Растительность как фактор защиты почв

От эрозии

О характере влияния растительности на свойства почвы дает наглядное представление глубина проникновения корней (рис.). Разрыхляющее действие корневой системы растений на почву общеизвестно. С поступлением в почву корневых и пожнивных остатков возрастают биологическая активность почв, содержание и запасы гумуса, содержание водопрочных агрегатов, водопроницаемость и коэффициент фильтрации почв.

В отличие от культурных растений мелиоративное влияние лесной растительности на почву в силу ее отличительных биологических особенностей существенно возрастает.

Рис. Глубина проникновения корней различных культур в почву.

Польский Б.Н. Рассказы о почве. – М.: Просвещение, 1977. – 144 с.

7.1. Влияние растительности на поверхностный сток воды

и смыв почвы

Для успешной борьбы с водной эрозией почв необходимо более широко использовать почвозащитные и агромелиоративные функции раститель­ности. Учет влияния растительности на сток талых вод и смыв почвы со склонов представляет научный и практический инте­рес. В самом общем виде характер та­кого влияния хорошо известен. В то же время количественная оценка стокорегулирующей и почвозащитной эффективнос­ти растительности дана схематично в виде отдельных научных сообщений. В них по­казатели стока воды и смыва почв чаще всего носят частный характер и отражают местные (локальные) условия формирова­ния жидкого и твердого стока примени­тельно к конкретной местности и гидрометеорологической обстановке данно­го года или непродолжительного ряда лет. Поэтому во всех случаях, когда возникает необходимость учесть влияние раститель­ности на сток воды и смыв почвы, иссле­дователь всегда испытывает затруднения, связанные с отсутствием обобщенных и достаточно обоснованных среднемноголетних показателей применительно к конкрет­ному типу почв.

Все это и определило задачу настояще­го сообщения.Она может быть определена как попытка установления влияния расти­тельности на среднемноголетние показате­ли весеннего поверхностного стока и смы­ва на черноземных и серых лесных почвах, которые можно было бы принять за нор­му.

На основании многочисленных экспери­ментальных данных мы стремились выявить влияние растительности на поверхностный склоновый сток талых вод применительно к преобладающим типам почв Центральной лесостепи. Для этих целей была исполь­зована многочисленная научная информа­ция, в которой учитывался склоновый сток талых вод с разных агрофонов (зябь, ози­мые, стерня, многолетние травы, залежь, выгон, лес).

Материалы ряда исследователей [1-5], [9-11], [13-23] и др. были положены в основу установления влияния раститель­ности на поверхностный сток талых вод и смыв почвы со склонов. В обработанном виде они представлены в табл. 1. Их анализ позволяет выявить целый ряд су­щественных моментов. Обра­щает внимание тот факт, что как на черно­земах, так и на серых лесных почвах минимальная величина стока характерна для зяби, она соответственно равна 29 и 48 мм (коэффициент стока – 0,28 и 0,47). Мак­симальный сток талых вод наблюдается на стерне: на черноземах он составляет 61 мм (Кс = 0,56), на серых лесных почвах – 75 мм (Кс = 0,73). Разность стока по стер­не и зяби составляет на черноземных поч­вах 32 мм и на серых лесных – 27 мм.

Табл. 1. Влияние растительности на перераспределение поверхностного

склонового стока талых вод на черноземных и серых лесных почвах

Табл. 2. Строкорегулирующая роль растительности по отношению к зяби

Примечание. Значение коэффициента и слоя стока на зяби принято за 1.

Такое большое различие обусловлено, с од­ной стороны, созданием микроемкостей на зяби, улучшением условий впитывания и фильтрации воды, с другой – большими за­пасами воды в снеге на стерне, отсутстви­ем микроемкостей и очень слабой фильтра­цией воды в почву в результате ее естест­венного уплотнения за вегетационный пери­од, а также в период уборки урожая мно­гократными проходами машин и агрегатов.

