Сельскохозяйственная эрозия почв и меры борьбы с ней

Полосное расположение посевов

Итак, основным агротехническим  приемом защиты почв от ветровой эрозии является чередование полей, занятых  почвозащитными культурами (защитные поля), с полями, занятыми культурами, не способными предотвратить сдувание почвы (защищаемые поля). Важное значение при этом имеют размеры защитных и защищаемых полей и их расположение относительно направления наиболее опасных ветров.

Размеры и расположение защитных полей зависят от размеров и расположения защищаемых полей. Линейный размер защищаемого  поля в направлении ветра (в данном случае его правильнее называть шириной  поля) ограничивается требованием недопущения  потерь сверх определенной величины. Известно, что при прочих равных условиях потеря почвы тем больше, чем больше протяженность поля в  направлении ветра. При одинаковой протяженности потеря тем больше, чем меньше противодефляционная стойкость почвы. Это обусловлено тем, что количество переносимой ветром почвы лавинообразно возрастает с увеличением расстояния от края поля в направлении ветра, причем "скорость" нарастания интенсивности переноса тем больше, чем меньше противодефляционная стойкость почв. В результате при одинаковых размерах поля и одинаковых скорости и продолжительности ветра потеря почвы будет больше там, где меньше противодефлядионная стойкость почвы. Характер влияния размеров поля на возможные потери почвы от ветровой эрозии хорошо иллюстрируется соответствующей номограммой в "уравнении ветровой эрозии".

Следовательно, определение  необходимой ширины защищаемого  поля сводится к нахождению его протяженности  в направлении ветра, при которой  потеря почвы от ветровой эрозии не превысит допустимой величины. К полученной величине следует прибавить ширину защитной зоны, создаваемой в результате образования "ветровой тени" за защитной полосой, примыкающей к защищаемой полосе с наветренной стороны. Очевидно, что необходимая ширина поля будет тем больше, чем меньше отличается от прямого угол между длинной стороной поля и направлением ветра. Необходимая ширина защищаемого поля зависит от противодефляционной стойкости почвы, которая при прочих равных условиях определяется её гранулометрическим составом. Поэтому, чем легче почва по гранулометрическому составу, тем меньше допустимая ширина защищаемой полосы. Для почв одинакового гранулометрического состава она будет зависеть от скорости ветра: чем больше скорость ветра, тем меньше ширина полосы.

При изложенном подходе к  определению ширины защищаемой полосы допускается, следовательно, некоторая  потеря почвы с этой полосы. Предполагается, что сдуваемая с этой полосы почва  не покинет поле, а отложится в  ближайшей защитной полосе. Это обстоятельство накладывает ограничение на ширину защитной полосы. Ширина этой полосы не может быть меньше некоторого предела, зависящего от скорости ветра и почвозащитных  свойств этой полосы. Ширина и защитной, и защищаемой полос может быть рассчитана на основе количественного учета всех факторов ветровой эрозии. Необходимо добавить, что при принятии окончательного решения о требуемой ширине полосы исходят из характеристик используемой сельскохозяйственной техники - ширина полосы должна быть кратна ширине захвата этой техники. Кроме того, часто, исходя из соображений удобства организации полей севооборотов, принимают ширину защитных полей, равной ширине защищаемых полей.

В интересах сельскохозяйственного  производства следует добиваться увеличения допустимой ширины защищаемых полос. Этого  можно достичь путем увеличения противодефляционной стойкости почвы или самого поля. Самым доступным и широко используемым приемом при этом является мульчирование.

Мульчирование

В настоящее время в  целях предотвращения ветровой эрозии почву чаще всего мульчируют послеуборочными  остатками, подстилочным или жидким навозом, отходами промышленности, специально созданными химическими препаратами. Наиболее широко используют послеуборочные остатки на корню (стерня хлебных  злаков) или после соответствующей  обработки (солома, измельченные стебли подсолнечника, сорго, кукурузы).

Почвозащитная эффективность  послеуборочных остатков (как, впрочем, и живых растений) зависит от высоты слоя, которым они покрывают почву, суммарной поверхности листьев  и стеблей в единице объема этого слоя и от скорости ветра. При  одинаковых условиях (скорости ветра, характере расположения на поверхности, длине стеблей) эффективность растительных остатков будет зависеть от вида сельскохозяйственной культуры. Эффективность пожнивных  остатков на корню убывает в следующем  порядке: озимая пшеница, рапс, сорго, кукуруза, хлопчатник, подсолнечник. В этом же порядке убывает и эффективность  послеуборочных остатков при условии  равномерного разбрасывания их по поверхности. Во всех случаях эффективность остатков на корню (при той же массе) выше, чем при их разбрасывании.

