Экологическая оценка водной и ветровой эрозии почв

Развитие эрозии почв определяется факторами внешней среды и свойствами почв; эффект от воздействия одной причины зависит от уровня воздействия других причин. Оптимум параметров свойств эродированных почв зависит как от сочетания всех свойств почв, так и от возникших взаимосвязей в экологической системе.

При оценке эрозии следует учитывать взаимосвязь почва – растение - среда, в том числе на уровне существующих в экологической системе различных полей; взаимосвязь почва – уровень антропогенного воздействия на нее, как с точки зрения техногенного давления, в том числе воздействия удобрениями, мелиорантами и ядохимикатами, так и с точки зрения возможной интенсификации использования почвы и ландшафта, максимально допустимого, с экологической точки зрения, урожая; с точки зрения изменения микроклимата, надпочвенного покрова, свойств почв, потенциальных возможностей почв; изменения в процессе эрозии энтропии и свободной энергии почвы, экологической системы.

При развитии эрозии происходит потеря вещества и энергии за счет переноса по воздуху, поверхности, внутрипочвенного стока. Нестабильными, нарушенными с экологической точки зрения, становятся почва, рельеф, микроклимат, состав грунтовых вод. Появляются новые, экологически неустойчивые почвы в местах развития эрозии и в бывших депрессиях, а в целом, уменьшается разнообразие почв во времени и в пространстве, на уровне почвенного профиля и структурных отдельностей. Развитие эрозии обусловливает большую потерю вещества из вносимых удобрений, ядохимикатов, мелиорантов, менее эффективное их использование.

Увеличение степени открытости системы приводит к потере гумуса, образованию его фракций, менее богатых энергией и информацией, к образованию менее богатых энергией минералов. При этом наблюдается ухудшение структуры, соответствующее уменьшению меры разнообразия в пределах почвы, уменьшению числа экологических ниш, видов и популяций. Данный процесс сопровождается уменьшением биологической информации и, в целом, уменьшением сложности и информации в системе почва – биогеоценоз. Это соответствует росту энтропии системы и уменьшению ее свободной энергии. Одновременно происходит ухудшение плодородия почв, уменьшение биопродуктивности, коэффициента использования солнечного света, что соответствует уменьшению накопления свободной энергии и негэнтропии в системе почва-растение. Как следствие, отмечается уменьшение устойчивости почв и биогеоценоза к неблагоприятным воздействиям. В связи с изменением при эрозии свойств почв и всех параметров экологической системы меняются и оптимумы свойств почв, модель плодородия. При этом, меняется как пригодность почв под отдельные культуры, так и оптимумы свойств почв под эти культуры.

Меры, направленные на борьбу с эрозией, должны приводить к увеличению негэнтропии системы, ее внутренней энергии и к ограничению роста энтропии. В связи с этим, при борьбе с эрозией необходимо сократить интенсивность выноса вещества и энергии; рост беспорядка системы, предотвратить ее упрощение, что соответствует упорядочению чередования культур во времени и в пространстве, сохранению разнообразия экологических ниш, видов и популяций, разнообразию свойств почв на уровне структуры почвенного покрова, почвенных горизонтов, микро- и мезозон.

С практической точки зрения, это соответствует изменению структуры посевных площадей и сельскохозяйственных угодий, в соответствии с экологическими требованиями: оптимизация свойств почв с учетом экологии растений, посев сидератов, оструктуривание, внесение органических удобрений, известкование кислых и гипсование щелочных почв, посев культур, уменьшающих воздействия на почву ветра и воды, оставляющих в почве большую корневую систему. Необходимость накопления негэнтропии диктует и особый биохимический состав выращиваемых культур, повышение урожая за счет удобрений и существующих агротехнических приемов. Для борьбы с эрозией необходима комплексная оценка причин ее развития, комплексная оценка происходящих изменений не только в почве, но и в экологической системе, разработка приемов комплексного воздействия на факторы развития эрозии, почву, биопродуктивность.

Водная эрозия почв

Водная эрозия почв – процесс их разрушения под действием поверхностного стока воды. До активного антропогенного воздействия на ландшафты интенсивность эрозии была соизмерима со скоростью почвообразования. Такая эрозия названа нормальной. При вовлечении земель в сельскохозяйственный оборот интенсивность данного процесса многократно возросла, что определило ее название – ускоренная или современная. Различают эрозию смыва (плоскостную), размыва (овражную) и ирригационную. Проблемами, возникающими при развитии эрозии, являются: уничтожение земель, падение плодородия, нарушение экологической ситуации, падение урожая сельскохозяйственных культур.

