях избыточного увлажнения кротование позволяет избавиться от лишней влаги. Кротование проводится одновременно со вспашкой зяби, для чего на одном из корпусов плуга прикрепляют кротователь. Этот прием целесообразно проводить у кулис и при полосных посевах для поглощения ливневого и талого стока.

Обвалование - это создание водозадерживающих валиков поперек склона при зяблевой вспашке обычным корпусным плугом с одним удлиненным до 40...45 см отвалом. Этот отвал сбрасывает пласт на предыдущий гребень, в результате чего на пашне образуются валики высотой 20...25 см расположенные друг от друга на расстоянии 140 см.

Однако на сложных склонах во избежание стекания воды вдоль валиков применяют фигурное обвалование, при котором через каждые 25...50 м делают дугообразный поворот вверх по склону, а затем переводят его в нормальное положение, что создает препятствие стоку воды вдоль валиков в любом направлении.

Прерывистое бороздование - эффективный противоэрозионный прием обработки, обеспечивающий нарезку борозд направленных перпендикулярно стоку на поверхности поля с крутизной 5...8° (рис. 11). Выполняют его одновременно со вспашкой плугами, оборудованными специальными приспособлениями - ПРНТ-70000, ПРНТ-80000. Приспособление ПРНТ-70 ООО состоит из корпуса с укороченным отвалом, за которым установлена трех - четырехлопастная крыльчатка. При вспашке крыльчатка формирует бороздки длиной 1,0... 1,2 м, вместимостью 90... 100 л, которые прерываются валиками (перемычками) высотой - 20 см. Число образуемых замкнутых микролиманов на 1 га составляет 4000...4200, а суммарная емкость воды - 350...400 м³/га.

Прерывистое бороздование по уплотнившейся после вспашки почвы можно проводить и с помощью культиваторов окучников: первые проходы выполняют вдоль склона, а вторые - поперек, такая обработка исключает движение воды вдоль борозд.

Однако наиболее доступным способом бороздования является вспашка со снятым отвалом на одном из корпусов плуга с закреплением сзади корпуса перемычкоделателя, который можно заказать в мастерской любого хозяйства.

Рис. 11. Прерывистое бороздование ПРНТ-70000

Лункование - агротехнический прием, применяемый для поделки замкнутых лунок на полях с крутизной 4...6°. Лункование проводится на зяби и парах специальным орудием - лункообразователем ЛОД-Ю или приспособленными для этой цели дисковыми лущильниками с эксцентрично установленными на оси сферическими дисками, которые периодически заглубляются в почву и образуют блюдцеобразные емкости, способные задержать на склоне 250...500 м³/га воды. Ступенчатая разноглубинная вспашка - это обработка, обеспечивающая ступенчатый профиль дна борозды. Она предотвращает поверхностный и внутрипочвенный стоки воды. Применяют ее на полях с крутизной 5...8°, где другие приемы обработки не обеспечивают хорошую противоэрозионную устойчивость почвы. Выполняют такую вспашку чаще всего 4-х корпусным плугом, у которого два корпуса (второй и четвертый) пашут на 20...22 см, а остальные два —на 10... 12 см и глубже. В результате такой вспашки на поверхности пашни образуются борозды окаймленные гребнями, а на глубине почвы (на плужной подошве) - ступенчатый профиль. Создание гребенчато-ступенчатого профиля предотвращает как поверхностный, так и внутрипочвенный сток, обеспечивает глубокое промачивание и предотвращает смыв почвы.

Гребнистая вспашка - это вспашка с образованием гребней на поверхности поля с крутизной 3...50. Выполняют ее плугами, у которых один из корпусов имеет удлиненный отвал или попеременно один укороченный, а другой удлиненный. Удлиненный отвал образует гребень высотой 20...30 см, а укороченный отвал - борозду. Чередование гребней и открытых бороздпоперек склона, обеспечивает надежную защиту почв от эрозии.

Комбинированная вспашка (отвально-безотвальная) проводится 3х корпусными плугами, у которых со второго и третьего корпусов снимают отвалы или отвальные корпуса заменяют безотвальными (плоскорезами). При работе такого агрегата сочетаются отвальная и безотвальная обработки, на пашне образуются полосы со стерней, окаймленные гребнями. В зимний период в полосах накапливается снег.

Все искусственно созданные микроформы меняют свой объем к весне из-за насыщения водой и оплывания почвы, поэтому они эффективны при снеготаянии лишь на достаточно водопрочных почвах. Приемы мало эффективны при дождевой и ливневой эрозии, при которой дождевые капли разрушают почвенную структуру и создают на поверхности почвенную корку, обладающую низкой водопроницаемостью.

Следует также отметить, что поделка водозадерживающего микрорельефа может повлечь дополнительные потери влаги на испарение. Поэтому весной необходимо как можно быстрее заровнять поверхность и провести закрытие влаги боронованием.

Эффективность этих приемов зависит также от крутизны склона.

На склонах крутизной более 5° их применение нецелесообразно. Более того, оно может привести к формированию концентрированного стока и развитию линейных форм эрозии в случае прорыва микроформ в верхней части склона. Поэтому применение указанных мероприятий целесообразно сочетать с поделкой водоотводных борозд.

Существенное значение в борьбе с эрозией имеют приемы предпосевной, послепосевной обработок и способ посева на склонах.

Весной участки зяби, на которых применялись водозадерживающие приемы, выравнивают и боронуют. Боронование имеет противоэрозионное значение. В результате боронования на поверхности почвы создается рыхлый слой, сохраняющий влагу, накопленную за осенне-зимний период в нижележащих горизонтах, и обеспечивающий лучшее впитывание весенних осадков.

На уплотнившихся и засоренных почвах, кроме боронования, весной проводят культивацию, совмещая оба приема. На склонах предпосевную культивацию и боронование следует проводить по диагонали, а посев - поперек склона или по горизонталям.

Участки с безотвальной и плоскорезной обработкой с сохранением стерни обрабатываются игольчатыми боронами БИГ-3.

Игольчатая борона не распыляет и мелко рыхлит почву, сохраняя 80...90% стерни и заделывая 60...80% семян сорных растений, лежащих на поверхности почвы.

Для борьбы с водной эрозией на посевах зерновых большое значение имеет направление посевных агрегатов по отношению к склону. Посев необходимо проводить только поперек склона. Противоэрозионная роль такого посева заключается в том, что каждый ряд растений замедляет поверхностный сток дождевых вод, осаждает и задерживает взмученные почвенные частицы и тем самым уменьшает смыв. Благодаря этому, в засушливых условиях повышается влагообеспеченность почвы на склоновых полях, что улучшает рост и развитие растений и их почвозащитную способность.

Помимо направления рядков растений, на величину смыва почв оказывает влияние и способ посева. Исследования ряда научных учреждений показали, что при возделывании зерновых колосовых на склоновых землях, лучшим способом посева в противоэрозионном отношении оказался бороздковый сев сеялками СЗС-9 и СЗС-2,1 с вырезами на каточках, особенно на стерневом фоне, где сохраняется до 40% стерни. Снижают сток и смыв почвы по сравнению с обычным посевом узкорядный и особенно перекрестный сев зерновых колосовых.

Хорошо защищают почву от смыва и микробуферные полосы шириной 0,5... 1,0 м, которые можно создать при посеве зерновых колосовых путем перекрытия уже засеянной площади после каждого очередного прохода сеялки. В результате при ширине захвата сеялки 3,6 м через каждые 2,5...3,0 м создается микробуферная полоса загущенного сева (с двойной нормой высева).

На каждом гектаре при таком способе сева загущенные полосы занимают до 0,18... 0,20 га. В районах недостаточного увлажнения, особенно в весенний период, эффективно послепосевное прикатывание почвы специальным противоэрозионным катком или полосное прикатывание обычным кольчато-шпоровым катком поперек склона. При таком способе прикатывания неприкатанные полосы, возвышаясь над прикатанными на 5...8 см в виде широких валиков, задерживают сток и смыв почвы в случае выпадения осадков, а при прорыве стока, рыхлая неприкатанная полоса, благодаря относительно высокой водопроницаемости почвы, переводит поверхностный сток во внутрипочвенный. В дальнейшем на прикатанных полосах благодаря лучшему контакту семян с почвой, обеспечивается более высокая всхожесть и создается густой стеблестой, который надежно защищает почву от смыва на склонах. Немаловажную роль в защите почв от эрозии играет и внесение на эродированных склонах органических и минеральных удобрений в повышенных дозах. Благодаря удобрениям растения на смытых почвах лучше развивают надземную массу и корневую систему и тем самым надежнее защищают почву от разрушительного действия стекающих вод по сравнению с неудобренными участками.

При недостатке удобрений в хозяйстве положительные результаты дает полосное внесение удобрений, при котором через каждые 20...30 м при ширине полос 1,5...2,5 м вносится в почву полуторная или двойная норма удобрений, что также обеспечивает защиту почв от эрозии, благодаря лучше развитой фитомассе растений. При этом удобрения желательно вносить в слой почвы на глубину более 5... 10 см, т.к. при поверхностном внесении на глубину менее 5 см они могут уноситься с поверхностным стоком.

При возделывании пропашных культур первую культивацию одновременно с боронованием проводят поперек склона, а предпосевную - под углом к склону (горизонталям), тогда как посев - обязательно поперек склона.

Для увеличения инфильтрационной способности почвы на посевах пропашных культур проводят щелевание или прерывистое бороздование междурядий. Щелевание в районах, где частые осадки выпадают в весенний период, осуществляют одновременно с посевом или при первой междурядной обработке пропашных.

В засушливых районах щелевание или бороздование междурядий рекомендуется проводить после первой или второй культивации, когда стеблестой будет защищать почву от испарения и сильного прямого нагревания лучами солнца.

Для прерывистого бороздования и глубокого рыхления междурядий пропашных культур используют приспособление ППБ-0,6, которое навешивается на пропашные культиваторы.

Оно состоит из окучника и четырехлопастной крыльчатки (перемычкоделателя).

Для того, чтобы ослабить отрицательное действие уплотнения почвы тяжелыми колесными тракторами во время посева и последующих междурядных обработок, необходимо установить по следу колес трактора дополнительные рыхлители почвы на глубину 14... 16 см.

Следует иметь в виду, что при крутизне склона более 5° и поперечном посеве пропашных и междурядных обработках, сеялка и культиватор сползают в сторону уклона, что снижает качество обработки, а при междурядных культивациях приводит к подрезанию культурных растений. Поэтому в этих случаях посев и обработку междурядий рекомендуется проводить под небольшим углом к склону, что снизит скорость стекания дождевых и ливневых вод в сторону уклона, а смыв не превысит допустимых норм (0,5...2,0 т/га).

2.7 Почвозащитная обработка на склоновых землях при

возделывании озимых культур

В засушливых условиях при возделывании озимых культур с целью получения высоких урожаев применяют чистые пары, использование которых на склоновых землях категорически исключается. Однако при высокой культуре земледелия и применения противоэрозионной агротехники в хозяйствах допускается оставление полей под чистые пары на склонах с крутизной не более 3⁰.

Система обработки чистого (черного) пара включает два периода: летне-осенний - в год уборки предшественника и весеннелетний - в год посева озимых.

Основную обработку осуществляют в летне-осенний период сразу после уборки предшественника по типу зяблевой обработки под яровые культуры. Поэтому система противоэрозионной обработки черного пара в это время аналогична ранее описанной под яровые культуры для склонов крутизной 1 ...3°, целью которой является улучшение водопроницаемости почвы, способствующей переводу поверхностного стока во внутрипочвенный. Это такие приемы, как обработка почвы поперек склона или вдоль горизонталей (на сложных склонах), глубокая вспашка (на слабосмытых почвах); полосное глубокое рыхление, вспашка плугом с вырезными отвалами и почвоуглубителями (на средне — и сильносмытых почвах), безотвальная и плоскорезная обработки, щелевание, кротование и др.

Весенне-летняя обработка чистого пара направлена на сохранение влаги накопленной за осенне-зимний период, уничтожение сорняков и исключение эрозионных процессов. В этом отношении эффективны противоэрозионные штанговые культиваторы КПЭ-3,8 и КШ-3,6, а также ротационные и игольчатые бороны.

Все приемы ухода за чистым паром в засушливых условиях сопровождаются боронованием, а культивации с одновременным прикатыванием противоэрозионными или кольчато-шпоровыми катками (полосном прикатывании поперек склона). Глубина летних обработок не должна превышать 6...8 см и проводиться путем чередования направлений поперек и под углом к склону. В занятых парах обработка почвы проводится в два периода: первый - летне-осенний - от уборки предшественника до посева парозанимающей культуры, второй - от уборки парозанимающей культуры до посева озимых.

Летне-осенняя обработка занятого пара под парозанимающую культуру такая же, как под яровые культуры, которая приведена в подразделе 5.2.1.

В занятых парах на склонах желательно использовать посев культур сплошного сева (вико-овсяные и горохо-овсяные смеси, однолетние и многолетние травы на сено, зеленый корм или силос и др.), убираемые более чем за месяц-два до посева озимых. Эти культуры хорошо защищают почву от смыва на склонах в период вегетации, а после уборки при безотвальной или плоскорезной обработках, незаделанные в почву и оставленные на поверхности растительные остатки играют не только почвозащитную роль, но и способствуют предохранению почвы от перегрева и потерь почвенной влаги путем испарения, создавая тем самым, оптимальный водный режим перед посевом озимых.

