Эрозия почвы и методы борьбы с ней

Водная эрозия

 

Процессы  водной и ветровой эрозии почвы наряду с различиями имеют много общего как в механизме процессов, так и во внешних формах их проявления, а также в методах защиты почв. Именно поэтому и преподавание основ охраны почв от эрозии охватывает проблемы защиты почв как от водной, так и от ветровой эрозии, а также от совместного их проявления. Подобная точка зрения была высказана ранее С.С.Соболевым, В.В.Звонковым, Ц.Е.Мирпхулавой, А.Н. Каштановым, исследовавшими весь комплекс проблем охраны почв от разрушения потоками воды и ветра.

 

Необходимым условием возникновения водной эрозии почвы является сток поверхностных  вод или поверхностный сток. Различают  три основных вида поверхностного стока: дождевой сток, талый и сток поливной воды. Им соответствуют три вида эрозии почв: дождевая эрозия (или ливневая - при сильных дождях); эрозия при  снеготаянии; ирригационная эрозия.

 

Указанные виды эрозии различаются не только по источнику  стока, но и по механизму процесса, а также по величине причиняемого ими ущерба.

Климатические факторы  водной эрозии почв

 

Непосредственное  влияние на размах эрозионных процессов, оказывают суммарное количество осадков, их вид, продолжительность, интенсивность, а также время выпадения. Опосредованно  на развитие эрозионных процессов влияют температура, влажность воздуха, а  также скорость и продолжительность  ветра.

 

Эрозия почвы  во время дождя происходит при  совместном воздействии потока воды и падающих капель. Капли дождя  разрушают структуру почвы, создают  в потоке добавочную турбулентность, повышающую ее размывающую и транспортирующую способность, а также нагружают поток при всплесках оторванными частицами почвы. Капли дождя несут огромную энергию, однако большая часть ее (около 2/3) расходуется на уплотнение почвы и меньшая - на отрыв и перемещение частиц почвы. Удары капель дождя заставляют подниматься в воздух десятки тонн почвы на одном гектаре, но только часть ее выносится потоками воды.

 

Само по себе разбрызгивание почвы также может  привести к некоторому преимущественному  перемещению частиц с верхней  части склона на нижнюю, если уклон достаточно выражен. Это связано с тем, что траектория движения частиц при всплесках вниз по склону длиннее, чем вверх.

 

Масштабы  эрозии при снеготаянии определяются параметрами стока талых вод, которые обусловлены климатическими особенностями конкретной местности, водопроницаемостью мерзлой почвы  и ее противоэрозионной стойкостью. В данном разделе мы ограничимся  рассмотрением характеристик климата, связанных с эрозией почв, а  особенности формирования дождевого  стока и стока при снеготаянии  рассмотрим в разделе, посвященном  почвенным и литологическим факторам - следующей закономерности: с продвижением на север и восток запасы воды в  снеге увеличиваются. Представление  об обычных величинах запасов  воды в снеге дают следующие цифры: Подмосковье примерно 100 мм; Северный Урал - 160 мм, Кубань - 10-15 мм.

 

Эрозионную  способность талой воды характеризуют  не только запасы воды в снеге, но и  интенсивность снеготаяния. Казалось бы в южных районах этот показатель должен быть выше, чем в северных, однако в действительности это не так: интенсивность снеготаяния, например, в Подмосковье (0,065 мм/мин) больше, чем на Кубани (0,015 мм/мин). Объясняется это тем, что на юге ко времени весеннего снеготаяния снег залегает не сплошной пеленой, а пятнами. В результате оказывается, что интенсивность эрозии при снеготаянии нарастает с юга на север и с запада на восток, т.е. обратно дождевой эрозии. По подсчетам Г.П.Сурмача (1992) на уровне прохождения изолинии среднего весеннего стока с зяби 30 мм интенсивность смыва от талого стока в два раза выше, чем от дождевого. Вдоль изолинии среднего весеннего стока с зяби 15 мм они сравниваются, а по мере продвижения на юго-восток, юг, и особенно на юго-запад все больше преобладает дождевая эрозия. В юго-западных районах Украины и в Молдавии это преобладание становится подавляющим.

Топографические факторы  водной эрозии почв

 

Совокупность  форм горизонтального и вертикального  расчленения земной поверхности  носит название рельеф. Рельеф слагается  из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм, ограниченных по сторонам различно ориентированными склонами. Рельеф суши не только определяет особенности  формирования стока талых и дождевых вод и связанных с ним процессов  эрозии и закономерности залегания  несмьпых, смытых и намытых почв, но и сам часто формируется под действием эрозии почв и горных пород. Рассмотрим некоторые элементы рельефа суши, которые являются местом формирования стока и проявления эрозии почв.

