Проблемы рационального использования почв
Из всех проблем, которыми занималась кафедра почвоведения, начиная от его первого заведующего К.Д.Глинки (1913-22) по настоящее время, нет проблемы более острой и угрожающей, чем проблема эрозии и деградации чернозема – главной житницы России.
Есть несколько причин, обостривших проблему эрозии и деградации русского чернозема до угрожающей национальной трагедии. Первая – об эрозии как о пагубном явлении в России активно «заговорили» ученые только в 30-е годы. Вторая – Отечественная война 1941-1945 гг. отодвинула решение данной проблемы на 10-15 лет. Третья – в научном плане эрозию часто рассматривали как нормальный денудационный геологический процесс. Четвертая – отсутствие до 1960 г. детальных и крупномасштабных почвенно-эрозионных карт и практически полное прекращение с 1993 г. полевых почвенных изысканий. Пятая – непонимание и отрицание самой угрозы эрозии почв для нации со стороны руководства до 1967 г. Шестая – неосознанность той огромной экологической роли, которую выполняют почвы в биосфере, в поддержании природного равновесия и функционировании биогеоценозов. Седьмая – стремление землепользователей хищнически эксплуатировать почвы без вложения в них труда и средств. Восьмая – отсутствие независимой Государственной службы охраны почв и соответствующей нормативно-правовой базы по их рациональному использованию независимо от форм собственности на землю.
Эти и некоторые другие причины привели к тому, что площади эродированных почв в регионе в настоящее время составляют как минимум в 2 раза больше, чем те, которые официально значатся по устаревшим материалам почвенной съемки. Научные исследования свидетельствуют о том, что смыв почвы начинается не с 1-2о, как считали ранее, а фактически с самого водороздела при наличии малейших уклонов местности. Установлено, что скорость почвообразования черноземов на пашне в 3-4 раза ниже скорости эрозии. Если в процессе почвообразования формируется слой в 0,2 мм в год, то смытый слой составит 0,6-0,8 мм в год. Расчеты показывают, что за время интенсивного использования черноземов на склонах смытым оказался практически весь пахотный слой (25-27 см), на природное формирование которого затрачено 1250-1350 лет!
Вместе с почвой смывается большое количество гумуса, биогенных элементов, ухудшаются водно-физические, агрохимические и биологические свойства черноземов, безвозвратно стекает с полей 30-40 мм воды, снижается на 30-50% уровень их плодородия. Все это не только усугубляет саму проблему охраны и защиты почв от эрозии, но и ставит нацию перед выбором стратегии выживания. Уже сегодня имеются значительные площади пашни, перешедшие в разряд бросовых земель из-за невозможности рентабельного их использования и требующие больших капитальных затрат на восстановление утраченного плодородия.
Давно назрела необходимость инвентаризации сельскохозяйственных земель. Для этого вовсе не требуется каких-либо указаний сверху. Это можно сделать и на региональном уровне. Новый земельный кодекс и другая нормативно-правовая база для этого имеются. Этого требует и развитие рынка земли.
Нерешенным в научном и практическом плане является вопрос о нормативной (базовой) цене за землю, прежде чем ее выставлять на аукцион. Эта работа должна начинаться в регионах. Без проведения такой работы на региональном уровне невозможно учесть многообразие почвенного покрова, специфические особенности и особую значимость чернозема. Такая работа должна базироваться исключительно на почвенной основе и не последнее слово здесь за специалистами-почвоведами.
Вопрос о земле всегда был и будет в силу его специфичности и огромной социально-экономической и политической значимости в центре внимания каждого человека. Поэтому от каждого из нас требуется внимательное и бережное отношение к характеру использования земельных ресурсов. Ослабить процессы эрозии и предотвратить деградацию черноземов – наша первоочередная задача.
6.3. Теоретическое и экспериментальное обоснование показателей противоэрозионной стойкости и эродируемости почв
Интенсивность плоскостного смыва почв и линейного размыва почвогрунтов талыми и ливневыми водами на склонах при прочих равных условиях в значительной степени определяется их свойствами по отношению к воде. В этом направлении проведены многочисленные исследования, однако многие вопросы до настоящего времени остаются недостаточно выясненными и нуждаются в дальнейшем уточнении и конкретизации.