На озимых и многолетних травах для одного и того же типа почв объемы весен­него стока и коэффициенты стока практи­чески одинаковы. Имеет место лишь не­значительное уменьшение коэффициента стока в пределах 0,02-0,03 на многолет­них травах при одновременном несущест­венном возрастании объема стока, что свя­зано в основном со снегораспределением. Следовательно, в практических расчетах между этими двумя агрофонами можно по­ставить знак равенства. Однако следует иметь в виду, что на черноземных почвах озимые и многолетние травы усиливают склоновый сток талых вод в среднем на 22-23 мм по сравнению с зябью, а на се­рых лесных — на 17-18 мм; при этом коэффициент стока возрастает соот­ветственно на 0,21-0,22 и на 0,17-0,18. Возрастание стока на этих агрофонах свя­зано преимущественно с теми же причина­ми, которые были отмечены выше.

На целине, залежи и выгонах коэффи­циент и слой стока больше, чем на зяби, но несколько меньше, чем на стерне, ози­мых и многолетних травах. По отношению к зяби они соответственно возрастают на черноземных почвах на 0,10 и 12 мм и на серых лесных почвах — на 0,09 и 9 мм. Бо­лее подробно характер влияния водности года, влажности почв и глубины их про­мерзания перед началом снеготаяния на поверхностный сток талых вод рассмотрен в разделе 5.2.

Если коэффициент стока на зяби черно­земных почв принять за единицу, то его относительные коэффициенты будут равны: на стерне – 2,00; на озимых – 1,79; на многолетних травах – 1,71; на целине, за­лежи и выгонах – 1,36. Принимая за еди­ницу слой стока на зяби черноземных почв, получим аналогичную картину: на стерне – 2,10; на озимых – 1,78; на многолетних травах – 1,79; на целине, залежи и выго­нах – 1,41. На серых лесных почвах эти относительные величины будут соответствен­но равны по коэффициенту стока: на стер­не – 1,55; на озимых – 1,38; на многолет­них травах – 1,32; на целине, залежи и выгонах – 1,19. По норме стока они вы­глядят таким образом: на стерне – 1,56; на озимых – 1,35; на многолетних тра­вах – 1,37; на целине, залежи и выгонах – 1,19. Показатели стокорегулирующей роли растительности приведены в табл. 2.

Эти относительные величины (см. табл. 2) можно использовать в качестве поправоч­ных коэффициентов, когда возникает необ­ходимость учета влияния агрофона или растительности на сток талых вод со скло­нов. Пользоваться такими поправочными коэффициентами можно при условии, ког­да сток воды близок к среднемноголетней ее величине (к норме). В маловодные го­ды стокорегулирующая функция раститель­ности возрастает, в многоводные – умень­шается. Растительность и со­стояние поверхности почвы оказывают су­щественное влияние на величину склонового стока талых вод. На черноземных и серых лесных почвах при объеме стока, близкого к норме, склоновый сток талых вод в зависимости от состояния поверх­ности почвы или растительного покрова мо­жет возрастать или уменьшаться более чем в 2 раза.

Раньше [8] была отмечена целе­сообразность размещения многолетних трав в нижней части склона на землях присетьевого и гидрографического фондов. На нецелесообразность размещения многолетних трав в верхней приводораздельной части склона указывает и тот факт, что в этом случае увеличивается масса стекающих та­лых вод с вышележащих участков склона на нижележащие. Последнее усиливает смыв почвы с пахотных склонов, не защи­щенных растительностью, и приводит к до­полнительным затратам по защите почв от эрозии в нижней части склона. Данное об­стоятельство следует учитывать при выбо­ре участков под постоянное залужение и размещение специальных почвозащитных севооборотов.

Табл. 3. Среднемноголетние относительные показатели почвозащитной

эффективности растительности за весь период стока талых вод со склонов

(абсолютные величины смы­ва почв на зяби приняты за единицу)

Табл. 4. Изменения относительного коэффициента почвозащитной эффективности рас­тительности в зависимости от проективного покрытия, задернения и густоты стебле­стоя на поверхности черноземных и серых лесных почв

Особый интерес представляет установ­ление почвозащитной эффективности расти­тельности. Без учета почвозащитной эффек­тивности растительности невозможно по­строить оптимальный противоэрозионный комплекс, определить эффективность приня­того севооборота и рациональную струк­туру посевных площадей. Результаты обоб­щенных данных представлены в табл. 4.

