Эрозионноопасные земли

Ввиду стохастической природы водной эрозии, основным мето­дологическим подходом при количественном обосновании элементов системы земледелия в эрозионных ландшафтах является вероятност­ный, позволяющий проектировать агротехнические мероприятия, ле­со- и гидротехническую мелиорацию с определённой степенью надеж­ности, рассчитанной на худший случай совпадения факторов эрозии (Герасименко, Кумани, 2000).

К особенностям проектирования относятся решение следующих вопросов:

- оценка эрозионной опасности агроландшафтов по комплексу показателей;

- оптимизация водного режима эрозионноопасных агроландшаф­тов;

- расчет доз органических и минеральных удобрений для окультуривания эродированных почв и повышения их противоэрозионной стойкос­ти;

- вероятностная оценка стокорегулирующей и противоэрозион­ной эффективности агротехнических, лесомелиоративных и гидротех­нических мероприятий;

- выбор оптимального комплекса противоэрозионных мероприя­тий;

- создание эрозионно-устойчивых агроландшафтов, в которых потери почв не должны превышать допустимые, а сток талых и ливне­вых вод должен находиться в пределах допустимых значений;

В процессе проектирования противоэрозионной системы земледелия выделяют агроландшафтные массивы земель, идентичных по степени смытости почв и интенсивности эрозии на карте землепользования М 1:5 000 с се­чением горизонталей через 1 м для отдельных форм склонов: прямых, вогнутых, выпуклых, сложных (сочетание форм профилей). Границы разных категорий эрозионноопасных земель определяются по формулам (2.3) и (2.4). В результате устанавливаются участки, на которых величина суммарного (весеннего и ливневого) смыва почв не превыша­ет допустимые значения интенсивности эрозии (М_д, т/га), вычисленные по формуле (2.9) и соответствующие пяти категориям эрозионности.

I категория - пахотные земли интенсивного использования на приводораздельных участках, как правило, несмытые с потенциальным (среднемноголетним) смывом менее 3 т/га.

II категория - земли интенсивного использования с преоблада­нием слабосмытых почв с потенциальным смывом 3,1 – 7 т/га (слабоэрозионные).

III категория - земли умеренного использования с преобладани­ем среднесмытых почв с потенциальной интенсивностью эрозии 7,1-15 т/га (среднеэрозионные)

IV категория - земли ограниченного использования, Где распространены, в основном, сильносмытые почвы со среднемноголетним смывом 15,1-25 т/га (сильноэрозионные)

V категория - чрезвычайно эрозионноопасные с потенциальным смывом более 25 т/га.

Границы категорий земель по расчетным участкам соединяют между собой плавной линией с учетом рельефа, производят вычисле­ния площадей земель по категориям. Картограмму категорий земель используют при организации типов и видов севооборотов.

Для достоверного информационного обеспечения формул (2.3-7) особое внимание следует уделять выде­лению групп склонов, сходных по микроклимату (приходу ФАР, снегоотложению, интенсивности снеготаяния, промерзанию-оттаиванию почвы, тепло- и влагообеспеченности, ветровому режиму, условиям пе­резимовки растений) и почвенным условиям (строению почвенного профиля, гранулометрическому составу, водопроницаемости, структур­ному состоянию и др.).

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур дол­жна включать требования, связанные с технологическими особеннос­тями их возделывания и влиянием на окружающую среду.

Растения по разному реагируют на снижение почвенного плодо­родия в результате эрозионных процессов. Наиболее устойчивы к снижению плодородия почв горох и озимая рожь. Сахарную свеклу, картофель, кукурузу, просо, яровую пшеницу, гречиху, подсолнечник, ячмень, озимую пшеницу лучше размещать на несмытых и слабосмытых почвах, т.е. на землях I и II-1 категории.

Оценка средообразующего влияния растений на почвы и ланд­шафты включает установление почвозащитной способности культур. По противоэрозионной эффективности все сельскохозяйственные куль­туры разделяют на три группы. К первой группе относят многолетние травы, ко второй - зерновые и однолетние травы, к третьей - про­пашные и технические, кормовые и овощные, плодовые. Почвозащитная способность растений зависит от густоты посевов, фазы их развития продуктивности. Коэффициенты эрозионной опаснос­ти различных сельскохозяйственных культур приведены в работе М.И. Лопырева, Е.И. Рябова (108).