После непаровых предшественников, поздние сроки уборки которых не позволяют за короткий срок качественно подготовить к посеву уплотненную и иссушенную почву, вызывают необходимость в условиях недостаточного увлажнения после пропашных культур вместо вспашки провести поверхностную или мелкую обработку путем перекрестного дискования тяжелыми дисковыми боронами: первое - сразу вслед за уборкой предшественника в направлении посева, а второе - поперек склона. В целях улучшения водопроницаемости почвы и исключения поверхностного стока при дождях и ливнях на тяжелых почвах хорошие результаты дает щелевание почвы поперек склона на глубину 30...35 см, которое проводится перед дискованием.

При сильной засоренности полей вспашку проводят на глубину 18...20 см, с одновременным прикатыванием специальными противоэрозионными катками поперек склона. В зоне неустойчивого и недостаточного увлажнения после стерневых предшественников эффективна полупаровая обработка почвы, включающая мелкую вспашку с последующими поверхностными обработками.

В этом случае уборку зерновых предшественников надо проводить с оставлением стерни на высоком срезе (25...35 см и более) и дальнейшую обработку вести безотвальными орудиями или плоскорезами.

Лучшее качество обработки почвы обеспечивают комбинированные агрегаты АКП-2,5, АКП-5,0, включающие плоскорез, дисковые орудия, игольчатые бороны и кольчато-шпоровые катки.

Применение таких агрегатов способствует защите почвы от эрозии, уменьшает число проходов машин по полю, что снижает ее переуплотнение.

Неплохие результаты дает не сплошное оставление высокой стерни, а в виде кулис или буферных полос через определенное расстояние поперек склона шириной кратной проходу орудий обработки, обычно 4...6 м через каждые 30...40 м. Такие кулисы при выпадении ливней в летний период, задерживают и распыляют поверхностный сток, снижают эрозию и пополняют запасы влаги в почве, так необходимые для получения всходов озимых культур.

2.8 Мероприятия по снижению ветровой эрозии почв

Основными причинами ветровой эрозии являются высокая скорость ветра у поверхности поля, сильная распыленность и слабая оструктуренность верхнего слоя почвы, низкая его увлажненность и отсутствие защитного растительного покрова. В связи с этим, в задачи противодефляционной обработки почвы входят: рыхление почвы с сохранением максимального количества растительных остатков на поверхности; создание наилучших условий для накопления и сохранения влаги в почве; недопущение распыления почвы и усиление ее аэрации за счет минимализации процесса обработки почвы.

Известно, что почва при частых обработках теряет свою структуру и распыляется. Распыление почвы происходит при обработке ее любыми орудиями, особенно сильно дисковыми лущильниками, зубовыми боронами и гладкими катками. Такая почва легко разрушается и выдувается ветром, особенно на полях без растительного покрова.

Теоретические и практические предпосылки и разработки почвозащитного бесплужного земледелия сводятся к следующему: 1. Если в верхнем 0...5 см слое содержание ветроустойчивых структурных агрегатов (> 1мм) составляет более 50%, то такая почва устойчива перед ветровой эрозией.

2. Покрытие более 40% поверхности почвы растительными остатками снижает скорость ветра в приземном слое до 3...4 м/с, уменьшает испарение воды из почвы, увеличивает ее увлажненность, вследствие чего повышается ветроустойчивость почвы.

Поэтому основой противоэрозионной обработки почвы в районах, подверженных дефляции, служит плоскорезная обработка почвы без ее оборачивания с сохранением на поверхности поля большей части растительных остатков (стерни).

Сущность плоскорезной системы обработки почвы заключается в отказе от вспашки, обработки лемешными и дисковыми лущильниками и замене их плоскорежущими, не оборачивающими почву орудиями.

В системе осенней зяблевой обработки почвы в основном используются плоскорезы-глубокорыхлители КПГ-250, КПГ-2-150, КПГ-2,2, ПГ-3-100, ПГ-3-5, чизельный плуг типа ≪пара-плау≫. Эти орудия обработки сохраняют на поверхности почвы не только до 60...70% стерни, но и создают ветроустойчивую поверхность путем сепарации почвенных агрегатов, которая заключается в просыпании мелких фракций почвы из верхнего слоя пласта в нижние, тогда как крупные агрегаты размером больше 1 мм, остаются на поверхности и играют вместе со стерней почвозащитную роль.

Следует отметить, что на тяжелых по гранулометрическому составу почвах качество работы плоскорезов снижается, поэтому на таких почвах необходимо использовать безотвальные и чизельные плуги типа ≪параплау≫ со стойками СибИМЭ.

На распыленных бесструктурных почвах роль стерни в защите почв от дефляции возрастает, поэтому, чем распыленнее почва, тем больше следует сохранить растительных остатков на ее поверхности. Зависимость между распыленностью почвы и количеством стерни на поверхности по данным Колмакова П.П., Нестеренко А.М. (1981) приведена в таблице 3.

В весенний период вместо лемешных лущильников и дисковых орудий для обработки паров используют культиваторы-плоскорезы КПШ-5, КПШ-9, КПШ-11 в агрегате с игольчатыми боронами. Применение таких агрегатов позволяет сохранить на поле стерню, создать мульчирующий слой, который способствует лучшему поглощению и сохранению влаги атмосферных осадков.

3. Соотношение между количеством ветроустойчивых фракций и стерней, обеспечивающих устойчивость почвы к дефляции Содержание фракций диаметром >1 мм, % 50 40 30 20

Должно быть стернинок условной длины (20 см)на 1 м2 50-100 100-150 150-200 >200

Большое значение в борьбе с сорняками и предотвращении иссушения почвы при уходе за парами в летний период имеет применение штанговых культиваторов КШ-3,6, КЛШ-10 или противоэрозионных культиваторов КПЭ-3,8, КТС-10-2 со штанговой приставкой.

Как правило, после неоднократных проходов плоскорезов по паровому полю количество стерни на его поверхности значительно снижается, почва распыляется и ухудшается устойчивость парового поля против ветра. Применение штанговых культиваторов позволяет выносить на поверхность ветроустойчивые комочки.

Штанги культиватора, вращаясь от привода колес на встречу движению агрегата, разрывают корневую систему сорняков и выносят ее на поверхность, одновременно просеивая обрабатываемый слой почвы. Мелкие пылеватые частицы при этом проваливаются внутрь пласта, а комочки выбрасываются на поверхность поля. Поверхность пашни после прохода этих орудий становится хорошо выравненной и взрыхленной на глубину обработки (5... 10 см) с уплотнением подповерхностного слоя почвы. Это уменьшает иссушение почвы и ускоряет прорастание семян сорняков, что позволяет уничтожить их при последующих обработках.

Повышение увлажненности почвы и ее устойчивости к ветровой эрозии достигается также приемами миннмализации обработки.

Она осуществляется за счет сокращения числа механических обработок по уходу за чистыми и кулисными парами с помощью применения эффективных гербицидов для борьбы с сорняками и уменьшения глубины основных обработок в севообороте.

К числу перспективных технологий при защите почвы от эрозии относится нулевая обработка, при которой число обработок сводится к одной - посеву. Это достигается заменой механических обработок химическими, то есть гербицидами, а посев производится специальными сеялками прямого посева СЗПП-1, СЗПП- 4.

Высокая эффективность в районах дефляции почв при посеве зерновых колосовых культур по стерневому фону достигается использованием комбинированных стерневых сеялок СЗС-2,1, СЗС-6, СЗС-12 и др. (обычные зерновые сеялки С3-3,6 быстро забиваются).

Они за один проход выполняют одновременно четыре операции: нарезка посевных борозд, посев с одновременным внесением удобрений уплотнение посевных борозд специальными каточками при прикатывании.

При посеве поперек господствующих ветров наряду со стерней, образованные при посеве посевные бороздки глубиной 5-6 см задерживают почвенные частицы передвигающиеся по поверхности поля перекатыванием, а также снижают силу ветра в приземном слое почвы.

Обработка подверженных ветровой эрозии черноземных и каштановых почв комбинированными агрегатами АКП-2,5, АКП-5 снижает процессы дефляции. Особенно они эффективны при подготовке почвы под озимые культуры, размещаемые по непаровым стерневым предшественникам.

Надо иметь ввиду, что ежегодные поверхностные и плоскорезные обработки сильно увеличивают засоренность полей, особенно многолетними сорняками, а также поражаемость культур болезнями и вредителями. Это можно предотвратить, используя на полях полосную обработку, чередуя полосы с отвальной и плоскорезной обработками и меняя их каждый год местами.

Почвозащитная технология возделывания полевых культур во всех районах степной зоны является основным приемом защиты почв от эрозии, рекомендуемым при возделывании всех полевых культур и обработке паровых полей. Распахивать рекомендуется поля только из-под многолетних трав и то только полосами.

Для борьбы с дефляцией эффективны и буферные полосы.

Буферные полосы - это посевы различных культур, которые зимой служат для задерживания и накопления снега, а весной и летом уменьшают ветровую эрозию (рис. 12). На полях, выходящих из-под зерновых колосовых культур, целесообразно создавать буферные полосы из стерни. Убирают при этом зерновые на высоком срезе с тем, чтобы оставалась стерня высотой 30...40 см.

При вспашке или плоскорезной обработке буферные полосы из стерни оставляют шириной равной 2...3 захватам тракторного плуга, а обрабатываемые полосы между ними шириной до 100 м.

Рис. 12. Буферные полосы на склоновых землях

Эффективно в борьбе с дефляцией создание кулис на паровых полях и после раноубираемых культур путем возделывания высокостебельных культур из горчицы, подсолнечника, суданской травы и других культур, которые высевают рядами перпендикулярно господствующим ветрам.

Чрезмерно распыленные участки полей с почвами легкого гранулометрического состава наиболее экономично закреплять жидким навозом крупного рогатого скота, который вносится в количестве 15 т/га при сплошном разбрызгивании и 9... 10 т/га при полосном. Ширина обработанных навозом полос составляет 6 м, необработанных - 4 м. Навозная жижа, нанесенная на поверхность поля, обладая достаточной водопроницаемостью, при высыхании склеивает почвенные частицы и защищает их от разрушения скачущими частицами и способствует сохранению влаги от испарения. Ранневесеннее покрытие пашни этим материалом позволяет без весеннего боронования удержать влагу от испарения, защитить поверхность поля от эрозии и одновременно удобрить почву. Такой метод внесения жидкого навоза исключает все механические обработки вплоть до предпосевной и посева.

2.9. Почвозащитные севообороты

Почвозащитными являются такие севообороты, которые насыщены культурами, обладающими высокими почвозащитными свойствами. Почвозащитные свойства культур определяются коэффициентами эрозионной и дефляционной опасности.

Коэффициент эрозионной (или дефляционной,) опасности - степень подверженности почвы эрозии (водной или ветровой) под той или иной культурой по отношению к чистому пару.

Сельскохозяйственные культуры в связи с особенностями биологии и морфологии наземных и подземных органов, длиной вегетационного периода, технологии возделывания обладают различной густотой стеблестоя и степенью проективного покрытия поверхности почвы вегетативной массой и поэтому играют различную почвозащитную роль.

В таблице 4 приведен перечень основных сельскохозяйственных культур в порядке уменьшения их эрозионной и дефляционной опасности, т.е. по мере возрастания их почвозащитных свойств. Наибольшей устойчивостью к эрозионным процессам обладают многолетние травы и озимые культуры, несколько ниже она у яровых культур сплошного сева и наименьшими почвозащитными свойствами обладают пропашные культуры и чистые пары.

4. Коэффициенты эрозионной и дефляционной опасности основных сельскохозяйственных культур.

Приведенные коэффициенты эрозионной и дефляционной опасности не всегда отражают истинную почвозащитную способность рассматриваемых культур, т.к. она во многом зависит от крутизны склона, характера и времени выпадения осадков, скорости ветра, применяемой агротехники, степени покрытия поверхности почвы биомассой возделываемых культур в эрозионно-опасные периоды, состоянием почвенного покрова, способов посева и других условий.

Коэффициент эрозионной опасности в значительной степени зависит от крутизны склона и рассчитывается по формуле:

К, = К, •i /6

где Кэ - коэффициент эрозионной опасности (табл. 4);

i - крутизна склона.

Пропашные культуры значительно отличаются друг от друга по почвозащитным свойствам. Так, почвозащитные свойства кукурузы и подсолнечника выше, чем сахарной и кормовой свеклы и др. В то же время, пропашные культуры, слабо защищая почву от смыва в начале вегетации (май-июнь), хорошо противостоят эрозии во второй половине лета, когда вегетативная масса смыкается в междурядьях и полностью покрывает поверхность почвы.

Подбор и размещение различных культур на склоновых землях должен осуществляться с учетом крутизны пахотных земель, степени смытости и потенциальной опасности проявления эрозии. На равнинных пахотных угодьях и пологих склонах с несмытыми или очень слабосмытыми почвами можно вводить севообороты с максимальным насыщением пропашными, которые требовательны к почвам, трудоемки и слабее других культур защищают почву от эрозии. Выделение под пропашные наиболее плодородных почв создает наиболее благоприятные условия для сбора высоких урожаев. Возможность применения на площадях с небольшим уклоном комплексной механизации позволяет получать здесь продукцию с минимальными затратами.