Весьма эффективным противодефляционным приемом является мульчирование почвы жидким навозом. Он существенно улучшает не только физико-механические свойства поверхностного слоя почвы, но и ее питательный режим. Твердая фаза жидкого навоза задерживается некапиллярными порами поверхностного, примерно двухсантаметрового, слоя почвы, а жидкая, содержащая коллоиды и растворимые органические вещества, просачивается вглубь. Поверхностный слой почвы высыхая превращается в корку, проницаемую для воды и воздуха и устойчивую к воздействию ветра и абразии переносимыми ветром почвенными частицами. Корка надежно предохраняет почву от дефляции. Кроме того, она затрудняет потерю воды почвой в результате испарения. Ранневесеннее мульчирование жидким навозом степных почв Западной Сибири позволяло не только защитить почву, но и уберечь влагу в почве без боронования.

Мульчирование жидким навозом  особенно эффективно при необходимости  быстрого "подавления" очагов дефляции почв, а это очень важно, так  как дефляция обычно начинается в  наименее устойчивых частях поля и  затем лавинообразно распространяется по направлению ветра.

В целях оперативной ликвидации очагов дефляции рекомендуется применять  пониженные дозы жидкого навоза: 15 т/га - при сплошной обработке поля и 9 - при полосной. Полосную обработку  рекомендуется проводить на полях с некарбонатными почвами среднего и тяжелого гранулометрического состава (т.е. с почвами относительно устойчивыми к ветру), а сплошную - на полях с карбонатными и легкими по гранулометрическому составу почвами (т.е. относительно неустойчивыми). Ширина обработанных полос б м, необработанных - не более 4 м. С увеличением дозы навоза его почвозащитная эффективность увеличивается, но при этом теряется оперативность. Если позволяет время и ресурсы целесообразно увеличить норму внесения жидкого навоза до 50-100 т/га.

Для внесения жидкого навоза используют машины серийного производства - разбрасыватели жижи. Влажность навоза не должна быть больше 94%. В противном  случае не обеспечивается необходимая  противодефляционная стойкость почвы.

Многочисленными опытами  подтверждена эффективность разных видов нефти, битума, отработанных минеральных  масел, сульфитспиртовой барды и продуктов ее конденсации, сульфата целлюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, мелиорантов на основе лигнина, синтетических латексов, смол, поверхностно-активных веществ, полиэлектролитов. Однако ни одно из веществ этих классов не нашло пока широкого применения в условиях сельскохозяйственного производства. Объясняется это в первую очередь экономическими причинами. Велики и стоимость веществ, и стоимость их внесения в почву. Эффективные дозы самих веществ невелики (от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов на гектар), но необходим еще и растворитель (чаще всего вода) в количестве 10-30 м/га, транспорт и машины для внесения.

Наиболее широко мульчирующие вещества применяют для целей  закрепления песчаных почв, которые  в результате антропогенного воздействия (при строительстве дорог, трубопроводов, линий электропередачи, а также  в результате нерегулируемого выпаса скота) нередко превращаются в подвижные пески. Особенно часто это происходит в зонах сухих степей, полупустынь и пустынь. Мульчирующие вещества здесь - единственное средство для первоначального закрепления песков, позволяющее применить затем фитомелиоративные мероприятия - посажу и посев псаммофитов (песколюбивых растений).

Ирригационная эрозия

Размах ирригационной  эрозии так же как и других видов эрозии, зависит от сочетания ряда изменяющихся в пространстве и времени факторов. Однако многие из них поддаются воздействию человека. К таким факторам относятся интенсивность искусственного дождя, размер и скорость падения капель расход воды при поверхностных способах полива, уклон и форма склона, длина поливного участка, длительность полива, водопроницаемость и противоэрозионная стойкость почвы. Регулируя эти факторы, можно в известных пределах управлять процессами эрозии при поливах, добиваясь снижения потерь почвы до допустимого уровня.

Из поверхностных способов полива рассмотрим лишь полив по бороздам, так как при поливе по чекам  ирригационная эрозия выражена очень  слабо, а при поливе по полосам  основные закономерности ее развития в общем те же, что и при поливе по бороздам.

Факторы смыва  почв при поливе по бороздам

Основным фактором эрозия почв при поливе по бороздам является расход воды в поливную борозду. Он определяет скорость водного потока в ее головной части, а соотношение  скорости водного потока и допустимой для данной почвы скорости обусловливает  возникновение и развитие процесса ирригационной эрозии. Чем больше расход поливной воды, тем больше ее скорость, и тем больше вероятность  возникновения смыва почвы. Влияние  расхода воды на ирригационный смыв зависит также от уклона поливной борозды. Чем больше уклон, тем больше скорость движения воды и вероятность возникновения эрозии.