Приведенные показатели свидетельствуют, что если среднемноголетнюю величину смыва почв на зяби (без растительности) на черноземных и серых лесных поч­вах принять за единицу, то в совер­шенно идентичных условиях среднемноголетние показатели смыва почв, находя­щихся под защитой растительности, будут значительно ниже. Эти относительные по­казатели могут быть приняты за норму почвозащитной эффективности расти­тельности.

Совершенно очевидно, что относитель­ный показатель почвозащитной эффектив­ности растительности будет различным в зависимости от проективного покрытия, степени задернения поверхности почвы и густоты стеблестоя. Проективное покрытие и густота стеблестоя применительно к стер­не и озимым при средней норме высева семян и хороших всходах приняты за 50%. В табл. 4 приведены значения этих ко­эффициентов с учетом проективного покры­тия, степени задернения поверхности почвы и густоты стеблестоя, которые установле­ны на основе выполненных обобщений и специальных исследований Ю.Г.Жарко­вой (1976). Средние показатели проектив­ного покрытия и густоты стеблестоя по стерне и озимым соответствуют средним нормам высева семян зерновых культур со средним уровнем их развития перед ухо­дом в зиму. Они могут быть использова­ны в расчетах интенсивности смыва почв со склонов талыми водами.

Важное значение имеет определение почвозащитной эффективности стокорегулирующих лесных полос. Очевидно, чти пло­щади, занятые лесными полосами, будут иметь такой ж коэффициент защищенности от весеннего смыва почв со склонов, как и площади, находящиеся под лесом. Однако почвозащитная функция стокорегулирующих лесных полос распространяется и на пло­щади, находящиеся вблизи лесных полос. При этом почвозащитная роль лесной по­лосы будет наибольшей вблизи самой лес­ной полосы. По мере удаления от нее вниз по склону почвозащитная функция будет ослабевать и на определенном расстоянии от нее будет равна нулю.

Определить количественно почвозащит­ную функцию стокорегулирующих лесных полос – дело трудное. В связи с этим мы лишь намерены высказать по этому пово­ду соображения, которые подлежат дальней­шему обсуждению и уточнению.

Для оценки почвозащитной эффектив­ности стокорегулирующих лесных полос в зоне их максимального действия, принятую нами равной 50 м, были использованы от­носительные показатели, характеризующие изменение жидкого и твердого стока до поступления его в лесную полосу и после прохождения через нее. Кроме того, учи­тывалось влияние лесных полос на снегораспределение и влажность почв, принима­лось во внимание изменение водопроницаемости. На основе выполненных обобщений коэффициент почвозащитной эффективности стокорегулирующих лесных полос в зоне их наибольшего действия в возрасте от 20 до 40 лет и более ориентировочно может быть принят равным 0,40. Вне зоны активного действия почвозащитная эффективность стокорегулирующих лесных полос снижается: на расстоянии 250-300 м ниже лесной по­лосы коэффициент почвозащитной эффек­тивности будет равен единице, то есть почвозащитная эффективность сводится к нулю. Однако следует иметь в виду, что лесные полосы оказывают влияние и на прилегающую верхнюю часть склоновых земель. В зависимости от вида, возраста и качества стокорегулирующей лесной полосы ее почвозащитная функция может сущест­венно изменяться. Средний коэффициент почвозащитной эффективности стокорегулирующих лесных полос в зоне их действия ши­риной 400 м может быть ориентировочно равен 0,7.

Завершая обсуждение вопроса о стокорегулирующей и почвозащитной функции растительности, нельзя не обратить внима­ния на тот факт, что эти две функции на­ходятся между собой в определенном про­тиворечии. С одной стороны, раститель­ность защищает почву от смыва талыми водами, с другой - спобствует усилению поверхностного стока талых вод, что сни­жает запасы продуктивной влаги в почве. В связи с этим возникает вопрос, что по­ложить в основу проектирования противоэрозионных мероприятий - показатель сто­ка талых вод или же показатель смыва почв со склонов, а может быть, оба пока­зателя одновременно?