На склонах повышенной крутизны, где почвенный покров смыт и увеличивается потенциальная опасность дальнейшего проявления эрозии и механизированная обработка затруднена, основное место в севооборотах следует отводить культурам сплошного посева.

На наиболее крутых и смытых склонах доля многолетних трав, как наименее трудоемких и неприхотливых культур, но более ценных по своим почвозащитным свойствам, должна быть наиболее высокой. При экономическом обосновании выбора культур необходимо также учитывать и ряд других условий: специализация хозяйства, концентрация производства, изучение спроса и предложений на сельскохозяйственную продукцию и др.

Наиболее целесообразное соотношение культур в почвозащитных севооборотах в зависимости от крутизны склонов приведено в таблице 5.

Для защиты пропашных культур (и яровых зерновых) от эрозии применяется также полосное размещение культур. Сущность его заключается в чередовании полос яровых зерновых и пропашных с полосами озимых культур, многолетних и однолетних трав, высеянных еще с осени, которые защищают зябь осенью и зимой, а весной и в начале лета - посевы яровых, которые еще слабо развиты в это время.

Лекция 3

Тема: ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА ПРИ СНЕГОТАЯНИИ

Снеготаяние в зависимости от характера весны может быть радиационным и адвективным.

Радиационное снеготаяние происходит днем при ясной погоде за счет поглощения солнечной радиации. Оно начинается несколько позже восхода солнца и заканчивается несколько раньше его захода.

Максимум снеготаяния наблюдается обычно с 12 до 16 ч. В средней полосе снеготаяние обычно наблюдается в течение одной-трех недель, в случае похолодания оно растягивается до полутора месяцев.

Адвективное снеготаяние происходит при пасмурной погоде за счет притока теплых воздушных масс. Этот процесс часто усиливается выпадением жидких осадков и может продолжаться круглые сутки. Роль адвективного снеготаяния понижается с продвижением с запада на восток по мере увеличения континентальности климата.

Таяние снега происходит в две стадии: днем талая вода скапливается в крупных порах и движется вниз, оплавляя кристаллы снега; ночью же замерзает. Это явление повторяется много раз и приводит к пе- рекристаллизапии снега. Кристаллы становятся крупнее, приобретают зернистую форму; расстояние между ними увеличивается. С каждым днем в снеге накапливается все больше воды, а каналы внутри снежной толщи становятся все шире. Этот период снеготаяния называется фазой аккумуляции. Она занимает примерно одну треть всего периода снеготаяния. При дальнейшем таянии снега вода уже не в состоянии удерживаться в его толще и начинает стекать. Так начинается вторая фаза - фаза стекания. В толще снега устанавливается нулевая температура. Плотность снега повышается от 0,1-0,2 г/см³ (до снеготаяния) до 0,3-0,4 г/см³.

Таяние снега в лесу начинается на одну-две недели позже, чем в поле, однако интенсивность таяния того же порядка, что и в поле. Это связано с тем, что к этому времени солнце поднимается все выше, кроме того часто начинают вторгаться теплые воздушные массы.

В начале снеготаяния шероховатость каналов в толще снега, по которым течет талая вода, очень велика, поэтому скорость стекания мала, а режим течения бывает, ламинарным и переходным от ламинарного к турбулентному. В дальнейшем, по мере увеличения интенсивности снеготаяния, движение все более турбулизируется.

Полезащитные лесные полосы вносят существенные изменения в динамику снеготаяния. Рассмотрим особенности процесса таяния снега в лесополосе. Талые воды на подступах к лесополосе встречают длинный шлейф снега или сугроб (если полоса относится к типу не продуваемых ветром). В начале второй фазы снеготаяния вода постепенно насыщает снежный шлейф. Впитывание воды шлейфом приводит к растягиванию сроков поступления воды в лесную полосу, т.е. шлейф по своему последействию имеет для лесополосы то же значение, что и подстилка летом. По мере дальнейшего нарастания процесса снеготаяния потоки воды уже выходят на поверхность и концентрируются в заглубленных руслах. Приопушечный сугроб играет роль дамбы у лесополосы

- перед ним образуется прудок. Если полоса расположена на склоне, накопившаяся вода стекает вдоль нее в ложбины, балки или оврага. Однако часто случается, что накопившаяся вода прорывает сугроб, “прорезает” лесополосу и устремляется на поле в виде концентрированного потока, что, естественно, часто сопровождается усилением размыва почвы. Наличие сугробов у лесополос сильно задерживает начало полевых работ, а вызываемое их таянием переувлажнение почвы часто приводит к вымоканию посевов озимых. Поэтому при проектировании сети полезащитных лесополос необходимо выбирать такую конструкцию лесополосы, которая способствовала бы удлинению снежного шлейфа и, следовательно, более равномерному распределению снега по полю, прилегающему к лесополосе.

Особенности впитывания воды мерзлой почвой оказывают существенное влияние на формирование стока при снеготаянии. Способность мерзлой почвы впитывать воду определяется размером крупных пор и степенью заполненности их льдом. Данных по водопроницаемости мерзлых почв очень мало, тем не менее, по имеющимся материалам можно заключить, что характер зависимости водопроницаемости от гранулометрического состава и структуры почвы зимой такой же, как и летом. Поэтому разделение почвы на классы по их водопроницаемости в летний период сохраняет свою значимость и для случая мерзлых почв. Численные же значения водопроницаемости зимой будут меньше. Для пересчета водопроницаемости в летний период на водопроницаемость мерзлой почвы Д.Л. Арманд предложил коэффициент 0,6.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТОКА ПРИ СНЕГОТАЯНИИ

Основой для прогноза стока при снеготаянии может служить схема, разработанная Г.П. Сурмачем (1969) применительно к зонам черноземных и каштановых почв (табл. 3.7).

Схема позволяет, основываясь на оценке наблюдений за погодными условиями, получить, используя материалы табл. 3.8, подходящее для текущего года сочетание типов сезонов и соответствующую этому качественную характеристику стока, а из табл. 3.9 - соответствующие количественные характеристики стока: слой и коэффициент стока.

Наиболее важным фактором формирования весеннего стока является влажность почвы в предзимний период. Мерзлая, но сухая почва проницаема для воды. Однако, если почва замерзла в переувлажненном состоянии, и ее поры забиты льдом, водопроницаемость почвы очень мала. В связи с этим погодные условия осени(Оп), особенно поздней, оказывают определяющее влияние

Таблица 3.7. Схема прогнозирования стока на черноземах и каштановых почвах (Сурмач, 1969)

на водопроницаемость почвы и формирование весеннего стока: чем больше осадков, тем меньше водопроницаемость и больше сток.

Погодные условия зимы (Зп) также оказывают заметное влияние на сток. Оттепели, особенно прерываемые глубокими похолоданиями, способствуют насыщению верхнего слоя почвы льдом и формированию на поверхности почвы ледяной корки.

Характер весны (Вn) в условиях черноземов и каштановых почв оказывает гораздо меньше влияния. Во многих случаях судьба весеннего стока предрешена осенью и зимой. Однако теплая весна, прерываемая похолоданиями, все же оказывает некоторое стимулирующее влияние на сток.

На черноземах Поволжья и Заволжья главным фактором, определяющим характеристики стока при

Таблица 3.9. Шкала для оценки стока (Сурмач, 1969)

Наличие и степень стока	Величина стока, мм	Коэффициент стока
Нет	0	0,00
Очень слабый	до 7	до 0,05
Слабый	8-20	0,06-0,15
Умеренный	21-40	:0,16-0,35
Сильный	41-75	0,36-0,65
Очень сильный	76-115	0,66-0,85
Чрезмерный	больше 115	больше 0,85

снеготаянии, является характер увлажнения почвы осенью. Зима в этой зоне устойчивая и сток можно прогнозировать в начале зимы. Для каштановых почв главным фактором, определяющим характеристики стока при снеготаянии, является характер увлажнения почвы зимой. Зима в этой зоне часто сопровождается оттепелями, поэтому сток можно прогнозировать не раньше, чем в середине зимы.

При усовершенствовании методов долгосрочного прогнозирования погоды до такой степени, что станет возможным уже в сентябре обоснованно прогнозировать сток талых вод с различных угодий, появится возможность своевременно провести соответствующие мероприятия и резко увеличить эффективность работ по защите почв от эрозии.

ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОЧВ И ГРУНТОВ

Противоэрозионная стойкость почв характеризует способность почвы противостоять смывающему действию водного потока или совместному действию потока воды и капель дождя. Количественно она выражается величиной размывающей скорости потока, которая непосредственно определяется двумя показателями почвы: размером водопрочных агрегатов и сцеплением их друг с другом. Остальные свойства почв влияют на противоэрозионную стойкость косвенно, через эти показатели.

Противоэрозионная стойкость почв и грунтов, как и другие их водно-физические свойства, в значительной мере определяется свойствами коллоидно-дисперсных минералов, которые преобладают в илистой фракции. Таким мало набухающим минералам, как каолинит, соответствует относительно низкая противоэрозионная стойкость почв и грунтов, так как они обеспечивают слабое сцепление между частицами. Наоборот, породы, в которых преобладают гидрофильные минералы - монтмориллонит и ему подобные, - характеризуются сравнительно высоким сцеплением и противоэрозионной стойкостью (Седлецкий, Ларионов, 1955). В то же время при условии равного сцепления повышение гидрофильности сопровождается понижением сопротивляемости грунтов размыву (Мирцхулава, 1967).

Значительное влияние на противоэрозионную стойкость почв оказывает гранулометрический состав. Из двух почв одинакового генетического типа большей противоэрозионной стойкостью обладает более тяжелая по гранулометрическому составу почва, содержащая больше илистой фракции, способной к структурообразованию. Особенно неблагоприятно высокое содержание фракции крупной пыли (0,05-0,01 мм), значительно понижающей водопрочность структуры.

Способность гумуса склеивать, цементировать частицы почвы друг с другом в водопрочные агрегаты должна сказываться на противоэрозионной стойкости почв. Действительно, многие исследователи при сравнении разных почв отмечали более высокую противоэрозионную стойкость почв с высоким содержанием гумуса. С.С.Соболев (1948) расположил основные типы почв по противоэрозионной стойкости в следующий ряд: мощный суглинистый чернозем > темно-каштановая почва > лесные суглинистые почвы > среднеподзолистые почвы. Аналогичный ряд предложил В.Б.Гуссак (1959): луговые почвы > черноземы > желтоподзолистая > дерново-подзолистая > почвы пустынных степей и пустынь. А.Д.Воронин и М.С.Кузнецов (1970) расположили почвы основных типов европейской части СССР по противоэрозионной стойкости в следующий ряд: чернозем мощный > чернозем обыкновенный > чернозем южный > дерново-подзолистая почва > светло-каштановая почва. Таким образом, противоэрозионная стойкость почв убывает на север и юг от черноземно-степной полосы вместе с уменьшением содержания гумуса.

Обменные катионы оказывают большое влияние на поверхностные свойства почве,..1ЫХ частиц, поэтому можно ожидать, что противоэрозионная стойкость почв также зависит от их состава. В.В.Охотин и О.Ф.Смирнова (1931) исследовали противоэрозионную стойкость обык

новенного чернозема и пермской глины, насыщенных в одном случае обменным кальцием, в другом - натрием. Противоэрозионная стойкость образцов, насыщенных натрием, оказалась в обоих случаях в 3 раза больше. В.П.Козлов (1947) сравнивал водопрочность отдельных агрегатов почв насыщенных Иа⁺ и Са⁺² в сухом и предварительно увлажненном состоянии и пришел к выводу, что после капиллярного смачивания агрегаты почвы, насыщенные Ыа⁺, распадаются быстрее, чем насыщенные Са⁺².

В воздушно-сухом состоянии почвы, богатые коллоидами, обладают более водопрочной структурой также в том случае, если они насыщены обменным кальцием, однако для почв, бедных коллоидами, наблюдается обратная зависимость. Водопрочность агрегатов почвы насыщенной Иа⁺ в воздушно-сухом состоянии связана со слабой водопроницаемостью агрегатов вследствие их низкой активной порозности (Качинский, 1965). Вопрос о влиянии состава обменных катионов на противоэрозионную стойкость почв нельзя считать полностью решенным из-за недостатка данных по противоэрозионной стойкости почв природной солонцеватости разной степени выраженности.

Исследованиями Ц.Е.Мирцхулавы (1958) установлен характер влияния солей на противоэрозионную стойкость грунтов. Наименьшим сопротивлением размыву обладают грунты, содержащие легкорастворимые соли. В результате быстрого вымывания этих солей связность грунта, а с ней и противоэрозионная стойкость быстро уменьшаются. Грунты, содержащие дисперсный гипс обладают большей противоэрозионной стойкостью; далее следуют грунты с крупнокристаллическими рассеянными карбонатами. Наибольшей противоэрозионной стойкостью обладают грунты, содержащие гндроокислы железа и сплошной макро- и микрокристаллический кальцит.