Установление оптимального соотношения возделываемых культур (зерновых, пропашных, бобовых) и чистых паров является чрезвы­чайно важным фактором предотвращения эрозии. Корректировка структуры использования эродированной пашни сводится к расширению посевов многолетних трав и зернобобовых, замене части площа­дей чистого пара сидеральным. Уплотнение севооборотов промежуточными культурами повышает их почвозащитную роль. Усиление почво­защитной эффективности севооборотов при включении промежуточных культур, используемых на корм и зеленое удобрение, достигается благодаря удлинению периода, в течение которого почва находится под прикрытием растений, а также за счет улучшения физических свойств почвы вследствие дополнительного поступления в нее свежего органического вещества. В качестве озимых промежуточных куль­тур целесообразно использовать озимую рожь и ее смесь с озимой викой, в качестве поукосных - рапс яровой, горчицу белую, редьку масличную, в качестве пожнивных - горох укосный, рапс яровой.

Оптимизация структуры посевных площадей достигается путем дифференцированного освоения различных видов севооборотов в зависимости от эрозионной опасности земель. Полевые севообороты располагаются на пашне интенсивного и умеренного использования. На землях интенсивного использования вводятся зернопаропропашные, зернопропашные, плодосменные, а на пашне умеренного использования преимущественно зернотравяные се­вообороты. На сильносмытых почвах, т.е. на пашне ограниченного использования вводят почвозащитные севообороты с преобладанием многолетних трав.

Система обработки почвы в севооборотах также дифференцирована в зависимости от категорий ландшафта. В эрозионных ландшафтах с неустойчивым и недостаточным увлажнением (лесостепь, степь) система обработки на склонах должна обеспечивать максимальное впитывание в почву выпадающих осадков и предупреждать потери вла­ги на непродуктивное испарение, а в регионах с избыточным увлаж­нением (лесная зона) – способствовать безопасному отводу воды с пашни в овражно-балочную сеть. Приемы противоэрозионной обработки почвы на склонах условно делят на две группы: общие (вспашка, рыхление, культивация, боронование, междурядные обработки) и спе­циальные (обвалование зяби, щелевание и мульчирование почвы и др.). На пахотных землях I и II категорий, т.е. интенсив­ного использования, основной является отвальная разноглубинная об­работка, дополняемая нулевыми, поверхностными и мелкими безотвальными обработками. На пашне III категории (умеренного использова­ния) отвальную разноглубинную обработку необходимо заменять на комбинированную. На пахотных землях IV ка­тегории (ограниченного использования) предпочтительна безотваль­ная разноглубинная обработка.

Коэффициенты стокорегулирующей и противоэрозионной эффектив­ности способов обработки почв расчетной вероятности превышения по природным зонам России приведены в работе В.П. Герасименко, М.В. Кумани (178). Исполь­зуя эти коэффициенты и коэффициенты эрозионной опасности культур проектируют состав противоэрозионных агротехнических мероприятий, чтобы обеспечить оптимальное задержание стока талых и ливневых вод на пашне и перевод его в почву.

На эродированных почвах дефицитным элементом пита­ния является азот в связи с пониженным содержанием гумуса. Эффективность азотных удобрений возрастает по мере увеличения степени смытости почв. Минимальную норму азотных удобрений следует рассчитывать по формуле:

Н = Н₁ + Н₁×С/100 (5.2)

где Н₁ - норма азотных удобрений на несмытых почвах; С - коэффициент уменьшения содержания гумуса в зависимости от степени смы­тости почв: 10-20% - слабосмытые, 21-50% - среднесмытые, более 50% - сильносмытые.

В борьбе с водной эрозией, наряду с почвозащитными агротехнологиями, важную роль играют лесомелиоративные и гидро­технические мероприятия.

Современная научно-обоснованная схема защитного лесоразве­дения предусматривает отведение под лесополосы в лесостепной зоне 2-2,5 %, в степной зоне 3-4 % площади пашни. Защитное лесораз­ведение на эродированных землях включает полезащитные и водорегулирующие лесополосы.