 

Сток формируется  в пределах водосбора, под которым  понимается территория, ограниченная водораздельной линией. Элементами водосбора  являются водоразделы, склоны и гидрографическая сеть. Водораздельным пространством  или водоразделом (в отличие от водораздела - водораздельной линии) на равнине понимают междуречье, не имеющее  стока в какую-либо речную систему, или со стоком, осуществляемым слабоврезанными  верховьями рек. В более широком  плане - это пространства, примыкающие  к водораздельным линиям. Различают  водоразделы первого порядка, ограничивающие водосборы суходольных систем, и  водоразделы более высоких порядков, которые ограничивают водосборы  лощин, ложбин. Гидрографической сетью  называют сеть понижений, по которым  осуществляется сток поверхностных  вод. В плане эта сеть понижений  имеет вид ветвящегося дерева. Верхняя часть этой сети, обычно лишенная постоянных водотоков, называется суходольной сетью. Различают следующие  элементы суходольной сети (Козменко, 1954; Арманд, 1955).

 

Ложбина - верхнее  звено гидрографической сети, примыкающее  к наиболее высоким частям водосборов, характеризующееся небольшой глубиной (0,5-2 м), пологами склонами, незаметно  переходящими в плакорное пространство водосбора в верхней части и в широкое вогнутое днище - в нижней. Склоны ложбины даже в самом крутом месте не бывают круче 3-8°. Водосбор ложбин обычно имеет площадь несколько гектаров или несколько десятков гектаров. Переход ложбины в лощину начинается обычно с пунктов сети, имеющих площадь водосбора около 50 га, а в глубоко расчлененных районах - даже 10-15 га. Ложбины обычно распахиваются.

 

Лощина - элемент  гидрографической сети, отличающийся от ложбины более редкими очертаниями, глубиной и крутизной склонов (815°), а также иным геолошческим строением берегов. Хотя сами склоны лощины симметричны, мощность покровных пород зависит от экспозиции: на солнечном берегу она меньше, чем на теневом. Русла потока в днище лощины обычно не бывает. Лощины целесообразно засевать травами. При дальнейшем развитии лощина переходит в более крупную форму - балку (суходол, яр, байрак).

 

Балка - это  вытянутая впадина, отделенная от присетевого склона хорошо выраженной бровкой и имеющая внешнюю асимметрию берегов и асимметрию покровных отложений. На крутых берегах солнечной экспозиции покровная порода имеет малую мощность или почти отсутствует. На теневых, более пологих склонах формируется мощный плащ лёсса или лёссовидного суглинка. Глубина балок обычно 6-20 м, ширина достигает 60-200 м. крутизна берегов 10-15°, а в подмытых местах - до 35°, площадь водосбора - от 250 га и более до нескольких тысяч гектаров. Характерной особенностью балки является обычно хорошо выраженное русло временного водотока на ее дне, часто меандрирующее, местами расширяющееся и сужающееся. На склонах балок бывают заметны террасы или несколько нечетко выраженных бровок. В глубоких балках местами наблюдается выклинивание грунтовых вод. Широкие днища балок обычно имеют травяной покров. Балки впадают в речные долины.

 

Долина реки - наиболее древнее звено гидрографической сети, отличающееся от балки наличием постоянного водотока и связанных  с ним форм рельефа: пойм, притеррасных впадин, прирусловых валов и др.

Виды водной эрозии

Эрозия при снеготаянии

 

Эрозия при  снеготаянии отличается меньшей  выраженностью, но большей продолжительностью, чем дождевая эрозия. Например, в  Московской обл. длительность снеготаяния  в среднем составляет примерно один месяц, а продолжительность смывания почвы талыми водами - около одной  недели. Потери почвы от эрозии при  снеготаянии составляют чаще всего  несколько тонн с гектара. Продолжительность  процесса эрозии почвы при дождях гораздо меньше, чем при снеготаянии  и измеряется минутами и часами, а количество смываемой почвы - больше. Оно может достигать десятков тонн на гектар. В этом случае количество смываемой почвы зависит не только от параметров водного потока, но и  от параметров дождевых капель.

 

Чем больше масса  и скорость дождевой капли, тем больше ее кинетическая энергия и тем  большие разрушения она причиняет  почве. При ударе капли о почву  происходит разрушение самой капли  и некоторого очень небольшого объема почвы, с которым взаимодействует  капля. Продукты разрушения разлетаются  в стороны в виде брызг. Часть  брызг попадает при этом не на поверхность  почвы, а во временные водотоки (струйки, ручейки) и уносится ими. Таким образом, дождь способствует "нагружению" потоков твердой фазой.

 

Кроме того, дождевые капли, попадая в поток, турбулизируют его и повышают его размывающую и транспортирующую способность.

Ирригационная эрозия

 

Ирригационная эрозия, т.е. эрозия почвы при орошении, делится на подвиды в зависимости  от способа орошения: эрозия при  поливе напуском по бороздам, по полосам, по чекам; при дождевании.

