Борьба с ускоренной денудацией

Если одна часть проблемы изменения природы степей заключается в перестройке баланса влаги, то другая сводится к изменению баланса твердого вещества почвы. Основной частью этой второй задачи является борьба с ускоренной денудацией.

В почвоведческой и агрономической литературе слову ’’эрозия” придается расширенное толкование, не принятое в географии. В ’’эрозию” (или в ’’эрозии” — во множественном числе) почвоведы и агрономы включают как русловую эрозию (эрозию в узком смысле), так и поверхностный смыв (склоновую эрозию) и, наконец, ветровое выдувание (дефляцию).

Перечисленные виды денудации вместе с инфильтрацией и растворением элементов почвы образуют расходную часть баланса почвенной массы. Положительные статьи баланса состоят из намыва (водной аккумуляции), навевания (ветровой или эоловой аккумуляции), прогрессивного захвата процессом почвообразования все новых слоев коры выветривания и перехода в состав почвы органического вещества. В конкретных случаях, понятно, не всегда имеются налицо все приходные и расходные статьи баланса.

В периоды относительной стабильности ландшафта баланс почвенной массы всегда близок к нейтральному. Там, где смыв и выдувание преобладают над аккумуляцией, по мере удаления верхнего слоя почвы воздействие воздуха, атмосферных осадков, колебаний температуры, корней растительности, микроорганизмов и землероев начинает распространяться на подпочву, перерабатывая ее и приобщая к почве. Таким образом, в нормальном процессе денудации нет ничего угрожающего сохранению постоянного уровня плодородия.

Если физико-географические условия меняются в сторону интенсификации экзогенных процессов, например в результате поднятия территории или усиления ветров, равновесие нарушается, твердый сток и выдувание увеличиваются и баланс почвенной массы становится отрицательным. Это приводит к укорачиванию почвенного профиля за счет уничтожения верхних, наиболее ценных горизонтов.

Однако, по мере того как почва становится менее мощной, воздействие экзогенных факторов на подпочву облегчается, захват ее процессом почвообразования ускоряется, и через некоторое время вновь устанавливается относительное равновесие, но уже на новом уровне - при менее мощном почвенном профиле.

Сложнее реагирует почва на увеличение количества осадков. В этом случае усиление смыва в отдельных случаях компенсируется ускоренным развитием растительности и усилением деятельности микроорганизмов, так что уменьшения мощности почвы может и не наступить.

Все природные процессы, обусловливающие отрицательный баланс почвенной массы, обычно сопровождаются лишь медленной нормальной денудацией. Фактором, способным придать балансу почвенной массы характер катастрофически отрицательного, является деятельность человека. Однако такой результат совершенно необязателен.

Известно, что умеренная пастьба скота благоприятно сказывается на качестве лугов, но усиленный выпас приводит к разрушению растительного покрова — главного хранителя почв и регулятора денудационных процессов. Точно так же и земледелие при глубокой вспашке, правильных севооборотах, внесении удобрений и т.д. увеличивает мощность почвы и улучшает ее качество. Но хищническая и безграмотная эксплуатация почвы приводит к усилению денудации и снижению ее качества, как это имело место в царской России во второй половине прошлого века.

Таким образом, борьба за положительный или на первых этапах нейтральный баланс почвенной массы в целом на подвергающихся денудации территориях должна вестись сразу в двух направлениях: за увеличение приходных статей и за уменьшение расходных. Обе эти задачи являются, с одной стороны, агрономическими, с другой - инженерно-географическими. Я умышленно ввожу здесь этот термин, чтобы подчеркнуть прикладное значение географии в разрешении рассматриваемой проблемы.

Следует помнить, что прекращение усиленной денудации с помощью лесных полос при всем своем громадном значении само по себе еще не гарантирует повышения плодородия почв. Последнее обеспечивается лишь целым комплексом мероприятий.

Переходя к территориям, являющимся полем преобладания воздушной или водной аккумуляции (плоские водоразделы, нижние части склонов, речные поймы и др.), следует заметить, что факт аккумуляции отнюдь не означает наличия в этих местах положительного сальдо почвенного баланса. При неизменных физико-географических условиях баланс и в этом случае близок к нейтральному. По мере отложения наносов аэрация нижних слоев почвы, ее увлажнение и жизнь организмов затрудняются: слои эти деградируют, метаморфизируются и выходят из состава современной почвы.