В оценке свойств почв, характеризующих их отношение к водной эрозии, существуют различные методические подходы. Так, метод Виленского основан на разрушении почвенных агрегатов падающими каплями воды, метод Андрианова–Качинского учитывает скорость расплывания комков в неподвижной воде, метод Саввинова позволяет учитывать количество водопрочных агрегатов путем просеивания их в воде через сито; на этом же принципе основаны его модификации – вариант Вершинина и Ревута и вариант Бакшеева. Все эти методы позволяют производить количественную оценку водопрочности почвенных агрегатов, на основании которой судят об устойчивости почв к водной эрозии.
Некоторые исследователи (Дегтяренко, 1975; Слободяник, 1977) водопрочность почвенных агрегатов отождествляют с понятием противоэрозионной устойчивости почв и о последней судят по прямым показателям определения водопрочности агрегатов. Такой подход является упрощенным и сравнительно условным. К оценке противоэрозионной устойчивости почв с использованием методов Виленского и Андрианова–Качинского можно подойти лишь с учетом удельного веса структурных агрегатов определенного размера, на что совершенно справедливо указывал М.Н. Заславский (1979). Сознавая это, другие исследователи (Бураковская, 1961; Джанпеисов, 1970; Попова,1967) наряду с использованием методов Виленского и Андрианова – Качинского для объективного суждения об устойчивости почв к водной эрозии использовали дополнительные методы, например, метод С.С.Соболева и С.И.Пономаревой (1945), метод Саввинова или же проводили определение смыва почв в эрозионных гидролотках (Захаров, Дегтяренко, 1938; Воронин, Кузнецов, 1970; Григорьев, Кузнецов, 1974; Кузнецов, 1981; Иванов, Косцов, 1983).
Известны и другие способы определения устойчивости почв к водной эрозии. Эрозионную прочность почв оценивают путем размыва струёй воды образца почвы, заключенного в трубку (Бастраков, 1972). О противоэрозионной устойчивости почв в идентичных условиях судят по величине ее смыва (Бурыкин, Сулима, 1973; Сулима, 1976). Пытались определятьее в динамике с учетом характера проективного покрытия, энергии осадков и свойств почв (Агаев, Магеррамов, I976). Предлагалось характеризовать показатель смываемости почв (Вознесенский, Арцруни, 1938) на основе учета дисперсности и агрегатности почв, химического состава (Джанпеисов, 1970; Попова, 1967).
Важной характеристикой устойчивости почв к водной эрозии является определение критических неразмывающих скоростей потоков воды (Мирцхулава, 1970; Кузнецов, Иорганский, 1979). К сожалению, из-за исключительной динамичности скоростей движения воды в изменчивой макро- и микроручейковой сети на пахотных склонах и ряда других причин указанный метод не нашел практического применения в прогнозах плоскостной эрозии. Характеризуют устойчивость почв к водной эрозии и по величинам смыва почв на стоковых площадках непосредственно в природных условиях или же с применением методов искусственного дождевания. Известны также и другие методы оценки устойчивости почв к водной эрозии. Например, устойчивость почв к эрозии предлагалось характеризовать их водопроницаемостью (Бурыкин, 1971; Назаров, 1974). Предлагалось также характеризовать удельный смыв почвы так называемым эрозионным коэффициентом, представляющим собой количество смытой почвы на единицу крутизны и слоя жидкого стока (Поляков, 1948; Кузник, 1962; Фролов, 1964) и т. д. Предпринималась попытка и с нашей стороны охарактеризовать показатели эродируемости почв (Иванов, 1975; 1978) и устойчивости почв к водной эрозии (Иванов, Косцов, 1983).
Однако отсутствие единого системного подхода к оценке свойств почв, характеризующих их отношение к водной эрозии, и многообразие различных методов породило множество терминов, характеризующих, казалось бы, одно и то же их свойство. Их можно разделить на две группы. Термины «противоэрозионная устойчивость», «противоэрозионная стойкость», «устойчивость почв к эрозия», «сопротивляемость смыву», «устойчивость против смыва» и т.д. характеризуют различную способность почв противостоять разрушающему воздействию воды. Терминами «эродируемость почв», «податливость смыву», «эрозионная неустойчивость», «смываемость», «способность к смыву», «удельный смыв почвы» и т. д. характеризуется как бы свойство почв, противоположное их устойчивости к водной эрозии. В дальнейшем для краткости мы будем пользоваться термином «противоэрозионная устойчивость (стойкость) почв», который рекомендует М.Н.Заславский (1979) и термином «эродируемость (смываемость) почв», которым широко пользовался В.Б.Гуссак (1959).