 

Бороздковый полив применяют при орошении хлопчатника, кукурузы, томатов, сахарной свёклы. Ширина междурядий на посевах этих культур составляет 0,6-0,9 м,- а ширина водного потока в поливной борозде - до 0,2 м. Потери почвы за один полив могут достигать 100 т/га. В пересчете на единицу времени это гораздо больше, чем при дождевой эрозии или при эрозии во время снеготаяния.

 

Объясняется это тем, что при поливе по бороздам количество воды, взаимодействующей  с почвой в единицу времени, гораздо  больше, чем при дождях или при  снеготаянии. Полив по полосам применяют  при орошении трав и зерновых культур. Ширина полос измеряется единицами  метров. Ширина водною потока при поливе по полосам равна ширине самих полос. Поэтому скорость таких потоков невелика и ирригационная эрозия выражена слабее, чем при поливе по бороздам. При поливе по чекам ирригационная эрозия выражена еще слабее. Объясняется это тем, что уклон чеков (обычно рисовых) очень мал, малы и скорость водного потока и связанная с ней величина смыва почвы.

Дождевание

 Дождевание - один из самых перспективных  видов орошения. Его используют  при орошении практически всех  сельскохозяйственных культур. Этот  вид орошения в настоящее время  находит все большее распространение.  Поверхностный сток и эрозия  почв при поливе дождеванием  возникают в том случае, когца интенсивность дождевания начинает превышать интенсивность впитывания воды почвой.

 

Эрозия почв при поливе дождеванием является наименее изученным подвидом ирригационной  эрозии. По морфологическим признакам  эрозионных форм различают:

• поверхностную эрозию, или смыв почвы;
• линейную эрозию, или размыв почвы.

 

Каждый из перечисленных видов эрозии может  сопровождаться проявлением смыва  или размыва почвы, но чаще всего - и того и другого, в зависимости  от местоположения изучаемого участка  на склоне.

Формирование гидрографической сети

 

Формирование  гидрографической сети в равнинных  районах произошло в ледниковый период, когда огромные массы талой  воды размывали поверхность коренных пород, а затем намывали покровные  породы, зараставшие с поверхности  растительностью и превращавшиеся в почвы (Козменко, 1954).

 

На другой способ образования современных  балок указывал В.В.Докучаев, отмечавший, что они могли сформироваться также путем закрепления размывов, возникших в давние времена, например, по берегам рек. Не исключена также  возможность образования балки  в результате заиления русла малой  реки.

 

Суходольная часть гидрографической сети по протяженности  и участию в формировании рельефа  занимает преобладающее положение  по сравнению с речной сетью. А.С.Козменко подсчитал, что для водосборов двух рек центральной лесостепи (Зуши и Красивой Мечи), плошадыо 10450 км2 характерно следующее соотношение различных элементов гидрографической сети по их длине: ложбины - 21%; лощины 41: лощино-сухододы - 18; суходолы - 12 ; долины - 8%.

 

Преобладающую часть территории водосбора занимают склоновые земли. Склоны различаются  по форме, длине, крутизне и экспозиции. Характеризуя форму склона, говорят  о форме продольного и поперечного  профиля. По форме продольного профиля  выделяют прямые, выпуклые и вогнутые склоны. Иногда встречаются склоны сложной формы - выпукло-вогнутые, вогнуто-выпуклые и ступенчатые. По форме поперечного  профиля также различают склоны прямые, выпуклые и вогнутые. При  выпуклой форме поперечного профиля  склона сток по этому склону происходит по расходящимся направлениям, а склон (водосбор) называют рассеивающим. При  вогнутой форме поперечного профиля  склона сток по этому склону происходит по сходящимся направлениям, а склон (водосбор) называют собирающим. Если поперечный профиль склона прямой, то склон (водосбор) называют нейтральным. Форма склона зависит от свойств почвы, подстилающей и материнской породы. Прямыми  и выпуклыми обычно бывают склоны, сложенные легко размываемыми породами. Если трудно размываемые породы залегают близко к поверхности, то образуются вогнутые склоны. В местах, где наблюдается  чередование рыхлых и твердых  пород, выхо" дящих на поверхность, образуются ступенчатые склоны.

 

Водосборы с  выпуклыми склонами преобладают  в северной и центральной частях Среднерусской возвышенности, на правобережной  Украине, в пределах Северных Увалов, возвышенностей бассейна Северной Двины, на Вятских Увалах, левобережье Вятки, сложенных моренными, покровными и  лёссовидными суглинками. Водосборы с вогнутыми и ступенчатыми склонами встречаются в Высоком Заволжье, на Приволжской возвышенности и в пределах высокой части Ставропольской возвышенности, где наблюдается близкое к поверхности залегание коренных пород. Прямая форма склонов наблюдается в южной и юговосточной частях Среднерусской возвышенности, в Кодрах, на Ергенях, на западе Низкого Заволжья и на предалтайских равнинах (Миронова, 1972).