Плотность почвы и плогность твердой фазы почвы непосредственно связаны с весом агрегатов, поэтому можно ожидать наличие связи этих показателей с противоэрозионной стойкостью. Однако в опытах Ц.Е.Мирцхулавы с грунтами такой связи не было выявлено. Это объясняется тем, что наряду с изменением плотности изменились и другие свойства грунтов, оказывающие влияние на их противоэрозионную стойкость. В тех случаях, когда сохраняются прочие равные условия, четко проявляется прямая зависимость противоэрозионной стойкости почв и грунтов от их плотности (Кузнецов, 1967).

Водопрочность структуры - один из важнейших факторов противоэрозионной стойкости почв и грунтов. В работах многих авторов высокая противоэрозионная стойкость почв ассоциируется с ее высокой

структурностью. Однако в некоторых случаях прочность структуры почвы в воде не обеспечивает высокой противоэрозионной стойкости. Это свидетельствует о том, что противоэрозионная стойкость не исчерпывается водопрочностью агрегатов, особенно это справедливо для уплотненных почв и грунтов. Однако в грунтах с незначительной связностью отмечается заметная корреляция данных агрегатного состава с противоэрозионной стойкостью (Мирцхулава, 1967).

Косвенные показатели способности почвенной плазмы образовывать водопрочные агрегаты также коррелируют с противоэрозионной стойкостью почв. Наиболее тесной является обратная связь противоэрозионной стойкости с коэффициентом дисперсности по Качинскому. Это обстоятельство использовано в формуле коэффициента противоэрозионной стойкости, предложенной А.Д. Ворониным и М.С. Кузнецовым (1970):

Сцепление - главнейший показатель, непосредственно определяющий противоэрозионную стойкость почв и грунтов. В случае плотных связных грунтов противоэрозионная стойкость практически полностью определяется сцеплением, причем основная роль принадлежит сцеплению агрегатов друг с другом. Наилучшим способом определения межагрегатного сцепления является измерение сопротивления разрыву, так как в этом случае граница раздела проходит именно через контакты между агрегатами. Особенностью отрыва агрегатов в турбулентном водном потоке является воздействие на агрегат не постоянной, а пульсирующей нагрузки, вызывающей “усталость” грунта. В связи с этим и измерение прочности также должно производиться под динамической нагрузкой. Прибор, удовлетворяющий этим требованиям, сконструирован Ц.Е.Мирцхулавой (1967). Результаты экспериментов показали, что усталостная прочность на разрыв глинистых слитых грунтов в состоянии полного водонасьпцения составляет 0,22 от статической прочности на разрыв, а агрегатных - 0,16. Испытание грунтов на разрыв даже при статической нагрузке представляет большие трудности. В случае с почвой трудности возрастают, так как рыхлые образцы трудно зажать в полуцилиндры, не нарушая их сложения. В связи с этим Ц.Е.Мирцхулава предложил использовать для характеристики противоэрозионной стойкости грунтов величину их сцепления, определенную методом Цытовича по глубине вдавливания сферического штамла под действием определенной нагрузки (см. раздел 2.3.2).

Максимальная гигроскопическая влажность, максимальная молекулярная влагоемкость, нижний и верхний пределы пластичности непосредственно связаны с гранулометрическим и минералогическим составом почв и грунтов, поэтому они влияют в какой-то мере на сцепление и водопрочноеть структуры и, следовательно, на их противоэрозион- ную стойкость. Однако это влияние обычно трудно выявить вследствие воздействия других более мощных факторов.

Влияние влажности почвы непосредственно на сопротивление ее смыву изучал В.Б.Гуссак (1959). Он сравнивал противоэрозионную стойкость террасового чернозема в сухом и капиллярно увлажненном состоянии и установил, что количество почвы, смытой с сухой поверхности монолита, оказывается в сотни раз больше, чем с увлажненной, причем сухая почва остается менее стойкой даже после полного ее про- мачивания потоком сверху. Аналогичную картину наблюдал Т.Г.Жордания (1957) на карбонатных суглинках Самгори (Грузия). Основной причиной благоприятного действия предварительного увлажнения на противоэрозионную стойкость грунтов он считает медленное вытеснение водой адсорбированного и свободного воздуха, тогда как при поступлении сразу большой массы воды на сухой образец воздух выделяется бурно, разъединяя и разрушая агрегаты.

В дальнейшем было показано, что размывающую скорость потока при любой исходной влажности можно рассчитать по формуле (2.29), если показатели водопрочности <1„ и сцепления С* определять при той же исходной влажности почвы IV (см. раздел 2.3.2). Так, если нужно получить размывающую скорость потока для сухой почвы, для определения сцепления берут образец сухой почвы, затапливают водой сверху на 6 ч и затем измеряют сцепление. Таким образом на образце перед определением сцепления моделируются процессы, происходящие в сухой почве при поступлении на ее поверхность потока воды большого расхода. При этом сцепление в поверхностном слое такой почвы оказывается значительно ниже, по сравнению с предварительно капиллярно насыщенной (от полутора до нескольких раз), главным образом, в зависимости от гранулометрического состава почвы. Точно так же водопрочность структуры сухой почвы оказывается всегда ниже, чем предварительно увлаж-

ненной. В строгом соответствии с изменением водонрочности и сцепления почвы в зависимости от исходной влажности меняется и противо- эрозионная стойкость почвы.

Влияние исходной влажности на противоэрозиоиную стойкость почв наблюдается не тольхо при положительных, но и при отрицательных температурах. Однако характер влияния в этом случае совершенно другой. Замерзание и последующее оттаивание почвы при высокой влажности, особенно многократное, а также при капиллярном подтоке воды снизу оказывает отрицательное влияние на противоэрозиоиную стойкость почвы. При этом формируются хорошо выраженные прослойки льда, снижающие сцепление и размер водопрочных агрегатов. При малом содержании влаги в почве создаются неблагоприятные условия для образования крупных прожилок льда, а при влажности, близкой к нижнему пределу пластичности и меньшей, таких прожилок вообще не бывает. Образование прослоек льда связано с миграцией воды к центрам кристаллизации вследствие качественной неоднородное™ почвенной влаги, благодаря чему не вся вода кристаллизуется сразу, и к образовавшимся уже центрам кристаллизации подтягивается еще не замерзшая вода. Из изложенного ясно, что замерзание и последующее оттаивание почвы влияет не непосредственно, а через водопрочное ть структуры и межагрегатное сцепление, поэтому формула (2.29) для расчета размывающей скорости потока применима также для замерзшей и оттаявшей почвы, если значения входящих в формулу аргументов определены для образцов почвы, испытавших аналогичные воздействия отрицательных температур.

Следует отметить, что противоэрозионная стойкость почвы, замерзшей во влажном состоянии и не оттаявшей при взаимодействии с водным потоком, должна быть очень велика из-за высоких значений сцепления между частицами, прочно спаянными льдом. По данным В.И.Косоножкина (1992) при влажности более 80% от наименьшей вла- гоемкости почва в мерзлом состоянии не подвергается смыву при скорости потока до 2 м/с. В связи с этим смыв почвы, как уже отмечалось выше, начинается лишь при появлении проталин и усиливается по мере оттаивания почвы.

Противоэрозиоиную стойкость почвы можно приблизительно опенить, пользуясь таблицей 3.10, по ее генетическому типу и виду хозяйственного использования. При глубине потока, отличной от 1 см, необходимо произвести пересчет размывающей скорости с учетом фактической глубины. Для этого размывающую скорость потока глубиной 1 см необходимо умножить на корень шестой степени из фактической глубины (в см) при глубинах более 1 см и на корень четвертой степени из

глубины - при глубинах менее 1 см, что следует из уравнения (2.17). В случае очень малой величины выступов шероховатости (например, в поливных бороздах на сероземах) следует использовать в качестве коэффициента пересчета корень шестой степени из глубины даже при глубинах менее 1 см.

Влияние смытое ти почвы на ее противоэрозионную стойкость не нашло отражения в табл. 3.10 ввиду недостаточной изученности этого вопроса. Однако по имеющимся немногочисленным данным можно отметить, что рыхлые пахотные горизонты среднесмытых почв имеют, в среднем, в 1,2 раза меиьпгую размывающую скорость, чем несмытые, за счет уменьшения водопрочности структуры почвы в результате смыва. На более плотных почвах влияние смытости может и не проявиться, так как уменьшение водопрочности структуры смытых почв компенсируется увеличением их сцепления, возникающим в результате увеличения плотности сложения.

Приведенные в табл. 3.10 величины размывающих скоростей получены для водонасыщенных почв. Для воздушно-сухих почв они значительно ниже, в среднем в 1,5 раза - в случае рыхлых пахотных го-

ризонтов и в 3 раза - а случае уплотненных нижних горизонтов, Это обстоятельство следует учитывать при расчете мероприятий по защите почв от ирригационной эрозии, так как влажность поверхностного слоя почвы перед поливом бывает весьма низкой.

При весеннем снеготаянии верхний оттаявший слой почвы также имеет меньшую противоэрознонную стойкость, ввиду отрицательного действия многократного чередования процессов замерзания и оттаивания. Немногочисленные экспериментальные данные показывают, что размывающую скорость для них следует брать в среднем в 1,3 раза меньшую, чем указано в табл. ЗЛО.

Еще меньше данных о противоэрозиоиной стойкости почв при дождях. Предварительные исследования показали, что под воздействием дождя, разрушающего структуру почвы и повышающего турбулентность потока воды, размывающая скорость потока для почвы без растительности уменьшается, в среднем, в 1,7 раза.

Для развития линейной эрозии большое значение имеют не только свойства почв, но и свойства материнских и подстилающих пород, и в первую очередь их противоэрозионная стойкость. В табл. 3.11 приведены значения неразмывающих скоростей потока для некоторых видов грунтов (Киселев, 1957).

БИОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ

Растения оказывают многообразное влияние на процессы эрозии. Мелкие корни скрепляют почвенные агрегаты, придают им водо- прочность, создают прочные эластичные связи между ними. Растительность оказывает и косвенное влияние на противоэрознонную стойкость почв, изменяя гидрологический и биологический режимы почвы.

Прямое влияние растительности на противоэрознонную стойкость грунтов изучал Ц.Е.Мирцхулава (1967). Он выяснил, что возделывание таких растений, как люцерна и райграс, способствует повышению

показателя противоэрозионной стойкости, размывающей скорости потока, в 1,4 - 2,0 раза. Эффективность растений в первую очередь зависит от мочкозэтости корневых систем. В соответствии с этим пропашные культуры, почта ве способствуют увеличению размывающей скорости. Зернобобовые увеличивают ее примерно в 1,2 раза, зерновые - в 1,3, бобовые без злаков - в 1,7, злаково-бобовая смесь - в 2,2, луговые растения - в 3 раза, Влияние корней растений на противоэрозионную стойкость почв иллюстрируется также табл. 2.14.

Значительное .влияние на процессы эрозии оказывает также надземная часть растений. Листья и стебли растений, особенно древесных, задерживают часть осадков. По данным А.А.Молчанов'а (1960) кроны деревьев в хвойных лесах задерживают до 53% осадков, выпадающих за год. В летние месяцы кроны могут задержать до 20-30% дождевых осадков. Несколько миллиметров осадков задерживают лесная подстилка и мох. Луговая растительность может задержать до 1,2 мм осадков.

Хорошо развитый растительный покров предохраняет почву от ударов дождевых капель, увеличивает водопроницаемость почвы, создает высокую шероховатость поверхности, снижающую скорость склонового стока. Поскольку многие стороны влияния растительности на эрозию яечв рассмотрены выше, остановимся на влиянии растительности на коэффициент шероховатости. Такие данные приводятся Дж.Китриджем (1951). Коэффициент шероховатости увеличивается в зависимости от характера травяного покрова в 2 - 3 и даже 4,5 раза. О том же свидетельствуют данные табл. 2.2 и 2.3. По данным Г.А.Ларионова (1993) заметное увеличение скорости движения воды начинается при снижении проективного покрытия до 50%. В результате эффективного повышения противоэрозионной стойкости почв и снижения скорости потоков воды на склонах, смыв почвы под влиянием растительности резко уменьшается. Под хорошо развитыми травами смыв почвы может сократиться в десятки и сотни раз. Меньшее, но все же существенное влияние оказывают однолетние травы и зернобобовые, еще меньшее влияние оказывают зерновые и пропашные культуры. Растительность является мощным рычагом воздействия человека на процессы эрозии почв.

Наибольшее положительное влияние сельскохозяйственных культур на противоэрозионную стойкость почв наблюдается в период их максимального развития - в конце лета - начале осени. К этому же времени происходит уплотнение почвы, поэтому противоэрозионная стойкость почв в указанный период оказывается максимальной. В табл. 3.!?. приведены максимальные значения размывающей скорости потока для тяжелосуглинистых почв, испытывающих воздействие потока воды без участия дождевых капель. Для перехода к легко- и среднесуглинис-

тым почвам следует умножить указанные величины на коэффициент 0,94.

В реальных условиях, при дождях, величины размывающих скоростей потока для почв будут значительно ниже. Для перехода к реальным величинам размывающих скоростей следует умножить данные табл. 3.12 на соответствующий понижающий коэффициент (табл. 3.13). Его величина зависит от угодья или сельскохозяйственной культуры и степени ее развития, которая закономерно изменяется с мая по октябрь. Для пара этот коэффициент постоянный, т.к. принято, что почва под паром всегда находится в рыхлом состоянии и свободна от сорняксв. Ды многолетних трав он мало изменяется, т.к. к маю травы успевают колкостью сформироваться. В дальнейшем проективное покрытие трав не-

сколько изменяется при укосах, что и вызывает периодическое понижение указанного коэффициента. Для других культур происходит постепенное нарастание указанного коэффициента с мая до момента уборки, а затем - резкое уменьшение.

АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ

Влияние хозяйственной деятельности человека на процессы эрозии трудно переоценить. Действие этого фактора проявляется опосредовано, через другие факторы эрозии почв. В процессе хозяйственной деятельности человек коренным образом изменяет соотношение факторов эрозии почв, причем окончательный эффект этого воздействия часто бывает неблагоприятным, что сопровождается ускорением развития эрозии почв. Ускоренная эрозия почв в современных условиях чаще всего бывает следствием нерациональной хозяйственной деятельности. Ее причинами могут быть как отсутствие научно обоснованных рекомендаций по рациональной хозяйственной деятельности с учетом всех факторов эрозии почв, так и невыполнение имеющихся рекомендаций.

Необходимо отметить, что к настоящему времени разработан весьма обширный перечень противоэрозионных мероприятий, который непрерывно продолжает пополняться все новыми мероприятиями по охране почв от эрозии. Каждое из мероприятий направлено на регулирование одного или несколько факторов эрозии почв. Эффективность предлагаемых мероприятий (основные типы этих мероприятий будут детально рассмотрены ниже) чаще всего бывает достаточно хорошо изучена. Задача состоит в том, чтобы используя эти мероприятия, разработать зональные почвозащитные системы земледелия. Для скорейшего внедрения этих систем помимо прочего необходимы и количественные методы прогнозирования потерь почвы от эрозии в условиях почвозащитной системы земледелия с включением в нее комплекса противоэрозионных мероприятий. Надежные методы прогнозирования потерь почвы от эрозии позволяют существенно ускорить разработку почвозащитной системы земледелия поскольку они позволяют предварительно оценить эффективность различных противоэрозионаых мероприятий аналитическим путем и, основываясь на оценке факторов эрозии почв в каждом конкретном случае, предложить оптимальные варианты почвозащитных систем земледелия для производственных испытаний. Современные методы прогнозирования потерь почвы от эрозии будут рассмотрены в главе 7.

Возможности регулирования человеком факторов эрозии почв велики, но, к сожалению, не безграничны. Об этом свидетельствует предложенная М.Н.Заславским (1983) классификация природных процессов, вызывающих деградацию почв (в том числе эрозию), основанная на возможностях человека управлять этими процессами. В соответствии с этой классификацией все известные природные процессы, приводящие к деградации почв, можно объединить в четыре группы:

• Процессы, проявление которых не может быть предотвращено человеком. В эту группу отнесены тектонические движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов, ураганные ветры и т.д.

• Процессы, интенсивность проявления которых в большей или меньшей степени' определяется антропогенным фактором. Сюда отнесены снежные лавины, оползни, осыпи, сели, эрозия почв и др.

• Процессы, вызванные антропогенным фактором. В эту группу входят образование депрессионных воронок или оседания поверхности почвы в результате откачки подземных вод и добычи полезных ископаемых подземным способом, землетрясения, связанные с заполнением крупных водохранилищ, антропогенный термокарст, вторичное засоление почв, переосушивание торфяников.

• Антропогенные процессы. В этой группе объединены такие процессы, как деградация почвенного покрова при эксплуатации месторождений полезных ископаемых, при лесозаготовках, при проведении изыскательских и геологоразведочных работ, при несоответствии агротехники местным почвенно-климатическим условиям. Эрозия почв в данной классификации отнесена к процессам второй группы. В то же время она фигурирует в качестве следствия процессов, входящих в три другие группы, в том числе в первую, т.е. она отчасти относится к процессам, проявление которых не может быть предотвращено человеком. Вместе с тем анализ, проведенный М.Н.Заславским, не оставляет сомнения в том, что при выполнении определенных требований почвы, используемые в сельском хозяйстве, могут быть достаточно надежно защищены от эрозии.

Лекция 4

Тема: ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ИРРИГАЦИОННОЙ ЭРОЗИИ

ПОЧВ

Размах ирригационной эрозии, так же как и других видов эрозии, зависит от сочетания ряда изменяющихся в пространстве и времени факторов. Однако многие из них поддаются воздействию человека. К таким факторам относятся интенсивность искусственного дождя, размер и скорость падения капель, расход воды при поверхностных способах полива, уклон и форма склока, длина поливного участка, длительность полива, водопроницаемость и противоэрозионная стойкость почвы.

Регулируя эти факторы, можно в известных пределах управлять процессами эрозии при поливах, добиваясь снижения потерь почвы до допустимого уровня.

Из поверхностных способов полива рассмотрим лишь полив по бороздам, так как при поливе по чекам ирригационная эрозия выражена очень слабо, а при поливе по полосам основные закономерности ее развития в общем те же, что и при поливе по бороздам.

4.1 Факторы смыва почв при поливе по бороздам

Основным фактором эрозии почв при поливе по бороздам является расход воды в поливную борозду. Он определяет скорость водного потока в ее головной части, а соотношение скорости водного потока и допустимой для данной почвы скорости обусловливает возникновение и развитие процесса ирригационной эрозии. Чем больше расход поливной воды, тем больше ее скорость, и тем больше вероятность возникновения смыва почвы. Влияние расхода воды на ирригационный смыв зависит также от уклона поливной борозды. Чем больше уклон, тем больше скорость движения воды и вероятность возникновения эрозии.

Большую роль в процессе ирригационной эрозии играет форма склона. Оптимальной для целей борьбы с ирригационной эрозией следует считать такой продольный профиль борозды, при котором максимальным расходам воды соответствуют малые уклоны, а минимальным расходам - большие. При поливе по бородам этому условию в наибольшей степени удовлетворяют выпуклые склоны. Однако для полного исключения возможности выноса почвы за пределы поливной борозды необходимо, чтобы нижняя часть борозды имела вогнутую форму в целях аккумуляции наносов. В связи с этим считается, что борозды с оптимальной формой продольного профиля должны состоять из двух участков: верхнего (выпуклого) длиной 9/10-5/6 общей длины поливного участка и нижнего (вогнутого).

Влияние длины поливной борозды на смыв почвы обусловлено тем, что расход воды уменьшается с увеличением расстояния от начала борозды в связи с впитыванием воды в почву. С уменьшением расхода воды уменьшается скорость потока, поэтому наибольший смыв почвы наблюдается в головной части борозды, затем при движении вдоль борозды он уменьшается и вовсе прекращается. Зона смыва сменяется зоной транзита наносов, а затем зоной аккумуляции. Если полив ведется без сброса, вынос почвы за пределы борозды не наблюдается, однако перемещение почвы сверху вниз внутри борозды все же происходит. Чем больше расход воды, тем дальше вниз продвигается зона смыва.

С увеличением длительности полива общий смыв почвы, естественно, возрастает, однако возрастает неравномерно. Особенно большая мутность потока и, следовательно, наибольший смыв почвы наблюдается в начале полива, как правило в головной части борозды. Здесь в первые минуты после пуска воды в борозде формируется так называемая "прорывная волна" со скоростями потока, значительно большими, чем это должно быть при установившемся режиме движения воды. Кроме того, сухая почва дна борозды в результате быстрого напуска на нее воды; превращается в бесструктурную, легко размываемую массу. С течением времени вынос почвы обычно уменьшается, что связано с удалением легкоотделяемых частиц и формированием на поверхности своего рода "отмостки" из более крупных водопрочных агрегатов. На неводопрочных почвах (например, на сероземах) с течением времени на дне потока формируется тонкая гладкая пленка, обогащенная мелкими частицами, препятствующая дальнейшему смыву. По данным ряда авторов мутность потока в борозде обратно пропорциональна квадратному корню из времени (см. раздел 7.4).

Свойства почв оказывают сильное влияние на интенсивность смыва при поливе по бороздам. При прочих равных условиях, почвы высокой водопроницаемости эродируются меньше, чем почвы пониженной водопроницаемости, так как на первых формируется меньший сток с меньшими скоростями потока, чем на вторых. Однако интенсивность смыва зависит и от противоэрозионной стойкости почв. Почвы высокой водопроницаемости не всегда обладают высокой противоэрозионной стойкостью. Поэтому в реальных условиях почвы высокой водопроницаемости, например, легкие могут страдать от эрозии сильнее, чем почвы низкой водопроницаемости (тяжелые по гранулометрическому составу). Вопрос о противоэрозионной стойкости почв и ее количественном критерии - размывающей скорости потока, как факторе эрозии (в том числе и при поливе по бороздам) достаточно подробно изложен в главах 2 и 3. Здесь следует лишь добавить, что для ориентировочных расчетов технологии полива по бороздам можно использовать значения донной размывающей скорости, приведенные в табл. 1.

Для почв с плотностью больше 1,2 т/м³, поливаемых по бороздам без культивации, значения донной размывающей скорости, взятые из таблицы, следует увеличить в 1,5 раза. Приведенные значения Vдр, d и Δ характерны для сухой почвы. Чтобы получить эти характеристики для влажной почвы, величину дойной размывающей скорости нужно увеличить в 1,5 раза в случае супесей и легких суглинков и в 2,0 раза в случае почв более тяжелого гранулометрического состава, а величины d и Δ следует увеличить в 2,2 раза в случае супесей и легких суглинков и в 4,0 раза для средних и тяжелых суглинков и глин.

4.2 Предупреждение смыва почвы при поливе по бороздам

Известно, что эрозия почв при поливе по бороздам не наблюдается, если скорость потока в головной части борозды не превышает допустимой, равной 0,8 размывающей скорости. При этом какое-то перемещение частиц с верхней части борозды в нижнюю все же происходит, однако средние для верхнего 50-метрового участка потери не превышают допустимой нормы смыва (см. раздел 1.1).

Целью противоэрозионных мероприятий является предупреждение превышения потоком допустимой скорости. Это достигается либо снижением скорости потока в поливной борозде, либо повышением размывающей скорости. Снижать скорость потока можно уменьшением расхода воды, повышением шероховатости поверхности, уменьшением уклона борозд.

4.3 Полив допустимыми (по условию неразмываемости оо<чвы)

расходами воды

Расчет допустимого расхода воды в поливную борозду проводится с учетом противоэрозионной стойкости почвы в ее головной части.

Скорость потока в начале борозды не должна превышать допустимую для данной почвы. Тогда допустимый расход выразится следующим образом:

Для перехода от средней допустимой скорости к донной используем степенную зависимость. Подставив вместо средней скорости донную в выражение (3) и принимая Н ≈ R, получим

(4)

Расчет допустимой глубины потока в борозде по этой формуле осложняется тем обстоятельством, что величина коэффициента шероховатости зависит не только от высоты выступов шероховатости, но и от скорости потока. Поэтому при нахождении Н_Доп используем метод подбора: подставляя в уравнение (4) при заданных значениях V_Δдоп и I разные значения n_п, выбираем такое, чтобы получившееся значение R_доп давало бы значение средней скорости, которое соответствует именно выбранному значению коэффициента шероховатости n_п по формуле (2.11). Далее находим площадь живого сечения ω и допустимый расход q_доп по уравнениям (2) и (1).

При малых уклонах величина допустимого расхода ограничивается условием непереполняемости борозды, определяемым по формуле Кривовяза

где q_нп - расход воды, удовлетворяющий условию непереполняемости борозды, л/с; I - уклон борозды; Н - допустимая глубина воды в борозде, зависящая от глубины самой борозды (h, см) и точности планировки поверхности поля, которая представляет собой возможное отклонение фактической отметки поверхности от проектной, (Δ, см). Допустимую глубину рассчитывают по формуле

Величина Л не должна превышать 3-5 см. В табл. 2 приведены результаты расчета допустимых (по условию неразмываемости почвы) расходов воды для разных уклонов поливных борозд и допустимых скоростей потока для сероземов, проведенного по изложенной выше схеме. Эти величины являются максимально возможными в данных условиях. При значительной крутизне орошаемых склонов, когда ограничивающим фактором является эрозия почв, эти расходы следует рекомендовать производству. Однако при малой крутизне, особенно на тяжелых по гранулометрическому составу почвах, когда лимитирующим фактором может стать водопроницаемость почв, рекомендуемые расходы воды в борозды могут оказаться меньше, чем допустимые по условию неразмьшаемости почвы. Расчет допустимых по условию водопроницаемости почв расходов воды приведен в ряде работ (Костяков, 1960; Лактаев, 1978).

Выбрав оптимальный расход воды, можно рассчитать и другие элементы технологии полива - длину борозды, длительность полива, время добегания воды до конца борозды. Оптимальная длина борозды устанавливается по следующей эмпирической зависимости (Григорьев,

где l - длина поливной борозды (м); q - выбранный расход воды (м³/с);

α - показатель степени в формуле впитывания воды в почву (по Костикову). Его величина зависит от свойств почвы (Лактаев, 1972):

< 0,35 - для почв высокой водопроницаемости;

0,35-0,45 - повышенной»;

0,45-0,60 - средней »;

0,60-0,70 - пониженной »;

>0,70 - низкой».

