Основы противоэрозионных мероприятий

 

В агрономической науке и практике находят применение адаптивно-ландшафтные системы земледелия, разработанные известными учеными (Каштанов, 1992; Кирюшин, 1995). Основателем ландшафтного подхода к ведению сельского хозяйства вообще следует считать В.В. Докучаева. В своей работе "Наши степи прежде и теперь" он высказал идею о необходимости разработки для каждого вида ландшафта своей собственной системы размещения полей, лугов, лесов и водоемов (Докучаев, 1951). Далее многие исследователи разрабатывали и проектировали комплексы почвозащитных мероприятий фактически с учетом ландшафта (Козменко, 1949; Соболев, 1973).

Позднее при проектировании противоэрозионных мероприятий использовали предложения С.С. Соболева, который выделял девять категорий земель, объединенных в три класса.

В последние десятилетия, в связи с детальным изучением эрозионных процессов, появилась возможность перевода противоэрозионной организации территории и проектирования комплексов противоэрозионных мероприятий на расчетную основу. В этом смысле более подходит модель, разработанная во ВНИИЗ и ЗПЭ под руководством Г.П. Сурмача и др. (1985).

В современных методиках проектирования противоэрозионных мероприятий используются элементы ланшафтоведения и количественные представления о связи эрозии почв с рельефом (Ландшафтное земледелие…, 1993). Суть такой системы земледелия состоит в использовании элементов агроландшафта в соответствии с их природными особенностями, ресурсным потенциалом и устойчивостью, в расположении линейных рубежей по горизонталям рельефа. В качестве таких рубежей используют границы полей, севооборотов, рабочих участков, лесополос, травяных полос, террас, водозадерживающих валов и водоотводных канав, дорог. Учитывается и оптимальное насыщение агроландшафта объектами экологического назначения - естественные леса, луга, водоемы, лесополосы, буферные травяные полосы, искусственные водоемы и др.

В настоящее время разработан комплекс мероприятий по защите почв от эрозии. Он включает организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные, гидротехнические и лугомелиоративные мероприятия.

Исходной картографической основой для проведения таких мероприятий являются почвенные и топографические карты, аэрокосмические снимки, картограммы эродированности почв и крутизны склонов.

Использование смытых и эрозионно-опасных земель должно базироваться на принципах почвозащитной и энергосберегающей ландшафтной системе земледелия, основу которой составляет контурно-мелиоративная организация территории. Она предусматривает деление на ландшафтные полосы, так называемые ландшафтные земли. В целом данный комплекс мероприятий можно представить в таком виде (табл.8.3).

На ровных участках водоразделов (плато, террасы) и северных склонах крутизною до 3⁰, южных до 2⁰ на несмытых почвах должны размещаться интенсивные зернопропашные севообороты, а на смытых почвах почвозащитные севообороты. На склонах крутизной (2) 3-5⁰ планируются почвозащитные травяно-зерновые, а при уклоне в 5-7⁰ с преобладанием средне - и сильносмытых почв должны внедряться зернотравяные севообороты. Очень сильносмытые и размытые склоны с крутизною свыше 7⁰ и, как правило, южных экспозиций, где на дневную поверхность выходят материнские породы (мел, суглинок, глина), необходимо выводить из оборота пашни. Такие угодья идут под сплошное залужение, а на склонах балок (пастбища) следует проводить облесение. Границами ландшафтных участков служат полезащитные и стокорегулирующие лесные полосы, выполняющие почвозащитную, водонакопительную и экологическую функции, и являются ориентиром для выбора направления обработки почвы.

Таблица 8.3 Категории ландшафтных земель по степени эродированности почв, интенсивности использования и применения противоэрозионных мероприятий

Кате-гории земли	Степень эродированности почв	Условия рельефа	Использование почв и рекомендуемые противоэрозионные мероприятия
1	2	3	4

