Эрозия почвы и методы борьбы с ней

Эрозия почв

 

Проблема  охраны почв от эрозии становится все  более актуальной. Это связано, во-первых, с осознанием выдающейся роли почвы  в жизни биосферы, во-вторых, с  признанием того факта, что почвенный  покров России находится сейчас в  критическом состоянии. Действительно, к настоящему времени убедительно  показано, что почва является не только основным средством сельскохозяйственного  производства», но и важнейшим компонентом  наземных биогеоценозов. мощным аккумулятором энергии на Земле, регулятором состава атмосферы и гидросферы, надежным барьером на пути миграции загрязняющих веществ.

 

Приходится, однако, констатировать, что этот незаменимый  компонент биосферы претерпевает значительную деградацию. Из всех ее видов наиболее масштабной и вредоносной является эрозия почв.

 

В 1982 г. на факультете почвоведения Московского университета открыта первая в нашей стране кафедра эрозии почв, и с этого  же времени здесь читается общефакультетский курс лекций по охране почв от эрозии. За указанный период было издано три учебных пособия (в 1985, 1988, 1989 гг.), которые по существу представляют собой в сумме конспект этих лекций, на основе которого и подготовлен настоящий учебник. Его издание представляется своевременным, так как до сих пор нет учебника, охватывающего программу курса "Эрозия и охрана почв", читаемого студентам университетов, специализирующимся в области почвоведения.

Общее понятие об эрозии почв

Слово "эрозия" имеет иностранное происхождение. Понятие "эрозия" многозначно, оно используется в почвоведении, геологии, медицине, технике и т.д. В почвоведении это понятие также многозначно, встречаются термины: эрозия структуры почв, военная эрозия, химическая эрозия, водная и ветровая эрозия. Под эрозией почвы в понимается совокупность взаимосвязанных процессов отрыва, переноса и отложения почвы (иногда материнской и подстилающей пород) поверхностным стоком временных водных потоков и ветром. Водная эрозия происходит под влиянием стока дождевых, талых, поливных и сбросных вод. Эрозия берегов морей, рек, озер и водохранилищ сюда не входит, поскольку в этих случаях потоки воды имеют постоянный, а не временный характер. Присутствие слова "поверхностный" в определении эрозии почвы позволяет отделить ее от суффозии. Ветровую эрозию почвы часто называют дефляцией почвы.

 

Слово "дефляция" также иностранного происхождения. Использование термина "дефляция почвы" вместо термина "ветровая эрозии почвы" оправдывает себя с точки зрения удобства словообразования: производные термины "противодефляционная стойкость", "противодефлядионные мероприятия", например, более удобны, чем "противоветроэрозионная стойкость" и "противоветроэрозионные мероприятия". Тогда соответствующими производными от термина "водная эрозия" будут "противоэрозионная стойкость", "противоэрозионные мероприятия", а производными от "эрозии почв" - "противоэрозиоиная и противодефляционная стойкость", "противоэрозионные и противодефляционные мероприятия" и т.д.

 

Следует отметить, однако, что такая точка зрения не является общепринятой. Одни авторы (Бараев, 1975; Зайцева, 1970; Федорович, 1984 и другие) справедливо считают, что  ветровая эрозия почвы не исчерпывается  дефляцией, но включает перенос, измельчение  и отложение почвенных частиц ветром с образованием эоловых наносов  и погребенных почв и используют соответствующие термины. Другие, например А.С.Козменко (1954). Г.И.Швебс (1981) и М.Н.Заславский (1983), исследовавшие, в основном, взаимодействие почвы с водными потоками, предлагали под эрозией почвы понимать литць водную эрозию, термин ветровая эрозия полностью заменить дефляцией, а от термина, объединяющего эти два процесса, отказаться вовсе.