Длительность полива t (с) можно определить по формуле Костикова:

где М - поливная норма (м³/га); m - ширина междурядья (м); q -расход воды (м³/с).

Время добегания поливной струи до конца борозды t₁ (с) можно рассчитать по формуле

где обозначения прежние.

4.4 Способы повышения допустимых расходов воды

Допустимые расходы воды в поливную борозду на крутых склонах, а также в случае почв слизкой противоэрозионной стойкостью на пологах склонах часто оказываются настолько малыми, что по экономическим соображениям не могут быть реализованы на практике. Полив же более высокими расходами приведет к смыву почвы. В этих условиях предусматривают дополнительные противоэрозионные мероприятия, направленные на снижение скорости потока путем уменьшения уклона поливньа борозд, повьппения шероховатости дна борозды и увеличения водопроницаемости почвы или за счет повьппения допустимой скорости в результате повьппения водопрочности почвенной структуры и связности почвы. Рассмотрим некоторые мероприятия, позволяющие повысить допустимый расход воды в поливные борозды.

Полив по "скошенным", "контурным" и извилистым бороздам

Уменьшение уклона поливных борозд возможно путем поделки так назьшаемых "скошенных" борозд, нарезаемых под острым углом к горизонталям, и "контурных" борозд, - по горизонталям. При этом требуется тщательная планировка поверхности во избежание обратных уклонов на отдельных участках борозд.

При сложном рельефе естественно стремление поливать в направлении наибольшего уклона, чтобы избежать застаивания воды в понижениях и переливания ее в нижележащие борозды. В этих условиях регулирование уклона производится путем нарезки извилистых борозд. Для этой цели используют культиватор со специальными катками, установленными за рабочими органами культиватора, которые обеспечивают формирование извилистых (зигзагообразных) борозд шириной 3-6 см и глубиной 3-4 см. Фактический уклон скошенных и извилистых борозд рассчитывают по формуле

где φ - угол между направлением нарезки борозд и направлением падения склона, град.; I - уклон.

При выборе допустимых расходов воды в скошенные борозды следует придерживаться представленных в табл. 3 величин, исходя из фактического уклона поливных борозд. Аналогично проводится расчет допустимых расходов воды в извилистые борозды. В результате полива по извилистым микробороздам смыв почвы снижается в 20-30 раз, увеличивается равномерность увлажнения по ширине междурядий и длине борозды, уменьшается поверхностный сброс поливной воды.

Мульчирование поливных борозд

Мульчирование дна поливных борозд растительными остатками является эффективным приемом повышения допустимых расходов воды. Механизм его действия заключается в повышении шероховатости дна поливных борозд (табл. 10.4). В результате увеличивается глубина потока и периметр смоченности, что приводит к повышению иифильтрации воды в почву, уменьшению скорости потока и, следовательно, понижению его размывающей и транспортирующей способности.

Используя изложенную выше схему расчета допустимых (по условию неразмываемости почвы) расходов воды, можно оценить эффективность мульчирования соломой.

Установлено, что при внесении 0,5- 2,5 ц/га соломы допустимые расходы воды увеличиваются в 1,5-4 раза по сравнению с контролем (см. табл. 4). В целях экономии соломы можно мульчировать лишь верхнюю часть поливных борозд, в наибольшей мере подвергающуюся смыву.

Предварительное увлажнение верхней части борозды потоком малого расхода

Одним из перспективных приемов, направленных на повышение допустимой скорости потока, является увлажнение почвы в поливных бороздах перед поливом малыми расходами воды, позволяющее стенкам борозды увлажниться медленно, капиллярно. Основной полив проводятся через некоторое время после предварительной замочки борозды.

Достаточно увлажнить верхние 20-30 м и оставить борозду на ночь в таком состоянии, чтобы утром проводить основной полив более высокими

расходами воды (допустимыми по условию неразмываемости предварительно увлажненной почвы).

Эффект предварительного увлажнения обусловлен повышением водопрочное™ агрегатов и связанным с ним увеличением шероховатости поверхности. Положительное влияние предварительного увлажнения на водопрочность почвенной структуры зависит от его интенсивности и длительности, а также от свойств почвы. Медленное, достаточно продолжительное капиллярное увлажнение почвы, особенно тяжелой по гранулометрическому составу, приводит к существенному повышению размывающей скорости потока и допустимого (по условию неразмываемости почвы) расхода воды. Например, предварительное увлажнение средне- и тяжелосуглинистых сероземов повышает размывающие скорости с 4,4 до 7,7 см/с а легкосуглинистых и супесчаных - с 4,1 до 5,2 см/с. При этом допустимые расходы воды увеличиваются, соответственно, в 1,4 и 2,2 раза (см. табл. 5).

Вариантом такой технологии полива можно считать также полив переменным расходом коды; когда вначале полив осуществлялся мальм расходом воды, потом увеличенным, а после добегания струи до конца борозды - снова уменьшенным (Махсудов, 1989).

Обработка почв полимерами-структурообразователями

Перспективным методом повышения противоэрозионной стойкости почв и допустимых расходе» воды в борозду является обработка их полимерами-структурообразователями. Среди многочисленных полимерных препаратов одними из наиболее эффективных в условиях полива по бороздам оказались препараты серии "К". Препарат К-4 (гадролизованный полиакрилонитрил) представляет собой хорошо растворимую в воде пасту кремового цвета с 10%-м содержанием активного вещества. Его вносят в почву в виде водного раствора. Первоначально ставилась задача оструктурить весь пахотный слой или его верхнюю часть. Оказалось, что для этого требуются слишком большие дозы препарата. Ввиду того, что препарат К-4 довольно дорог, исследования были направлены, с одной стороны, на создание более дешевых препаратов, а с другой - на совершенствование технологии внесения препаратов в почву в целях увеличения ее противоэрозионной стойкости.

В результате был предложен более дешевый препарат К-9, полученный путем неполного омыления в щелочной среде отходов производства волокна "нитрон", состоящий из тройного сополимера нитрило-акриловой, метакриловой и пропановой кислот. Препарат К-9 выпускается в виде однородной водорастворимой жидкости грязно-зеленого цвета, содержащей около 10% активного вещества. По структурообразующей способности он приближается к препарату К-4, но стоимость его примерно в 2 раза ниже.

Значительные успехи достигнуты и в деле совершенствования методов обработки почв полимером. Расход полимера можно значительно снизить, если вносить его перед каждым поливом путем опрыскивания почвы раствором полосами шириной 10-12 см по дну поливных борозд при их нарезке или культивации междурядий без последующего рыхления и перемешивания почвы. Разовый расход препарата составляет от 15 до 30 кг/га, а за вегетационный период соответственно 45-90 кг/га при расчете на три первых полива, проводимых после культивации междурядий. Величина донной размывающей скорости при внесении полимера К-9 в дозах 10 и 30 кг/га A00 и 300 кг/га пасты) возрастает с 4,5 см/с до 16,7 и 22,0 см/с, соответственно, а величины выступов шероховатости дна с 0,2 мм до 2,0 и 3,5 мм. Допустимый расход при этом возрастает в 2-3 раза при дозе 10 кг/га и в 5-11 раз при дозе 30 кг/га (см. табл. 5). Для уменьшения расхода полимера можно ограничиться его применением лишь в верхней части поливных борозд, либо сочетать его применение с другими приемами.

4.5 Допустимые элементы технологии полива дождеванием

В основе эрозии почв при дождевании лежат те же законы механики, которым подчиняется дождевая эрозия (см. главу 3), однако закономерности смыва, размыва и отложения почвы существенно различаются. Это обусловлено в первую очередь различиями в характере поступления воды (интенсивности и длительности осадков) и формирования поверхностного стока.

При дождевании эрозия почв возникает из-за подачи воды с интенсивностью, превышающей интенсивность впитывания воды почвой. При этом, как и в случае полива по бороздам, впитывающая способность почвы не является постоянной в течение полива. В начале полива интенсивность впитывания равна интенсивности дождя. Далее, в результате насыщения почвы влагой, нарушения почвенной структуры, набухания и уплотнения почвы, интенсивность впитывания уменьшается и приближается к установившемуся значению. Чем больше энергия дождя, тем быстрее уменьшается впитывающая способность почвы. В связи с этим было бы целесообразно проводить полив с постоянно уменьшающейся интенсивностью. К сожалению, большинство ныне существующих дождевальных машин и установок воспроизводит дождь постоянной интенсивности в течение всего полива. Регулировать интенсивность дождя непосредственно во время полива можно, например, при использовании дождевальных машин ДДН-70 и КИ-50, применяя сменные сопла. При использовании ДДА-100М и ДДА-100МА эффект уменьшения интенсивности поступления осадков достигается за счет изменения скорости перемещения машины.

Основными элементами противоэрозионной технологии полива дождеванием являются продолжительность полива до образования луж (t_о), допустимая поливная норма (М_доп) и допустимая интенсивность дождевания (r_доп).

Эти параметры зависят от свойств почвы, характера растительности, условий рельефа и энергетических параметров дождя.

В основе расчета элементов прогивоэрозионной технологии полива лежит экспериментальное исследование зависимости t₀ от интенсивности дождевания (r). Экспериментальное дождевание проводится в условиях, близких к производственным. Для этого лучше всего использовать насадки дождевальных машин, имеющихся в хозяйствах. Опыт производится до момента образования лужиц на поверхности почвы при каждой интенсивности дождя.

По экспериментальным данным строится график зависимости t_о = f(r). Он имеет характер вогнутой кривой (рис. 10.1), описываемой уравнением вида (Ерхов, 1966)

где а и b - эмпирические параметры. Их значение легко найти по графику зависимости (10.5) в логарифмических координатах, представляющему собой прямую,

В приведенном на рис. 10.1, 10.2 примере b = lga = 1,4, lga = 0,978, следовательно, a=9,5. Тогда уравнение (10.5) для данного случая можно записать следующим образом:

где t_o - время полива до образования луж (мин); r - интенсивность дождя (мм/мин). Указанные значения параметров а и b характерны для конкретной, в данном случае лугово-аллювиальной среднесуглинистои почвы долины р. Атрек без растительности при определенных энергетических параметрах дождя и уклона склона.

Для почв с низкой водопроницаемостью значение параметра а не превышает 5-6, а для почв с высокой водопроницаемостью - достигает 20-30. Величина b характеризует затухание во времени скорости впитывания воды почвой при дождевании и колеблется, главным образом, в зависимости от исходной влажности почвы, в пределах 1,3-3,0.

Под допустимой нормой полива (Мдоп) понимается слой воды, который распределяется в течение всего полива с заданной, интенсивностью дождя без образования луж. Она рассчитывается по уравнению

Подставляя выражение (10.5) в уравнение (10.7) получим

В данном случае с лугово-аллювиальной почвой уравнение (10.8) принимает вид

В табл. 10.6 приведены для примера допустимые поливные нормы при орошении некоторых почв среднеструиной дождевальной техникой. Хорошо видно, как понижается допустимая норма полива при переходе от более гумусированного и водопроницаемого типичного мощного чернозема к менее гумусированной и менее проницаемой среднесмытой темно- серой лесной почве, а также при увеличении крутизны склона. Для приближенных расчетов можно принять, что величина поливной нормы обратно пропорциональна параметру 1–5*1), где 1 - уклон поверхности. Наличие указанной зависимости обусловлено понижением водопроницаемости почвы при увеличении крутизны склона в связи с увеличением скорости потока и, следовательно, уменьшением длительности контакта определенной порции воды с поверхностью почвы.

Из данных табл. 10.6 следует, что интенсивность дождевания оказывает сильное влияние на величину допустимой нормы полива. Уменьшение интенсивности дождя в 2 раза - от 0,25 мм/мин до 0,12 мм/мин при одновременном уменьшении среднего диаметра капель с 2,0 до 1,5 мм повышает поливную норму примерно в полтора раза.

Таблица 10.6

Допустимые нормы полива сельскохозяйственных культур на почвах Молдавии

различными дождевальными машинами (м³/га) (Гаврилица, 1993)

ПРИМЕЧАНИЕ. "Фрегат" - самоходная многоопорная дождевальная машина со средне-струйными дождевальными аппаратами. "Днепр" - широкозахватная многоопорная электрифицированная дождевальная машина со среднеструйными аппаратами "Роса-3". ДШ-25/30 -дождевальный шлейф с карусельными дождевальными аппаратами.

Это связано с уменьшением энергии воздействия дождевых капель на поверхность почвы, приводящим к лучшему сохранению структуры почвы и крупных водопроводящих пор в ее поверхностном слое. Уменьшение диаметра капель искусственного дождя приводит к снижению скорости их падения и увеличению допустимых поливных норм при постоянной интенсивности дождя. Причем уменьшение диаметра капель в два раза приводит к увеличению допустимой поливной нормы в 1,5-2,5 раза.

Суммарное энергетическое воздействие дождя на поверхность почвы обычно оценивается величиной удельной мощности дождя (N, Вт/м2), которую можно рассчитать по уравнению (5.1).

При расчете V_К следует учитывать, что движение капель при дождевании не является установившимся (в отличие от падения капель естественного дождя). В связи с этим скорость падения капель зависит не только от их диаметра, но и от высоты падения (h). Эта зависимость представлена на номограмме (рис.10.3), которую можно использовать для практических расчетов.