Нам представляется, что в основу про­ектирования противоэрозионных мероприя­тий на пахотных склонах должен быть по­ложен показатель смыва почв. При этом не­обходимо учитывать и стокорегулирующую роль растительности в определении струк­туры посевных площадей, в обосновании и размещении специальных почвозащитных севооборотов, в планировании дополнитель­ных противоэрозионных и влагонакопительных агроприемов. Общим критерием оценки качества запроектированного опти­мального агротехнического противоэрозионного комплекса должно быть создание без­дефицитного положительного баланса ос­новных питательных веществ и гумуса на пахотных склонах. Как только запроекти­рованный агротехнический противоэрозионный комплекс начинает не справляться с возложенными на него функциями, долж­ны вступать в силу другие более радикаль­ные средства – различного рода гидротех­нические сооружения, расчет которых осу­ществляют на остаточный сток 10% обес­печенности. Последние обеспечивают на­дежную защиту почв от эрозии на нижеле­жащих частях пахотного склона. Осуществление такого противоэрозионного комплек­са возможно в рамках контурно-мелиора­тивной организации территории с учетом стокорегулирующей и почвозащитной функ­ции растительности.

Литература

1. Аксенов П.И. Регулирование склонового стока в лесостепных районах Европей­ской части СССР для использования его в сельском хозяйстве. – М., 1965.

2. Введенская Э. Д. — В кн.: Материалы совещ. По вопросам экспер. Изуч. Стока и вод. Баланса реч. Водосборов. Валдай, 1964, с. 152-158.

3. Гаришнев Е.А. Изучение водорегулирующей роли противоэрозионных насаждений на серых лесных почвах Центральной лесосте­пи. — Воронеж, 1971.

4. Грин А.М. Динами­ка вол. Баланса Центр.-Чернозем. Р-на. — М., 1965.

5. Жаркова Ю.Г. Оценка почво­защитных свойств травяного покрова в свя­зи с процессами эрозии (на примере Дагестана).—М., 1976.

6. Заславский М.Н. Эрозия почв.—М., 1979.

7. Иванов В.Д. — Докл. ВАСХНИЛ, 1982, № 1, с. 40—42.

8. Иванов В.Д.— Вестн. С.-х. науки, 1982, № 8, с. 69—75.

9. Каулин В.Н. Борьба с эрозией почв. — М., 1968, с. 143—165.

10. Комаров М.И. Эрозия почв и почвозащит. Земледелие. – М., 1975, с. 135-137.

11. Косцов Г.В. — Науч. Тр. Воронеж. СХИ, 1976, т. 80, с. 83— 87.

12. Косцова Э.В., Семенов О.П., Хруц­кий С.В. - Геоморфология, 1982, № 2, с. 43-47.

13. Котлярова О.Г. Противоэрозионная обработка почвы на пахотных скло­нах Центрально-Черноземной полосы. — Во­ронеж, 1970.

14. Семенов О. П.—В кн.: Материалы науч. Конф. 1970 г. Воронеж, 1971, с. 91

15. Стариченко П.А. Противоэрозионная обработка зяби серых лес­ных почв на склоновых землях Курской об­ласти. — Курск, 1969.

16. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней.—Л., 1976.

17. Сухарев И.П., Пашнев Г С., Сухаре­ва Е.М. Пруды — важный источник ороше­ния. — Воронеж, 1976.

18. Трегубов П.С. Сравнительное изучение приемов обработки почвы на склонах в условиях юго-востока Воронежской области.—Воронеж, 1961.

19. Фролов В.Я. Исследование условий формирования стока наносов малых водото­ков ЦЧО. — Воронеж, 1964.

20. Харитонов Г.А. Агролесомелиорация Средне-Русской возвышенности.—М., 1960.

21. Цыкин Е.Н. Снег и талые воды. - М., 1956, с. 101-111.

22. Чернышев Е.П. Гидрологические осо­бенности смыва почвы на территории Цен­трально-Черноземных областей. - М., 1970.

23. Евтушенко В.Е. Применение удобрений на эродированных почвах. – М., 1974, с. 83-126.