Прогноз развития эрозионных процессов

 

Большой интерес  представляет вопрос о темпах эрозии почв и перспективах изменения эродированное почвенного покрова. Имеется довольно много разрозненных данных по величинам смыва почв за отдельные ливни или периоды снеготаяния в разных природных и хозяйственных условиях, однако несравненно меньше результатов многолетних наблюдений, дающих возможность рассчитать средние годовые потери почвы.

 

Сбор и, особенно, интерпретацию такого рода материалов следует проводить с учетом размеров водосбора, так как величина смыва  обратно пропорциональна водосборной  площади. Это связано с тем, что  значительная часть смываемой почвы  не доходит до базиса эрозии, а отлагается по пути на нижних частях склонов, в  балках, на пойме, а также в лесах, лесополосах и на лугах. Так, например, в большие реки попадает лишь около 1% смываемого материала, а до малых  рек и водоемов доходит 3-5%. Поэтому  с элементарного водосбора плошадью 5-10 га потери почвы будут при прочих равных условиях в десятки раз больше, чем с водосбора площадью более 100 км2.

 

Данные по среднему многолетнему смыву почвы  с малых водосборов можно напучить, используя наблюдения за скоростью  заиления прудов. Результаты, полученные в 40-50-е годы в Центрально-черноземной  области в пределах Среднерусской  возвышенности, свидетельствуют о  том, что средняя годовая скорость смыва почвы в этот период составляла около 7 т/га с колебаниями от 4 до 11 т/га. Средний многолетней смыв почвы в опольях Брянской обл. (возвышенных равнинах с серыми лесными почвами) составляет 5 т/га, а непосредстаенно с эрозируемыми участками пашни около 13 т/га в год и даже 15-20 т/га с некоторых полей. Для дерново-подзолистых и серых лесных почв Мордовии приводятся величины среднего смыва от 2 до 4 т/га в год.

 

Таким образом, величины среднегодового смыва в  возвышенных районах значительно  выше принятых допустимых норм. То же можно  сказать и о потерях почвы  в дефляционно опасных районах. В результате площади эродированных почв заметно увеличиваются и достигают, например в России 28,2% пашни, при этом прирост смытых почв в черноземной полосе России составляет, а среднем 0,3%, а в некоторых районах Молдавии и на Валдайской возвышенности примерно 1% в год.

 

Продолжается  интенсивное разрушение почв оврагами. Детальный учет количества оврагов  по аэрофотоснимкам крупного масштаба с перерывом в съемках одной  и той же территория в 25-35 лет убедительно  свидетельствует о том, что во всех физико-географических зонах площадь  оврагов растет весьма быстро. В  Курской обл., например, современная интенсивность оврагообразования более чем в 2 раза выше, чем за предшествующие примерно 150 лет земледелия.

 

При оценке перспектив изменения эродированности почв следует рассматривать не только современные темпы эрозии, во и возможное изменение климатических и хозяйственных условий, влияющих на интенсивность эрозионных продессов. Предстоящие изменения климата, обусловленные парниковым эффектом, приведут к общему потеплению, сопровождающемуся увеличением количества осадков в районах севернее 50° с.ш. и уменьшением - в более южных районах. Эти изменения климата могут повысить интенсивность водной эрозии северных территорий в результате усиления солифлюкдии (перемещения почв и грунтов) и увеличения интенсивности стока, а также ветровой эрозии южных территорий вследствие их аридизации.

Количественная сторона  эрозии

 

С количественной стороны процесс эрозии почв характеризуют  интенсивностью смыва (или сдувания), выражаемой в т/га в год, либо мощностью  утраченного слоя почвы в единицу  времени (мм/год). В этих же единицах измеряют и скорость почвообразования.

 

О степени  опасности эрозии можно судить, сопоставив интенсивность смыва (или сдувания) почвы со скоростью почвообразовательного  процесса. Если интенсивность эрозии меньше скорости почвообразования, то можно предположить, что она не представляет опасности для данной почвы. Такую эрозию принято считать  нормальной. Если интенсивность потерь почвы больше скорости почвообразования, ее считают ускоренной.