С точки зрения государственных интересов, интенсивная аккумуляция, так же как и денудация, всегда является злом. Если на поверхности культурных почв отлагаются бесплодные пески или глина, то вред этого процесса очевиден. Но даже в тех случаях, когда наносы сами плодородны, они всегда коррелятивны смытым почвам и свидетельствуют об идущем где-то в другом месте - выше по склону, вверх по реке или с той стороны, откуда дуют преобладающие ветры, — столь же энергичном процессе разрушения (Природа Орловского края, 1925). Поэтому борьба с аккумуляцией входит в план преобразования природы степей так же, как и борьба с денудацией, хотя последняя в условиях юга Европейской части СССР несомненно является главным врагом.

Из всех видов денудации наименее изученным является выдувание почв. Борьба с выдуванием ведется по двум направлениям. Первое направление ставит целью увеличение сопротивляемости почвы. Это достигается поддержанием комковатой структуры и влажности почвы, регулированием выпаса скота и др. Второе направление сводится к ослаблению действия самого разрушительного фактора - ветра. Именно эту цель преследует создание водораздельных лесных полос как преграды для суховеев. И именно в этом вопросе физика процесса является наименее изученной.

Поскольку законы движения жидкостей и газов качественно аналогичны, мы можем рассматривать взаимодействие между атмосферой и почвой как процесс, протекающий на дне потока. Роль течения здесь играет ветер, роль дна - Подстилающая поверхность, в первую очередь почва и растительность. Таким образом, исследования в области гидродинамики позволяют сделать ряд выводов относительно роли воздушных течений в формировании подстилающей поверхности.

Интенсивность эоловых процессов зависит от силы воздействия ветра, которая пропорциональна квадрату его скорости (при значительных скоростях) ; поэтому даже небольшое изменение последней сказывается весьма чувствительно на интенсивности обработки ветром подстилающей поверхности. Для ослабления выдувающего действия ветра необходимо создать на его пути добавочное сопротивление, т.е. увеличить шероховатость подстилающей поверхности. Лучшим способом для этого является сооружение лесных полос.

При встрече ветра с наземными препятствиями часть кинетической энергии превращается в энергию вихрей. На периферии последних создаются более мелкие завихрения, энергия которых непосредственно переходит в теплоту. При встрече с рядом последовательных препятствий интенсивное перемешивание распространяется на все более высокие слои воздушного потока. Слой потока, обладающий наибольшими скоростями, перемешается кверху. Внизу же создается область застоя или малых скоростей, в результате чего выдувание почвы уменьшается.

Однако искусственное усиление шероховатости не создает еще полной гарантии подавления дефляции. При общем уменьшении энергии, расходуемой на выдувание, происходит перераспределение ее в толще потока, вследствие чего в некоторых местах могут возникать новые местные очаги выдувания, чередующиеся с участками переотложения наносов. Аналогичные процессы возникают при перевевании снега. Поэтому работы по снегозащите могут быть в известной мере использованы при решении вопросов, касающихся выдувания (Полезащитные полосы, 1936, статья. Панфилова; Рихтер, 1945).

Из законов гидродинамики вытекает, что лесные полосы желательно проектировать в форме сплошных клеток, по возможности избегая разомкнутых контуров. При обходе препятствия сбоку ветер создает завихрение с вертикальной осью, обладающее большой подъемной силой. При переливании же ветра через препятствие сверху позади последнего создается горизонтальный вал (Фидман, 19486), в котором обычно происходит выпадение взвешенной мути, т. е. аккумуляция.

В этом отношении наибольшими преимуществами обладают лесные полосы, которые, как правило, тянутся непрерывно на сотни километров. Следует, однако, помнить, что ветроломное действие полосы, каковы бы ни были ее ширина, высота и густота, не простирается далее километра (Мельниченко, 1949). Поэтому даже мощные водораздельные лесные полосы могут эффективно противодействовать воздействию суховеев только в том случае, если они окружены сетью дополнительных лесных полос.