Большую роль в процессе ирригационной эрозии играет форма  склона. Оптимальной для целей  борьбы с ирригационной эрозией  следует считать такой продольный профиль борозды, при котором  максимальным расходам воды соответствуют  малые уклоны, а минимальным расходам - большие. При поливе по бородам  этому условию для наибольшей степени удовлетворяют выпуклые склоны. Однако для полного исключения возможности выноса почвы за пределы поливной борозды необходимо, чтобы нижняя часть борозды вмела вогнутую форму в целях аккумуляции наносов. В связи с этим считается, что борозды с оптимальной формой продольного профиля должны состоять из двух участков: верхнего (выпуклого) длиной 9/10-5/6 обшей длины поливного участка и нижнего (вогнутого).

Влияние длины поливной борозды на смыв почвы обусловлено тем, что расход воды уменьшается с увеличением расстояния от начала борозды в связи с впитыванием воды в почву. С уменьшением расхода воды уменьшается скорость потока, поэтому наибольший смыв почвы наблюдается в головной части борозды, затем при движении вдоль борозды он уменьшается и вовсе прекращается. Зона смыва сменяется зоной транзита наносов, а затем зоной аккумуляции. Если полив ведется без сброса, вынос почвы за пределы борозды не наблюдается, однако перемещение почвы сверху вниз внутри борозды все же происходит. Чем больше расход воды, тем дальше вниз продвигается зона смыва.

С увеличением длительности полива общий смыв почвы естественно возрастает, однако возрастает неравномерно. Особенно большая мутность потока и следовательно, наибольший смыв почвы наблюдается в начале полива, как правило в головной части борозды. Здесь в первые минуты после пуска воды в борозде формируется так называемая "прорывная волна" со скоростями потока, значительно большими, чем это должно быть при установившемся режиме движения воды. Кроме того, сухая почва дна борозды в результате быстрого напуска на нее воды, превращается в бесструктурную, легко размываемую массу» С течением времени вынос почвы обычно уменьшается, что связано с удалением легкоотделяемых частиц и формированием на поверхности своего рода "отмостки" из более крупных водопрочных агрегатов. На неводопрочных почвах (например, на сероземах) с течением времени на дне потока формируется тонкая гладкая пленка, обогащенная мелкими частицами, препятствующая дальнейшему смыву. По данным ряда авторов мутность потока в борозде обратно пропорциональна квадратному корню из времени.

Свойства почв оказывают  сильное влияние на интенсивность  смыва при поливе по бороздам. При  прочих равных условиях, почвы высокой  водопроницаемости эродируются  меньше, чем почвы пониженной водопроницаемости, так как на первых формируется меньший сток с меньшими скоростями потока, чем на вторых. Однако интенсивность смыва зависит и от противоэрозионной стойкости почв. Почвы высокой водопроницаемости не всегда обладают высокой противоэрозионной стойкостью. Поэтому в реальных условиях почвы высокой водопроницаемости, например, легкие могут страдать от эрозии сильнее, чем почвы низкой водопроницаемости (тяжелые по гранулометрическому составу).

Известно, что эрозия почв при поливе по бороздам не наблюдается, если скорость потока в головной части  борозды не превышает допустимой. равной 0,8 размывающей скорости. При этом какое-то перемещение частиц с верхней части борозды в нижнюю все же происходит, однако средние для верхнего 50-метрового участка потери не превышают допустимой нормы ската.

Целью противоэрозионных  мероприятий является предупреждение превышения потоком допустимой скорости. Это достигается либо снижением  скорости потока в поливной борозде, либо повышением размывающей скорости. Снижать скорость потока можно уменьшением  расхода воды, повышением шероховатости  поверхности, уменьшением уклона борозд.

Способы повышения  допустимых расходов воды

Допустимые расходы воды в поливную борозду на крутых склонах, а также в случае почв с низкой противоэрозионной стойкостью на пологах  склонах часто оказываются настолько  малыми, что по экономическим соображениям не могут быть реализованы на практике. Полив же более высокими расходами приведет к смыву почвы. В этих условиях предусматривают дополнительные противоэрозионные мероприятия, направленные на снижение скорости потока путем уменьшения уклона поливных борозд, повышения шероховатости дна борозды и увеличения водопроницаемости почвы или за счет повышения допустимой скорости в результате повышения водопрочности почвенной структуры и связности почвы. Рассмотрим некоторые мероприятия, позволяющие повысить допустимый расход воды в поливные борозды.

Полив по "скошенным", "контурным" и извилистым бороздам

Уменьшение уклона поливных борозд возможно путем поделки так  называемых "скошенных" борозд, нарезаемых поя острым углом к горизонталям, и "контурных" борозд, - по горизонталям. При этом требуется тщательная планировка поверхности во избежание обратных уклонов на отдельных участках борозд.

При сложном рельефе естественно  стремление поливать в направлении  наибольшего уклона, чтобы избежать застаивания воды в понижениях и  переливания ее в нижележащие  борозды. В этих условиях регулирование  уклона производится путем нарезки  извилистых борозд. Для этой цели используют культиватор со специальными катками, установленными за рабочими органами культиватора, которые обеспечивают формирование извилистых (зигзагообразных) борозд шириной 3-6 см я глубиной 3-4 см.