 

Определение интенсивности потерь почвы от эрозии - вполне разрешимая задача, хотя и трудоемкая. Методы определения интенсивности  потерь почвы от разных видов эрозии будут рассмотрены в специальном  разделе. Гораздо труднее измерить скорость почвообразовательного процесса. Чаще всего для этой цели определяют каким-либо способом (например, радиоуглеродным  методом) время образования гумусового горизонта и измеряют его мощность. Разделив мощность гумусового горизонта  на время его образования получают среднюю скорость почвообразовательного  процесса в мм/год.

 

Минимальная величина, менее 0,1 мм/год, получена для  солонцов и светло-каштановых почв, 0,1-0,2 мм/год - для подзолистых почв, максимальная среди зональных почв Русской равнины - 0,4-0,45 мм/год - для  черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных. Промежуточное положение  занимают дерново-подзолистые почвы, темно-каштановые почвы, черноземы  мицеллярно-карбонатные и южные, серые лесные почвы и черноземы  обыкновенные. Следует отметить, что  указанные результаты получены из допущения  линейной зависимости между мощностью  гумусового горизонта в его возрастом. В действительности же скорость почвообразования убывает во времени, поэтому для современных целинных почв она, по-видимому, на порядок меньше.

 

По скоростям  культурного почвообразовательного  процесса пока нет надежных экспериментальных  данных. В связи с этим до сих  пор не решен удовлетворительно  вопрос о величинах допустимых потерь почвы, служащих основой при использовании  количественных методов проектирования противоэрозионных мероприятий. Наиболее приемлемыми, на наш взгляд, являются в настоящее время достаточно жесткие, но все же реальные с практической стороны рекомендации, разработанные Г.П.Сурмачем (1992): 0,5-2,0 т/га в год (0,05-0,2 мм/год при плотности сложения почвы 1 т/м3) в зависимости от типа почвы, степени ее смытости и плотности материнской породы.

 

В США Службой  охраны почв приняты более высокие  уровни допустимых потерь почвы: 2-11 т/га в год в зависимости от мощности почвы, а в Кении для мощных суглинистых почв, развитых на вулканических отложениях, допускаются еще большие значения - 13-15 т/га в год. Следует отметить, что задача установления допустимого уровня потерь почвы, помимо естественно-научного, имеет и экономический характер. Верхний уровень определяется в значительной мере экономическими соображениями - наличием сил и средств для защиты почв от эрозии на единицу пораженной площади.

 

Для оценки интенсивности  потерь почвы при ускоренной эрозии Н.А.Шикулой, А.Г.Рожковым и П.С.Трегубовым (1972) разработана классификация. Позднее, по-видимому, в связи с более полным осознанием размеров ущерба, причиняемого эрозией почв окружающей среде и экономике страны, произошло некоторое "ужесточение" опенки интенсивности эрозии. Это нашло отражение и в классификации, предложенной М.Н.Заславским (1983): незначительный смыв - до 0,5 т/га в год (до 0,05 мм/год при плотности сложения почвы 1 т/м3); слабый - 0,5-1 т/га (0,05-0,1 мм/год); средний - 1-5 т/га (0,1-0,5 мм/год); сильный - 5-10 т/га; очень сильный смыв - более 10.

Ущерб от эрозии почв

 

Эрозия почв в тех масштабах, в которых  она наблюдается сейчас, является, несомненно, результатом человеческой деятельности, поэтому ее называют антропогенной эрозией. Было бы неправильно, однако, причину возникновения эрозии относить исключительно на счет деятельности человека. Эрозия почв без вмешательства  человека существовала и существует в настоящее время. Она называется геологической эрозией. Понятие  антропогенной эрозии часто необоснованно  отождествляют с понятием ускоренной эрозии, а понятие геологической  эрозии - с понятием нормальной эрозии. И если антропогенная эрозия чаще всего (но не всегда!) бывает ускоренной, то геологическая не обязательно  бывает нормальной.