Причинами развития водной эрозии являются кинетическая энергия дождя и потенциальная энергия стекающей по склону воды. Дождь, в большей степени, вызывает развитие эрозии почв при выпадении ливневых осадков и не влияет на развитие эрозии в случае моросящих дождей. Энергия стекающей по склону воды определяет эрозию в тем большей степени, чем круче и длиннее склон. При таянии снега развитие эрозии дополнительно определяется скоростью его таяния, на что влияет экспозиция склона. При развитии ирригационной эрозии потери почв зависят от энергии стекающей воды, скорости и длительности течения.

Устойчивость почв к водной эрозии зависит от типа почв, гранулометрического состава, структуры, гумусированности, покрытия травостоем, водопроницаемости, базиса эрозии, длины и крутизны склона, его экспозиции, развития корневых систем растений, покрывающих почву. При качественной оценке развития водной эрозии учитывается, что она интенсивнее протекает на почвах тяжелого гранулометрического состава. Учитывается степень эрозионной опасности склонов: прямой – 1; выпуклый - 1,25-1,50; вогнутый – 0,5-0,75. Интенсивная эрозия развивается, как правило, на склонах более 2-3⁰. Однако, это зависит от климатических условий и степени устойчивости к эрозии конкретных почв. Для таежно-лесной зоны считается, что при уклоне 1-3⁰ эрозия не проявляется; при 2-3⁰ – необходимо ограничение доли пропашных культур; 3-5⁰ – необходимо исключить возделывание пропашных культур. При 5-8⁰ вводят почвозащитные севообороты; при уклоне более 8⁰ применяют сенокосно-пастбищное использование земель.

Изменение свойств почв

Развитие эрозии сопровождается потерями почвы, уменьшением гумусированности, микробиологической активности, содержания доступных форм элементов питания, ухудшением водного и воздушного режимов, физических свойств почв, разрушением поверхности почв, уменьшением мощности пахотного слоя, обнажением корней, намывом почв в пониженных элементах рельефа, расчленением рельефа. Потери почвы за один полив, за счет проявления ирригационной эрозии, могут достигать, по Кузнецову М.С., 100 т/га. По данным Кудеярова В.Н. и др., с 1 мм смытой почвы с гектара выносится 10-20 кг азота, 10 – фосфора и 100-200 кг связанного углерода.

При развитии эрозии почв на поверхность выходят нижележащие горизонты, свойства которых в разных типах почв неодинаковы. Например, при эрозии подзолистых почв ближе к поверхности подходит и подпахивается горизонт А₂, что сопровождается подкислением почв и уменьшением содержания в них элементов питания, облегчением гранулометрического состава.

На слабосмытых почвах недобор урожая, в среднем, составляет 10-20%, на среднесмытых – 40-60%, на сильносмытых – более 80%.

Предельно допустимый смыв почв

Согласно М.С.Заславскому, по степени развития поверхностной эрозии выделяют следующие градации: незначительный смыв – 0,5 т/га в год; слабый – 0,5-1,0; средний – 1,0-5,0; сильный – 5-10; очень сильный – более 10 т/га в год. По обобщенным многолетним данным, среднегодовые размеры смыва почвы с зяби на дерново-подзолистых почвах варьируют от 0,1 до 13,6 т/га (в среднем, 2,7 т/га); на серых лесных почвах от 0,5 до 44,2 (7,6 т/га); на черноземах от 0,1 до 34,7 (5,1 т/га) (Иванов, 1985). Однако, в отдельные многоводные годы, особенно при сильных ливнях, на участках без растительности может смываться до 100 т/га.

По степени развития линейной эрозии выделяют следующие градации: слабая – среднегодовой прирост оврагов менее 0,5 м; средняя – 0,5-1,0; сильная – 1,0-2,0; очень сильная – 2-5; чрезвычайно сильная – более 5 м в год.

Эрозионные потери определяются стоком воды и смывом почвы. Сток воды зависит от климата (температуры, осадков, инсоляции), рельефа (морфометрии, экспозиции склонов), растительности, почв. Смыв почвы зависит от свойств почв, агроландшафта (пашня, пастбище, сады и т.Д.); организации территории хозяйства, агрофона (вспашки, орошения, доли многолетних трав); противоэрозионных мероприятий (агромелиоративных, агро- и гидротехнических) (рис. 12, 13).