Полезащитные полосы проектируют на землях крутизной менее 1° и размещают по границам землепользования и полей севооборотов и внутри их для улучшения микроклимата и регулирования снегоотложения.

Водорегулирующие лесополосы проектируют на землях крутизной более 1°. На склонах с прямым продольным и поперечным профилем лесополосы размещаются прямолинейно, а на вогнутых, выпуклых, сложных склонах лесополосы проектируются только в направлении го­ризонталей. Методика расчета расстояний между водорегулирующими лесополосами на почвах разной степени смытости для регионов проявления эрозии от стока талых и ливневых вод изложена в работе В. П. Герасименко, М.В. Кумани (178). Для повышения водорегулирующей эффективности лесополосы усиливают простейшей гидротехникой: обвалованием по нижней опушке, соз­данием прерывистой канавы в нижнем междурядье с валом на опушке, устройством водозадерживающих валов на ложбинах по нижней опуш­ке лесополос.

Гидротехнические сооружения (валы-террасы, канавы с вала­ми, водорегулирующие валы) проектируют на пашне только в том случае, когда избыточный сток 10 %-ной обеспеченности, вычисленный по формуле (2.7), не удается снизить до допустимого уровня противоэрозионной агротехникой и лесомелиорацией.

Для соблюдения параллельности лесополос и гидротехничес­ких сооружений на пахотных землях необходимо осевые линии водо-регулирующих устройств проектировать по равноудаленным друг от друга кривым с радиусом поворота не менее 50-70 м (108).

На границе пашни и овражно-балочной сети для снижения сто­ка до допустимого, исключающего оврагообразование, необходимо проектировать прибалочную лесополосу с валом и канавой. Естественные кормовые угодья, расположенные на овражно-балочных землях, используются в системе противоэрозионных пастбищеоборотов.

При проектировании систем земледелия в эрозионных ландшаф­тах возникает сложная задача установления оптимального комплек­са агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических меропри­ятий. Достижение этой цели возможно на основе анализа большого числа вариантов противоэрозионных комплексов. Для решения такого рода задач целесообразно использовать современные пакеты прикла­дных программ для работы на ПЭВМ с электронными таблицами типа «EXCEL», «SuperCalk», «Lotus». В этом случае склон разбивает­ся на расчетные участки, длина которых должна соответствовать или быть кратной максимальной ширине захвата сельскохозяйствен­ной техники при различных технологических операциях (обработке почвы, посеве, уборке). Для каждого участка склона определяют­ся показатели, входящие в формулы (2.1-2.9). Оценка эрозион­ной опасности склона ведется для различных севооборотов (напри­мер, зернопаропропашного, зернотравяного, травянозернового) и применяемых в них противоэрозионных агротехнических приемов по формулам (2.1-2.4). Для каждой степени эродированности почв склона определяется допустимый сток и допустимый смыв по форму­лам (2.8) и (2.9). Данные по дефициту баланса гумуса, расчетный сток и смыв почвы, допусти­мый сток и допустимый смыв являются критериями для выбора опти­мального комплекса противоэрозионных мероприятий. Сначала про­ектируются только противоэрозионные агротехнические мероприятия (дифференцированные севообороты, способы обработки почвы, щелевание, мульчирование). Если расчетные значения стока и смы­ва не превышают допустимых величин, то это свидетельствует о достаточной защите почв склона агротехническими мероприятиями.

Когда противоэрозионная агротехника не решает проблему борьбы с эрозией, в расчеты вводят данные по эффективности водорегулирующих лесополос с простейшей гидротехникой, а в случае неэффективности агролесомелиорации проектируются валы-террасы. Коэффициенты стокорегулирующей и противоэрозионной эффективнос­ти 3-х рядных лесополос с канавой и валов-террас приведены в работе (178). Линейные рубежи следует размещать с того участ­ка на склоне, на котором расчетный сток и смыв начинает превышать допустимый. Примеры оптимизации противоэрозионных комплексов при­ведены в Рекомендациях по регулированию почвенно-гидрологических процессов на пахотных землях (178).