Длина ветровой тени, вмещающей горизонтальный вал, зависит от отношения высоты лесной полосы к ее ширине, от отношения последней к ширине межполосного пространства, а также от густоты (степени ажурности) насаждения. При некоторых соотношениях не исключена возможность возникновения позади ветровой тени зоны выдувания (рис. 2). Именно этого явления и следует стремиться избежать.

Рис. 2. Ветроломное действие лесных полос: 1 - области выдувания; 2 - эоловая аккумуляция

Таким образом, при проектировании лесных полос на водоразделах задача сводится к расчету их наивыгоднейших параметров при господствующих направлениях и силе ветров. Полосы должны быть спроектированы так, чтобы с учетом ряда других факторов (гидрография, гипсометрия, размещение населенных пунктов и т.д.) рассеивать энергию ветра, по возможности не допуская создания местных очагов интенсивных эоловых процессов. Эта задача может быть решена только методами гидродинамики. Полученные данные должны быть проверены и согласованы с расчетом на ’’лесоподъемность” площади.

При современном уровне знаний основные качественные положения, очевидно, могут быть установлены путем теоретического анализа. Однако для получения количественных данных, могущих послужить базой технических расчетов, должны быть поставлены:

- лабораторные эксперименты в аэродинамических трубах и гидродинамических лотках;
- стационарные наблюдения на уже имеющихся лесных полосах.

В последнем случае должны проводиться измерения скоростей ветра, интенсивности выдувания, аккумуляции и испарения вдоль профилей, секущих полосы и межполосные поля в разных направлениях. Наиболее простой формой выяснения структуры турбулентных потоков должны явиться систематические снегомерные наблюдения, имеющие также большое самостоятельное значение для изучения распределения зимних запасов влаги (Полезащитные лесные полосы, 1936, статья Панфилова).

Те же два метода исследования приобретают ведущее значение при изучении эрозии. Лабораторные работы по русловой эрозии проводятся, например, в Центральном научно-исследовательском институте речного флота, по склоновой эрозии — в Почвенном институте (Гуссак, 1946) и Институте географии (Великанов, 1947; Арманд, 19486). Экспедиционные и стационарные работы по изучению эрозии велись многочисленными исследователями: почвоведами, географами, агрономами. Вопросам эрозии посвящены труды опытных станций, экспедиций Академии наук СССР и отдельных авторов (Эрозия почв, 1937; Борьба с эрозией почв в СССР, 1938; Соболев, 1948).

Таким образом, здесь нет надобности говорить о значении эрозии и создаваемых ею формах рельефа. Я остановлюсь лишь на некоторых количественных характеристиках и физической стороне вопроса, ясное понимание которой особенно необходимо теперь, когда поход против эрозии получил широкий размах.

Попытки определить среднюю величину твердого стока для целых областей базируются пока на недостаточном числе данных. Однако приводившиеся в литературе цифры показывают порядок величины тех потерь, которые до последнего времени можно было наблюдать в степной и лесостепной зонах.

В овражной Орловской области каждое весеннее таяние уносит со склонов южной экспозиции в среднем 16 т почвы с гектара. При этом сносится самая ценная часть почвы — гумусный горизонт. По данным Новосильской опытно-овражной станции, при 5 – 10 т твердого стока гектар почвы теряет 20-30 кг азота. На правобережье Волги у Хвалынска весенний смыв достигает 80 т/га. До Великой Октябрьской социалистической революции в Воронежской губернии только по четырем уездам овраги захватывали в год 2000га (1/70 часть площади).

Даже позже, в 30-х годах, один Айдарский сельсовет в Воронежской области терял в год более 400 тыс. т черноземной почвы. Весьма велики были также потери при отдельных сильных ливнях. В черноземной полосе они достигали 50 т/га (слой 5 мм) за один ливень и максимально даже до 500 т/га (Панков, 1937; Сильвестров, 1938; Агролесомелиорация, 1948, статья А М. Козменко).

По мутности рек подсчитано, что с поверхности Русской равнины в среднем сносится в виде взвешенных наносов 23 т/км² ,в виде донных- 0,5 т/км² и в растворе - 45 т/км².