Иногда между этими понятиями не проводится какой-либо резкой грани и нередко о противоэрозионной стойкости почв судят на основе показателей эродируемости почв и, наоборот, об эродируемости почв судят на основе показателей, характеризующих противоэрозионную стойкость. Часто они отождествляются между собой, противопоставляются друг другу или же сравниваются, относительно чего на соответствующих форумах, порой, разгораются страстные дискуссии, причиной которых является, по нашему мнению, неупорядоченность и отсутствие четких определений терминов, раскрывающих физическую сущность и целевое назначение каждого из них.
Исходя из представлений о том, что водная эрозия есть результат совокупного взаимодействия гидрометеорологического, геоморфологического, почвенного, растительного и антропогенного факторов в динамичных природных условиях, наибольший практический интерес представляют такие интегральные показатели эродируемости почв, которые отражали бы эти внешние условия, и в первую очередь наиболее динамичный гидрометеорологический фактор. Так как гидрометеорологический и геоморфологический факторы определяют меру энергетического воздействия воды на почву и реальную величину ее смыва с конкретных склонов, то применительно к условиям стока талых вод нами было предложено (Иванов, 1975; 1978) определять показатель эродируемости почв отношением количества смытой почвы с единицы площади к работе стекающей массы воды с этой же площади, с использованием материалов наблюдений на стоковых площадках в естественных природных условиях по формуле
,
где Q – показатель эродируемости почв, г/Дж; Р – вес смытой почвы с единицы площади, г; т – объем (масса) сточной воды с этой же площади, л (кг); g – ускорение силы тяжести, 9,8 м/с2; L – длина линии стока, м; α – крутизна склона в градусах.
Отличительные особенности и преимущества изложенного метода в определении показателя эродируемости почв состоят в следующем. Во-первых, в его основу заложен совершенно ясный физический (энергетический) смысл. Во-вторых, данный подход позволяет систематизировать уже накопленный сравнительно разнородный экспериментальный материал наблюдений на стоковых площадках в естественных условиях, с различной длиной, крутизной склона и массой стекающей воды с единицы площади. В-третьих, в этом показателе находят свое интегральное зональное отражение такие гидрометеорологические условия, как величина поверхностного стока, динамика влажности и температуры почв, формирование снежного покрова, интенсивность водоотдачи (снеготаяния), влияние ледяной корки и водопроницаемости почв, почвозащитная функция снежного покрова и т. д. В-четвертых, с помощью этого показателя возможен переход в расчетах смыва почв от модельных стоковых площадок на склонах к элементарным водосборам через средневзвешенные длину линии стока и уклон с учетом других его особенностей – формы, экспозиции, защищенности и т. д. Аналогичный подход в определении показателей эродируемости почв имеет место и в работах американских исследователей (Wischmeier, Mannering, 1969).
В связи с изложенным представляется перспективным придать термину «эродируемость почв» экологическую направленность, максимально отражающую природные условия внешней среды. Эродируемость (смываемость) почв – реальная способность ее агрегатов и элементарных частиц под действием энергии движущейся воды отделяться от общей почвенной массы, переходить в растворимое, взвешенное или влекомое состояние и перемещаться вместе с водой вниз по склону в конкретных естественных условиях. Данное определение в равной мере относится и к условиям ливневой эрозии с той лишь разницей, что при определении показателя эродируемости почв может быть принята такая мера энергетического воздействия дождя, с которой достигается наилучшая корреляционная связь с фактическими показателями смыва почв со склонов.
Противоэрозионная стойкость почв обусловлена сугубо специфическим внутренним содержанием и свойствами составных ее компонентов в их совокупной взаимосвязи, которая может существенно изменяться под влиянием внешней среды. Противоэрозионная стойкость почв отражает ее потенциальную возможность (способность) противостоять или смываться под воздействием энергии движущейся воды, которая может быть определена путем имитации процесса эрозии в стандартных искусственных условиях внешней среды и использована для сравнительной характеристики между собой различных почв, а так же как один из показателей в расчетах интенсивности смыва почв. В данном случае о противоэрозионной стойкости почв можно судить на основе прямых или косвенных показателей – свойств почв, мутности или скорости потока, величины смыва почв и т. д.