Дождевальные машины по удельной мощности создаваемого ими дождя можно расположить в следующем порядке:

ДШ-25/300, "Кубань" - 0,04 Вт/м²;

"Фрегат", "Волжанка" - 0,09-0,1 Вт/м²;

КИ-50 "Радуга", "Днепр" - 0,14 Вт/м²;

ДДН-70 - 0,19 Вт/м².

Последний из перечисленных агрегатов оказывает наиболее разрушительное воздействие на почву, поэтому его использование следует ограничить пастбищами и сенокосами.

Рис. 10.3. Зависимость скорости капли, Vк от ее диаметра dк и высоты падения h.

Существенное влияние на величину допустимой поливной нормы оказывает растительность. Надземная часть растений уменьшает энергию воздействия капель дождя на поверхность почвы. Как видно из табл. 10.7, величина отношения допустимых поливных норм на участках с растительностью (Мдоп.р) и без нее (Мдоп) постепенно возрастает по мере увеличения проективного покрытия растительного покрова, и к концу вегетационного периода достигает величин 1,8-2,0. Уравнение (10.8) позволяет решить также обратную задачу - рассчитать по заданной поливной норме допустимую интенсивность дождя, обеспечивающую полное впитывание требуемой поливной нормы. А.Н. Костяков (1960) рекомендовал следующие величины допустимой

Таблица 10.7. Влияние растительности на допустимую поливную норму (Абрамов, 1982)

интенсивности дождевания:

на тяжелых по гранулометрическому составу почвах - 0,1-0,2 мм/мин;

на средних » - 0,2-0,3 мм/мин;

на легких » - 0,5-0,8 мм/мин.

При этом диаметр капель не должен превышать 1-2 мм в зависимости от водопроницаемости почв.

Помимо водопроницаемости допустимая интенсивность дождя зависит также от режима работы дождевальной машины или аппарата. Для машин, работающих в движении, допустимые интенсивности меньше, чем для короткоструйных позиционных аппаратов (табл. 10.8). Это связано с тем, что машины, работающие в движении, создают дождь очень высокой мгновенной интенсивности, во много раз большей, чем средняя за весь период дождевания. В связи с этим в момент прохождения крыла машины над поверхностью почвы дождевые капли разрушают поверхность и, следовательно, уменьшают водопроницаемость гораздо сильнее, чем позиционные аппараты. В некоторых странах, например, в США, допустимую интенсивность искусственного дождя ставят в зависимость от наличия на поле растений, водопроницаемости почвы и уклона орошаемого участка (табл. 10.9, приводится по Багрову и Кружшшну, 1980).

Таблица 10.9. Допустимая интенсивность дождя (мм/мин)

Имеющиеся данные свидетельствуют, что серийные дождевальные машины (табл. 10.10) способны распределять большие поливные нормы без образования стока (табл. 10.8) только на легких почвах. На почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава допустимая поливная норма может оказаться слишком малой для использования в производстве, поэтому в этих случаях следует предусмотреть мероприятия по ее повышению.

Таблица 10.10. Интенсивность дождя (мм/мин), создаваемого дождевальными машинами.

4.6 Предупреждение формирования стока при орошении дождеванием

Агротехнические мероприятия по повышению поливной нормы можно разделить на две группы. Одна группа направлена на увеличение водовместимости и водопроницаемости пахотного слоя (глубокая вспашка, повышение водопрочное структуры, щелевание, мульчирование), другая - на повышение водозадерживающей способности поверхности почвы (прерывистое бороздование в междурядьях пропашных культур, лункование и создание микролиманов при влагозарядковых поливах). Из гидротехнических мероприятий на орошаемых землях используются валы-террасы с широким основанием и ступенчатые террасы.

Нетрудно видеть, что это те же мероприятия, которые применяются и для защиты почв от дождевой эрозии (см. главу 8). Однако наибольшее значение для предупреждения стока при дождевании имеют организационно-хозяйственные мероприятия. Они включают проектирование и использование противоэрозионной технологии дождевания, предусматривающей полив до образования луж, а также выбор соответствующей дождевальной техники. Методика определения допустимой поливной нормы и допустимой интенсивности дождя изложена выше. Среднеструйные дождевальные машины значительно различаются по величине подаваемой ими допустимой нормы полива (табл. 10.6). Еще большие различия наблюдаются при сравнении среднеструйной дождевальной машины ("Волжанка") с дальноструйными (ДДН-70, ДЦН-100). Замена агрегата ДДН-100 дождевальной машиной "Волжанка" позволяет повысить допустимую поливную норму почти в два раза (табл. 10.11).

Однако выбор той или иной дождевальной техники зависит не только от интенсивности создаваемого ею дождя, но и от ряда других факторов, в том числе крутизны склона. Например, агрегаты ДЦА- 100МА, ДЦН-70 и КИ-50 "Радуга" применимы на склонах крутизной до 0,05, а "Волжанка", "Фрегат", "Днепр"- до 0,02.

Таблица 10.11. Допустимые поливные нормы (м^га) (Карпенко, Савостьянов, 1985)

Для предотвращения стока при поливе агрегатами ДДА-100МА и ДДА-ЮОМ целесообразно увеличивать насколько возможно длину бьефа1, так как при этом увеличивается время возвращения дождевальной машины и, следовательно, пауза в подаче очередной порции воды на данный участок поля, а это приводит к уменьшению усредненной интенсивности дождя. Так, при позиционной работе ДЦА-100М интенсивность дождевания достигает 2,5 мм/мин, а при длине рабочего бьефа 100 м - 0,5 мм/мин, при 200-300 м, соответственно, 0,25 и 0,17 мм/мин. Увеличение длины бьефа со 100 до 300 м позволяет повысить допустимую поливную норму почти в полтора раза. При использовании агрегата ДЦН-70 можно уменьшить сток, применяя сменные сопла меньшего диаметра (35 или 45 мм вместо 55 мм), что позволяет снизить среднюю интенсивность дождя в 1,5 раза (Поляков, 1976).

Эффективным методом повышения допустимых поливных норм является также прерывистое дождевание, существенно повышающее водопроницаемость почвы. При поливе установкой КИ-50 "Радуга" рекомендуется делить поливную норму на увеличивающиеся части в пропорции 1:2:3 и проводить полив с интервалом перед последующим поливом, равным продолжительности предыдущего полива (Панченко, Горчичко, Болдырев,1976). По некоторым данным эффективно также предварительное увлажнение поверхности почвы малой нормой (несколько миллиметров).

Наиболее рациональным способом орошения крутых склонов является капельное и синхронно-импульсное дождевание.

Бьеф - участок канала между соседними перемычками.

Лекция 5

Тема: Картографирование почв, подверженных водной эрозии,

и отражение их распространения при районировании

5.1. Общие положения

5.2. Исходные картографические материалы

Масштаб почвенно-эрозионных карт зависит от целей картографирования. Для работ по проектированию и размещению противоэрозионных мероприятий на территории отдельных хозяйств или группы хозяйств составляют карты масштаба 1:10 000. Для обзора явлений эрозии на обширных территориях, а также для целей планирования сельскохозяйственного производства составляют карты, масштаб которых мельче: районные - 1:25 000; 1:50 000; 1:100 000; областные — от 1 : 200 000 до 1 : 600 000; еще мельче масштаб карт на территорию всей страны или ее крупных частей.

Карты на отдельное хозяйство составляют в ходе почвенного обследования. Особенностью картографирования эродированных почв является необходимость выбора эталона полнопрофильной почвы, не затронутой процессами эрозии. Действительно, чтобы оценить, какая доля гумусового горизонта А1 или какие нижележащие горизонты потеряны, необходимо сравнить исследуемый профиль с образцом полнопрофильной почвы. Очевидно, искать его нужно там, где процессы эрозии не идут. Лучше всего было бы обнаружить эталон на тех участках склонов, где проводится картографирование эродированных почв. Cмытые почвы никогда не лежат сплошными полосами поперек склонов, как это часто схематически изображается. На самом деле они залегают комплексами. Среди слабосмытых и даже среднесмытых почв встречаются несмытые, которые залегают на микроводоразделах между основными линиями стока. Однако достоверно обнаружить их достаточно трудно. В связи с этим эталон несмытой почвы чаще всего находят на водоразделе на тех же угодьях, которые занимает склон. Может быть, это и не совсем верно, так как условия почвообразования на склоне и на водоразделе отличаются. Однако при уклонах до 10° эти различия достоверно не установлены (Крупеников, 1990). Для почв, находящихся в сельскохозяйственном использовании, не следует искать эталон на других угодьях, скажем, на целине или под лесом, так как процесс почвообразования в этом случае идет иначе, чем при интенсивном использовании почвы.

Еще одной особенностью картографирования эродированных почв является необходимость выделения комплексов почв разной степени смытости и погребенности продуктами эрозии. О причинах этого сказано выше. В качестве примера можно привести классификацию комплексов эродированных почв Белоруссии, составленную Г.И. Бахиревым (1974):

— комплекс слабоэродированных почв включает 30–70% слабосмытых почв и не более 15% среднесмытых;

— комплекс среднеэродированных почв включает 15–40% средне- и сильносмытых почв; слабосмытые почвы при этом не учитываются;

— комплекс сильноэродированных почв включает более 60% средне и сильносмытых почв.

5.2. Исходные картографические материалы

Для почвенно-эрозионного картографирования характерно обязательное использование топографической основы. Однако при почвенно-эрозионной съемке оно довольно специфично. Широкое использование получили карты крутизны склонов, которые составляют на основе топографических карт масштаба 1 : 10 000 или 1 : 25 000. Оформляют их обычно штриховкой или цветом: чем круче склон, тем интенсивнее штриховка или окраска (Брауде, 1965). Кроме карты крутизны склонов по топографической основе можно составить картограммы длин и экспозиций склонов. Для приблизительных расчетов длины склонов можно пользоваться соотношением L = 1/2K, где К — коэффициент расчлененности территории долинной и балочной сетью. В исследованиях по линейной эрозии почв часто используют карту относительных высот — глубин местных базисов эрозии, по С.С. Соболеву (Спиридонов, 1970). Использование указанных материалов имеет большое значение при почвенно-эрозионном картографировании независимо от его масштаба.

5.3. Выявление и показ почв, подверженных водной эрозии,

при их крупно- и среднемасштабном картографировании

и районировании

При крупномасштабном картографировании использование карт крутизны и длины склонов позволяет исследователю представить себе еще до выезда в поле, насколько опасен в эрозионном отношении рельеф обследуемой территории и какие по степени смытости почвы могут встретиться в том или другом районе. Такое рассмотрение не может заменить полевое обследование, однако существенно облегчает его. Еще большее значение имеет использование морфометрических показателей рельефа при среднемасштабном почвенно-эрозионном картировании. Это обусловлено тем, что исходным материалом для него являются почвенные карты более крупного масштаба, на которых эрозионные процессы отражены не всегда. Поэтому такие карты необходимо откорректировать, основываясь на связи между морфометрическими показателями рельефа и степенью смытости. В случае дерново-подзолистых почв эта связь исследована и выявлена зависимость степени смытости почв разного гранулометрического состава от длины, крутизны и экспозиции склона (таблица 5-7). Хорошо видно, что увеличение длины и крутизны склона сопровождается увеличением степени смытости дерново-подзолистых почв.

Влияние экспозиции склонов. Разная степень освещенности поверхности склонов влияет на режим влажности почв и температуру воздуха. Это, в свою очередь влияет на степень покрытия почв растительным покровом. По этим показателям судят о потенциальной возможности зарождения и развития процессов эрозии почв.

На склонах северной и северо-западной экспозиций, почвы, как правило, не подвергаются (или подвергаются в небольшой степени) смыву. Поэтому на таких склонах преобладают не смытые и слабосмытые почвы.

На склонах южных экспозиций, где более сухо, и растительный покровы разрежен, проявляется значительный смыв почв. Он в 3 раза превышает смыв, со склонов северных экспозиций.

Для карт, отражающих влияние экспозиции склонов на развитие процессов эрозии почв, составляют следующую экспликацию (табл. 3).

Влияние экспозиции проявляется лишь при больших уклонах и значительной длине склона. Определенное влияние оказывает и гранулометрический состав почвы: легкие почвы при прочих равных условиях оказываются в ряде случае сильнее эродированными, чем тяжелые вследствие меньшей их противоэрозионной стойкости.

Если на обследуемой территории преобладают склоны примерно одинаковой длины, появляется возможность связать эродированность почв непосредственно с крутизной склона. В пределах зоны Московского оледенения В.П. Лидовым (1981) предложено выделять на среднемасштабных почвенно-эрозионных картах шесть типов местности по степени эродированности почвенного покрова в зависимости от преобладающих уклонов (таблица 5-8).

С использованием данных этой таблицы, карт уклонов и материалов, полученных на почвенно-геоморфологических профилях коллективом авторов под руководством В.П. Лидова (1981) были составлены карты-схемы почвенно-эрозионного районирования Смоленской, Тверской, Новгородской и Псковской областей.