Для предупреждения поверхностной эрозии при дождях и снеготаянии применяют: 1) выделение эрозионных фондов и правильное размещение севооборотов (полевых, почвозащитных, кормовых) с расположением полей, обеспечивающим проведение всех видов обработок почвы в направлении, близком к горизонталям; 2) ограничение степени освоения территории; 3) правильное размещение сети лесонасаждений, дорог, а также простейших гидротехнических сооружений. Правильное размещение на пашне сельскохозяйственных культур с учетом их почвозащитных свойств включает введение промежуточных культур, полосное размещение культуры на склоне, почвозащитные севообороты. Требования к севооборотам в отношении их почвозащитности усиливаются в нижних частях выпуклых и прямых склонов, в средних частях на выпукло-вогнутых, несколько выше середины склона – на выпуклых. В Нечерноземной зоне на полях, занятых озимыми культурами, потери питательных веществ со смывом почвы сокращается примерно в 2 раза, а на полях с многолетними травами в 10 раз и более.

Противоэрозионная обработка почв состоит в обработке почвы и посеве культур в направлении, близком к горизонталям; в глубокой вспашке и вспашке с почвоуглубителем, в лунковании, в прерывистом бороздовании, в обваловании, в поделке водоотводных борозд, в глубоком полосном рыхлении почвы; в ступенчатой вспашке, щелевании, снегозадержании, мульчировании (М.С.Кузнецов, Г.П.Глазунов, В.Я.Григорьев). На снижение смыва почвы особенно сильное влияние оказывают безотвальные и другие способы противоэрозионной обработки почвы. Плоскорезная обработка, в сравнении с отвальной вспашкой, снижает смыв почвы в маловодные годы, в среднем, в 3-8 раз; в нормальные – в 2,5; в многоводные – в 2 раза (Светличный, Швебс).

На склонах одинаковой экспозиции почвы разной степени эродированности чаще всего существенно различаются по обеспеченности минеральным азотом, соответственно возрастает необходимость применения повышенных доз азотных удобрений на средне и сильноэродированных почвах. Эта потребность входит в противоречие с усилением потерь азота удобрений в результате смыва. Поэтому технологии возделывания сельскохозяйственных культур на эродированных почвах должны предусматривать тщательную заделку удобрений, экологические ограничения их доз и сокращение стока. Повышение урожайности растений на этих почвах способствует повышению их устойчивости к эрозии за счет лучшего развития растений, их корневых систем и большего количества растительных остатков. В целом, в сложных эрозионных ландшафтах требуется весьма гибкая система удобрений, учитывающая разнообразие элементов рельефа и их морфологических характеристик, степень смытости почвы, сток, литологические условия, с тем, чтобы не допустить смыва питательных веществ сверх экологически допустимых норм (В.И.Кирюшин).

По способности к противоэрозионной защите почв культуры подразделяются следующим образом: очень хорошая – многолетние бобовые и злаковые; хорошая – зерновые колосовые, однолетние кормовые, лен; средняя – однолетние бобовые; слабая – кукуруза, подсолнечник, картофель, свекла и т.д. По М.С.Кузнецову, пропашные культуры почти не снижают проявление эрозии; зернобобовые снижают ее в 1,2 раза; зерновые – в 1,3; бобовые – в 1,7; злаково-бобовые смеси – в 2,2; луговые травы – в 3 раза.

Следует отметить, что выбор противоэрозионных мероприятий определяется уклоном поверхности, гранулометрическим составом, типом почв (устойчивостью отдельных почв к эрозии), гидротермическим режимом территории и, в частности, количеством выпадающих осадков и их интенсивностью.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы масштабы проблемы эрозии почв?

2. Какие цепи взаимосвязей нарушаются в почве при эрозии?

3. Какие процессы происходят в почве при эрозии?

4. Какие показатели растений изменяются при эрозии?

5. Какие изменения в почве предполагают меры борьбы с эрозией?

6. Какие мероприятия обеспечивают предотвращение эрозии почв?

7. Что такое водная эрозия?

8. Какие виды водной эрозии существуют?

9. От чего зависит величина водной эрозии?

10. Каковы потери урожая сельскохозяйственных культур на почвах разной смытости?

11. Чем определяются эрозионные потери при водной эрозии?

12. Какие мероприятия применяют для предупреждения поверхностной эрозии почв?

13. В чем заключается противоэрозионная обработка почв?

14. Какие сельскохозяйственные культуры обеспечивают наилучшую противоэрозионную защиту почв?

Задание для работы на занятии:

1. Обсуждение домашнего задания.

1. Прочтите: А) Деградация почв и определение ее скорости. Изучите примеры расчета периода и степени деградации почв (формулы табл. 10.1, 10.3).
2. Рассчитайте период и степень деградации почв по плотности и содержанию тяжелых металлов в соответствии с вариантом (табл.10.2 )
3. Рассчитайте степень и период деградации участка сельскохозяйствен­ных угодий по содержанию гумуса и питательных элементов между двумя турами обследований в соответствии с вариантом (табл. 10.4)
4. Сделайте выводы по работе.