При таком определении противоэрозионной стойкости допускается утверждение о том, что чем выше противоэрозионная стойкость почв, тем ниже их потенциальная способность смываться и наоборот. Однако совершенно недопустимо сравнивать, противопоставлять или отождествлять между собой понятия и показатели противоэрозионной стойкости и эродируемости почв. В этом, пожалуй, и заключается основная причина их различия.
Противоэрозионная стойкость (устойчивость) почв характеризуется потенциальной способностью противостоять энергетическому воздействию движущейся воды в стандартных искусственных условиях внешней среды, имитирующих процесс водной эрозии, определяется внутренней природой самих почв и выражается показателями количества смытой почвы, приходящейся на единицу энергии воды, а также отражающими их физико-химическую природу и косвенно через критические скорости потоков, мутность, величину смыва и т.д. Абсолютные показатели противоэрозионной стойкости почв используют для их сравнительной характеристики между собой, а их относительные значения – в расчетах смыва почв в качестве поправочных коэффициентов к показателю эродируемости почв.
Опытами на эрозионном гидролотке нами показана принципиальная возможность характеризовать противоэрозионную стойкость физико-химическими свойствами пахотного слоя почв (Иванов, Косцов, 1983) через интегральный показатель, учитывающий эти свойства, который определяется по формуле
Р = (0,01 МС + 10К + Кск) – (Н + R2O3),
где Р – комплексный (интегральный) относительный показатель, характеризующий противоэрозионную стойкость пахотного слоя почв; М – содержание микроагрегатов размером >0,01 мм, %; С – степень насыщенности почв основаниями, %; К – относительный гранулометрический показатель структурности почв по Вадюниной, представляющий отношение суммарного содержания ила и мелкой пыли к количеству средней и крупной пыли при гранулометрическом анализе почв; Кск – содержание диспергирующих солей или свободных карбонатов засоленных и карбонатных почв с соответствующими коэффициентами при них (К), Н – содержание гумуса, %; R2O3 - суммарное содержание полуторных окислов (А12О3+Fе2О3), %.
Между комплексными показателями противоэрозионной стойкости почв и величинами смыва почв в эрозионном гидролотке нами выявлена достаточно надежная корреляционная связь. Ее относительные значения могут быть использованы в качестве вспомогательных относительных характеристик к основным показателям эродируемости почв на уровне региональных типов или подтипов в расчетах интенсивности плоскостного смыва.
Рассмотрим результаты обобщенных экспериментальных данных [16] для определения эродируемости почв по материалам наблюдений за стоком талых вод и смывом почвы с зяби на временных стоковых площадках в естественных условиях внешней среды по их основным типам (табл. 1) и подтипам (табл. 2). Показатели эродируемости почв возрастают с севера на юг в соответствии с широтным (зональным) их распределением от дерново-сильноподзолистых до светло-каштановых почв. Однако из этого вовсе не следует вывод о том, что противоэрозионная устойчивость почв возрастает в обратном направлении – с юга на север.
Закономерность увеличения или уменьшения эродируемости почв в широтном направлении обусловлена главным образом влиянием гидрометеорологического фактора, имеющего по основным показателям (радиация, температура, осадки, снегонакопление, интенсивность снеготаяния, величина поверхностного стока и т. д.) четко выраженную широтную изменчивость. Характер широтного изменения эродируемости почв объясняется также условиями формирования стока воды и смыва почв и методическими особенностями определения показателя эродируемости почв.
Табл. 1.Показатели эродируемости почв на зяби за время весеннего паводка
Тип почвы | Гранулометрический состав | Q, г/Дж | Кол-во стоковых площадок | Ошибка средней | Точность определения, % |
Дерново-подзолистые | Средне- и легкосуглинистые | 0,10 | 0,03 | ||
Серые лесные | Среднесуглинистые | 0,34 | 0,03 | ||
Черноземные | Тяжелосуглинистые | 0,89 | 0,08 | ||
Каштановые | Легкосуглинистые | 1,32 | 0,15 |
Так, снегонакопление и запасы воды в снеге перед началом снеготаяния возрастают с юга на север, а интенсивность снеготаяния – с севера на юг. В южном направлении уменьшается величина поверхностного склонового стока талых вод (Рязанцев, 1981). Следует иметь также в виду, что мутность стекающих талых вод со склонов резко возрастает с момента появления проталин.
Табл.2. Средние показатели эродируемости почв на зяби за время весеннего
Дата добавления: 2019-12-09; просмотров: 616;