Использование аэрокосмических снимков значительно облегчает почвенное картографирование, делает его более детальным. Работы по составлению почвенно-эрозионных карт на основе аэрокосмических снимков проводят в три этапа. На первом, предполевом этапе собирают и анализируют литературные и картографические материалы, а также материалы аэро- или космической съемки для изучаемой территории. В результате выбирают ключевые участки для полевых работ. На втором, полевом этапе составляют подробные почвенно-эрозионные карты ключевых участков. На третьем — формируют таблицы и картотеки дешифровочных признаков, на основе которых и составляют методом эстраполяции почвенно-эрозионную карту.

К дешифровочным признакам объекта относятся форма, размер, тон (цвет), рисунок (текстура) изображения и др. (Андроников, 1979; Методические рекомендации…, 1986). Временная ручейковая сеть, овраги, участки смытых почв имеют на снимках плавные извилистые формы. Гидротехнические противоэрозионные сооружения (террасы, водозадерживающие валы, лотки для сброса воды) и лесополосы видны как прямолинейные участки, сопряженные плавными кривыми. Размеры объектов, которые отображаются на снимках, зависят главным образом от масштаба съемки. Возможности дешифрирования этих объектов обычно определяются разрешающей способностью сетчатки человеческого глаза, которая составляет примерно 0,1 мм. Подверженность почвенного покрова эрозии четко выявляется по цвету (тону) и рисунку изображения. Смытые почвы представлены на снимках в более светлых тонах, а намытые — в темных.

С увеличением степени смытости тон снимка становится более светлым, однако слабосмытые почвы практически невозможно визуально отличить от несмытых. Для определения мощности гумусового горизонта используют графики связи оптической плотности аэронегатива и мощности гумусового горизонта. Оптическую плотность аэронегатива определяют микрофотометрированием, а мощность гумусового горизонта — непосредственным измерением в полевых условиях. В настоящее время по имеющимся графикам связи можно различать маломощные, средне- и сильносмытые почвы с мощностью гумусового горизонта 30–40 см и несмытые и слабосмытые почвы с мощностью гумусового горизонта более 50 см.

Эродированные почвы на снимке обычно имеют пятнистую текстуру. Дополнительным дешифровочным признаком смытых почв является приуроченность их к достаточно крутым участкам склонов, которые легко выделяют ся при стереоскопическом изучении снимков.

По данным аэрофотосъемки в ряде случаев можно не только определить степень смытости почвы, но и количество смытого материала. Если мутность временных водных потоков во время снеготаяния превышает 20–100 кг/м3, то значения коэффициентов интегральной яркости изображений образованных ими русел и конусов выноса обычно выше, чем у почв склона. Такие русла и конусы выноса легко опознаются на аэрофотоснимках. Если мощность отложений составляет 0,2–0,3 м, то по аэрофотоснимкам она стереоскопически не воспринимается. Ее необходимо определять непосредственно в полевых условиях на характерных конусах выноса, либо по материалам наземной стереофотограмметрической съемки.

Данные аэрофотоснимков в сочетании с данными наземных обследований можно использовать не только для определения степени смытости почв или количества смытого материала, но и для выявления зон активной эрозии. Особенно ценными такие снимки являются для целей размещения защитных лесных насаждений и противоэрозионных гидротехнических сооружений.

На космических снимках находит отображение такое важнейшее динамическое свойство почвенного покрова, как эродированность почв, развитие которой нередко связано с неблагоприятными последствиями хозяйственной деятельности.

Эродированность почв может быть следствием либо водной эрозии, либо ветровой дефляции. Основным фактором водной эрозии является поверхностный сток. Режим стока зависит от осадков, условий рельефа, инфильтрационных свойств почв, их структуры, характера растительного покрова, использования земель и многих других показателей. Поэтому дешифрирование снимков при изучении процессов водной эрозии почв требует понимания закономерностей пространственных взаимосвязей компонентов ландшафта, комплексного географического подхода.

Водная эрозия вызывает последствия двоякого вида. Деятельность текучей воды на склонах даже относительно небольшой крутизны (3-5°) приводит к поверхностному (плоскостному) смыву наиболее гумусированной верхней части гумусного горизонта почв, а на более крутых склонах — к линейной эрозии, развитию форм водно-эрозионного рельефа — потяжин, борозд, оврагов, часто приуроченных к древним эрозионным формам — оврагам и балкам.

Плоскостной смыв почв приводит к изменению окраски пахотного слоя, различному у почв разных генетических типов и при разной степени смыва. Так, дерново-подзолистые суглинистые почвы даже при слабом смыве имеют обычно белесую окраску. При среднем, а также сильном смыве за счет выхода на поверхность пахотного горизонта пахотный слой этих почв получает бурую или желто-бурую окраску [Афанасьева, 1965], что находит отображение на цветных или многозональных снимках.

Изучение отражательной способности смытых светло-серых лесных и серых лесных почв показало, что в этом случае эродированные почвы в связи с меньшим содержанием гумуса и иловатых частиц изображаются на снимках более светлыми тонами по сравнению с неподверженными смыву [Андроников, 1979]. Таким образом, открывается возможность дешифрирования участков плоскостной эрозии на распаханных полях по прямым признакам. При этом опыт дешифрирования показывает, что наибольшая контрастность в тонах изображения наблюдается на свежевспаханных участках или участках с молодыми всходами. На полях с развитыми посевами на смытость почв может указывать состояние посевов, их изреженность; однако она может быть обусловлена и другими факторами (например, вымоканием). Стерня почти полностью нивелирует разницу в тонах изображения почв разной степени смытости. На участках, занятых естественным растительным покровом значительной сомкнутости, прямые признаки плоскостного смыва почв использовать также не удается.

В степной зоне многие генетические типы почв обладают достаточно мощным гумусовым горизонтом, и в случае небольшой разницы в оттенках горизонта А и горизонта А,В очень трудно уловить, смыт ли горизонт А эрозией. Это относится в первую очередь к черноземам обыкновенным и типичным. В то же время у черноземных почв южной части степной зоны изображение почв разной степени эродированности дифференцируется. При слабом смыве почв смывается только часть горизонта А, оставшаяся его часть сохраняет тот же темный оттенок, который характерен для несмытых гумусированных горизонтов. Поэтому у слабосмытых почв не происходит изменений в окраске поверхности почвы и они не имеют специфического рисунка изображения на снимках. Среднесмытые почвы характеризуются значительной степенью смытости горизонта А, поэтому при их распашке местами неравномерно припахивается и горизонт В палевого цвета. Поверхность пашен на участках среднесмытых почв оказывается пестрой. Сильносмытые почвы характеризуются полностью смытым горизонтом А и затронутым смывом горизонтом В. Поэтому на снимках сильносмытые почвы имеют пестрый, нечетко пятнистый рисунок с преобладанием более светлых тонов по сравнению с рисунком изображения среднесмытых почв. При сильной степени смытости почв, особенно карбонатных черноземов на известняках и меловых породах, участки смытых почв приобретают белесый оттенок и выделяются на снимках светлым тоном. В особенности это относится к смытым щебнистым почвам — при водной эрозии почв из верхнего горизонта выносится мелкозем, а щебенка проектируется на поверхность, и чем интенсивнее смыв почв, тем светлее окраска контуров на снимках.

Отображение смыва почв представлено на рис. 9.5, где приведен фрагмент фотографического снимка с первой орбитальной станции Салют на участок Колыванского увала в предгорьях Западного Алтая с южными черноземами. В рисунке изображения четко выражены микроложбины и потяжины на распаханных полях, не занятых посевами сельскохозяйственных культур, или с посевами на ранних стадиях развития. Чередование светлых полос смытых почв на микроводоразделах и склонах с темными полосами намытых, более гумусированных почв по днищам микроложбин и потяжинам создает характерный полосчатый или струйчатый рисунок, который указывает на характер микрорельефа и четко разграничивает участки развития плоскостного и микроструйчатого смыва. На полях, занятых густыми посевами многолетних трав, этот рисунок не просматривается.

На космических снимках дешифрируются линейные формы эрозии. Формы овражной эрозии (водороины, овраги) изображаются только на снимках самого высокого разрешения (1—2 м) в виде узких, четко очерченных контуров зазубренной формы. Из-за смыва почв тон изображения оврагов обычно очень светлый, бровка может быть подчеркнута тенью. По форме и размеру изображения оврагов можно судить о стадии оврагообразования и степени активности эрозионного рельефа. Активно растущие водороины и овраги в начальной стадии развития имеют широкую овальную вершину с крутой задней стенкой, а овраги, прекратившие линейный рост, — остроконечную в плане вершину, полого спускающуюся заднюю стенку, задернованные более пологие склоны [Лидов, Николаевская, 1951].

Эти признаки, выявленные по аэрофотоснимкам, сохраняются и при использовании космических снимков самого высокого субметрового и метрового разрешения. На снимках с разрешением более 10 м овраги, как правило, не отображаются, но хорошо выделяется сеть балок, имеющих вытянутую извилистую древовидную форму. Днища и склоны балок обычно заняты естественной растительностью, более густой влаголюбивой в нижних частях склонов и по днищам, что обусловливает более темный тон их изображения. Балочная сеть в степной зоне дешифрируется на снимках с разрешением в десятки и первые сотни метров благодаря тому, что склоны балок с естественной луговой растительностью, кустарниками и балочными лесами четко выделяются среди распаханных полей. Примером может служить снимок с разрешением 85 м, полученный сканирующей системой «Фрагмент»/Метеор- Природа, на участок Калачской возвышенности на левобережье Дона в районе станицы Вешенской (см. рис. 7.6). На снимке, сделанном в октябре, когда большинство полей были распаханы под посевы озимых, четко выделяется густая балочная сеть этого района: нераспаханные склоны балок под луговой растительностью резко контрастируют с темным фоном полей.

Очень выразительное изображение густой овражно-балочной сети можно видеть на снимке со спутника Landsat на участок Средне-Русской возвышенности в пределах Курской области (рис. 9.6). Снимок сделан в апреле, вскоре после схода снежного покрова. Черным тоном изобразились распаханные сельскохозяйственные поля с черноземными почвами. Характерную особенность снимка составляет древовидный рисунок изображения, обусловленный интенсивным развитием в этом районе эрозионных процессов и формированием густой овражно-балочной сети. Нераспаханные склоны балок, занятые травянистой или кустарниковой растительностью, изобразились на этом снимке, сделанном в ближней инфракрасной зоне, белым тоном, резко контрастирующим с темным тоном распаханных полей с черноземными почвами. В отдельных случаях вдоль бровок эрозионных форм сохранились навеянные снежники, еще сильнее подчеркивающие контуры оврагов и балок. В районах, характеризующихся развитием почв легкого механического состава и сильными ветрами, существуют предпосылки для развития ветровой дефляции почв, которую может спровоцировать уничтожение естественного растительного покрова, распашка территории. Ветровое выдувание почв отображается на снимках осветлением фототона. Светлые пятна дефлированных почв имеют мягкие расплывчатые контуры. Характерна вытянутость этих пятен в ленты и ориентировка их по направлению преобладающих ветров. В результате ветрового перераспределения материала и формирования эолового микрорельефа образуется струйчатый или ячеистый рисунок изображения, указывающий на интенсивное развитие дефляционных процессов. Он четко выделяется, например, на снимках участка Баргузинской котловины (рис. 9.7), по краям ложбин древнего стока на Приобском плато (см. рис. 7.3). В обоих случаях сквозь рисунок эолового рельефа просвечивают прямоугольные контуры полей, распашка которых и привела к развитию ветровой дефляции почв.

Развитие дефляции при распашке почв легкого механического состава хорошо иллюстрируют снимки на территорию Калмыкии, где зафиксированы распаханные массивы песчаных почв в районе Улан-Хола. Распашка вызвала развевание песков – шлейфы ветровых надувов за границами полей хорошо видны на снимке (рис. 9.8). В результате вместо природных пастбищных угодий здесь образовались массивы подвижных песков и потребовались меры по их закреплению.

В отдельных случаях на космических снимках фиксируются шлейфы пылевых бурь, то есть процесс дефляции в действии. Они видны на снимках Калмыкии (рис. 9.9 а). Но особенно четко выделяются песчано-пылевые шлейфы над водной поверхностью морей и океанов при ветровом выносе песчаных почв прибрежных пустынь (рис. 9.9 б). Важно, что космические снимки не только позволяют судить о развитии и интенсивности процессов водной эрозии и ветровой дефляции почв, но и отображают агротехнические мероприятия, направленные на их предотвращение, борьбу с ними – проведение механической обработки почв вдоль склонов, с учетом рельефа (реализация адаптивного контурного земледелия), террасирование склонов (рис. 9.10 а).

Другой вид агротехнических мероприятий – изъятие из сельскохозяйственного использования и облесение верховьев и склонов балок. Например, рис. 9.10 б показывает, что на правобережье Сейма между Курском и Льговом эти мероприятия носят повсеместный характер. Снимки в известной мере позволяют контролировать эффективность агротехнических и лесомелиоративных мероприятий. На снимке одного из районов Северного Казахстана на Кокчетавской возвышенности (см. рис. 7.15) хорошо видны противодефляционные полосные посевы, используемые для защиты от воздействия ветров, представляющие чередование узких полос посевов зерновых и многолетних трав или зерновых и подсолнечника, высокая стерня которого способствует также задержанию снега на полях зимой для влагообеспечения растений. Полосное размещение посевов создает здесь своеобразный сельскохозяйственный ландшафт, свидетельствуя об упорной борьбе с дефляцией.