 

Эрозия почв наносит большой урон народному  хозяйству страны и в первую очередь - земельным ресурсам: снижается плодородие почв и сокращаются площади обрабатываемых земель. Велика территория нашей Родины - 17,1 млн. км2 и велики, на первый взгляд, земельные ресурсы - около 12 га на одного жителя страны. Но избыток земельных ресурсов - кажущийся. Объясняется это тем, что значительная часть территории приходится на зону с холодным климатом и крутые склоны. На обширных пространствах распространены заболоченные, засоленные и маломощные почвы, и только на 13% территории почвы используются для возделывания сельскохозяйственных культур. Вот почему пахотных почв в стране не так уж много, всего около 0,89 га на одного жителя, и эта дифра ежегодно сокращается на 0,0065 га (в среднем за последние 20 лет).

 

В мировом  масштабе земельные ресурсы также  не безграничны. В настоящее время  на Земле в сельском хозяйстве  используется около 1.5*10-9 га земель. Потенциально пригодных к использованию земель насчитывается около 3,2-10-9 га, однако вовлечение в сельскохозяйственное использование новых земель обусловлено  все возрастающими капитальными вложениями на их освоение, включая  мелиорацию и ирригацию.

 

Положение осложняется  также географической неравномерностью распределения народонаселения: на 7% суши сконцентрнровано 70% человечества. И в этих сложных условиях часть пахотных почв ежегодно и во все возрастающих масштабах отчуждается для целей строительства городского, транспортного и промышленного. Кроме того, часть почв ежегодно безвозвратно теряется в результате эрозии. Только в черноземной зоне России овраги ежедневно "съедают" до 70-80 га земли. Но овраги - это крайняя степень проявления эрозии. Более широко распространена поверхностная эрозия. Она не столь заметна, как овражная, но очень вредна. Под действием поверхностной эрозии снижается плодородие почвы, повреждаются растения, а это приводит к потере 10-70% урожая.

 

От эрозии почв страдает не только сельское хозяйство. Почва, смываемая с полей, откладывается в прудах, озерах, водохранилищах, попадает в каналы и реки. В некоторых случаях пруды полностью заиливаются в течение 10-15 лет. Заиливание водоемов и повышение мутности воды в реках затрудняет действие гидроэлектростанций, работу систем водоснабжения и водного транспорта. Количество наносов, транспортируемых рекой, зависит от интенсивности эрозии почв в ее бассейне и может достигать очень большой величины. Наибольшей мутностью воды отличаются реки Хуанхэ и Янпзы (до 35-40 кг/м3). Расчистка водохранилищ, каналов и рек требует больших капитальных вложений.

 

Важно отметить, что при стоке воды и смыве  почвы с пашни отчуждается  от 10 до 30% вносимых удобрений и пестицидов, и они не только безвозвратно теряются, но и оказывают огромное негативное влияние на экологическое состояние  территории, особенно на качество воды в реках, прудах и водохранилищах. В США на очистку воды тратится около одного миллиона долларов в  день. В нашей стране чистая вода также достается с большими затратами.

 

Особое значение имеет эрозия почв в миграции радионуклидов. Радиоактивные изотопы, например цезий-137, прочно сорбируются почвой и перемещаются вместе с ней, в результате чего при  смыве и дефляции почв происходит территориальное перераспределение  радионуклидов, сосредоточенных, главным  образом, в пахотном горизонте. Развитие эрозии почв на загрязненной территории может вызвать образование новых  очагов радиоактивности в местах аккумуляции смытой или сдутой почвы  с повышенным содержанием радионуклидов. Аналогичным путем образуются очаги  вторичного загрязнения почв некоторыми гербицидами, а также засоления. Вторичное засоление в результате отложения содержащих растворимые  соли эоловых наносов в настоящее  время широко распространево в окрестностях высыхающего Аральского моря.