А. Земли пашни

1 Несмытые Плато, склоны крутизной до 1⁰  Зернопропашные и зернопаропропашные интенсивные севообороты с максимальным насыщением ценными продовольственными культурами: сахарной свёклой, кукурузой на зерно, озимой пшеницей и др. Безотвальное почвоуглубление на 40-45 см (один раз в 5 лет). Комбинированная обработка почвы - под пропашные культуры отвальная вспашка, под культуры сплошного сева - нулевая или минимальная обработка с оставлением пожнивных остатков на поверхности почвы. Внесение минеральных удобрений и органических - навоза, животноводческих стоков, компостов, а на кислых почвах - кальцийсодержащих мелиорантов (мела, извести, дефеката). Практиковать посев сидеральных культур с последующей запашкой в почву. Создание сети полезащитных лесополос. Снегозадержание и регулирование снеготаяния. 2 Эрозионно опасные Склоны крутизной 1-3⁰  Зернопропашные и плодосменные севообороты с обязательным посевом многолетних бобовых трав (до 20-25 %). Обработка почвы - вспашка, культивация, боронование и посев строго поперёк склона - по топографическим горизонталям. Безотвальная глубокая вспашка на 40-45 см (один раз в ротацию севооборота). Комбинированная обработка почвы. Возможно обвалование и лункование зяби. Создание из пожнивных остатков мульчирующего слоя. Внесение удобрений. Создание сети полезащитно-водорегулирующих лесополос. Эффективно ленточное щелевание посевов озимой пшеницы и многолетних трав через 10-15 метров. Снегозадержание и регулирование снеготаяния. 3 Слабосмытые (северные склоны) и среднесмытые (южные склоны) Склоны крутизной 3-5⁰  Почвозащитные зернотравяные севообороты (посев многолетних бобовых трав до 50 % площади). Возделывание пропашных культур недопустимо. Минимальная (возможно нулевая) обработка строго поперёк склона с образованием мульчирующего слоя на поверхности почвы. Внесение удобрений. Создание сети водорегулирующих лесных полос. Щелевание посевов поперёк склона лентами через 6-8 метров. Снегозадержание и регулирование снеготаяния. 4 Средне - и сильносмытые (южные склоны) Склоны крутизной более 5⁰  Почвозащитные травянозерновые севообороты с преобладанием многолетних бобовых трав (более 50 % площади). Обработка почвы строго поперёк склона по горизонталям - минимальная или нулевая обработки (исключить вспашку). Внесение удобрений. Максимально возможное травяное покрытие поверхности почвы в течение года. Создание мульчирующего слоя на поверхности почвы и сети водорегулирующих лесополос. Ще-левание лентами поперёк склона через 4-5 метров. Сильносмытые с выходами пород почвы исключить из пашни и залужить. Снегозадержание и регулирование снеготаяния. 5 Дефляционно опасные и дефляционные (развеваемые) Песчаные террасы и платообраз- ные участки водоразделов  Почвозащитные зернотравяные севообороты с набором культур: озимые, просо, горох, вика, бахчевые, однолетние и многолетние травы. Пропашные культуры исключаются. Безотвальная или нулевая обработка почв с оставлением пожнивных остатков стерни высотой не менее 15 см. Внесение удобрений меньшими дозами, но чаще. Минеральные удобрения лучше вносить в подкормки. Практиковать посев сидеральных культур с последующей запашкой. Создание частых лесных полос поперёк направления господствующих ветров. Эффективно землевание. Снегозадержание и регулирование снеготаяния.

Б. Земли кормовых угодий

6 Эрозионноопас ные (северные склоны), слабо смытые и слабо размытые (южные склоны) Склоны балок крутизной до 10⁰  Организация пастбищеоборотов. Не использовать в пашне. Коренное улучшение (по общепринятой технологии). Засыпка промоин, выполаживание оврагов. Дискование, боронование и посев строго поперёк склона. Внесение удобрений. Двулетнее использование под сенокос, а затем под регулируемый выпас скота. Периодическое проведение щелевания поперёк склона лентами через 6-8 метров. Ранневесенние подкормки азотными удобрениями. 7 Средне-, сильно- смытые и размытые (южные склоны) Склоны балок крутизной свыше 10⁰  Организация пастбищеоборотов. Поверхностное улучшение. Разрушение дернины дисками, внесение удобрений, подсев трав. На участках с хорошим травостоем возможно самообсеменение, с предоставлением двухгодичного отдыха от выпаса. Ранневесенние подкормки азотными удобрениями. Регулируемый выпас скота. Сильносмытые и размытые почвы с выходами пород (мела, суглинка, глины) вывести из угодий пастбищ и облесить.

 

На склоновой части водоразделов строго по топографическим горизонталям осуществляется контурная обработка почвы (контурная вспашка, бороздование, щелевание, обвалование, посев, уход и др.). Резко уменьшают смыв почв овражно-балочные лесные полосы, которые закладываются на границе перехода склона водораздела в балочную систему.

В Белгородской области ландшафтные системы земледелия были разработаны специалистами ФГУП "Белгородское землеустроительное проектно-изыскательское предприятие" "Белгородземпроект" и внедрены полностью или частично почти в 100 хозяйствах. Одним из наглядных примеров широкомасштабного внедрения системы земледелия на ландшафтной основе является территория Красногвардейского района. Она осуществлена под научным руководством академика О.Г. Котляровой (1995).

Как правило, каркасом комплекса противоэрозионных мероприятий являются агротехнические мероприятия. Только одна вспашка поперек склона заметно снижает смыв почвы. Установлено, что при вспашке почвы поперёк склона по горизонталям смывается с 1 га в среднем 2,9 м³ мелкозема, а при вспашке вдоль склона 24,3 м³. При этом запасы влаги увеличиваются в метровом слое почвы на 150 т/га, а урожай зерна не менее 5 ц/га.

Эффективны также вспашка с почвоуглублением (один раз в 5 лет) и глубокая безотвальная обработка, которые способствуют уменьшению поверхностного стока воды за счёт увеличения интенсивности внутрипочвенного стока. Опыты, проведенные в НИИСХ ЦЧП им.В. В. Докучаева свидетельствуют, что глубокая безотвальная обработка почвы на 35-45 см с оставлением на поверхности почвы стерни защищает почву от смыва на 42-99,8 % в сравнении со вспашкой.

На односторонних пологих склонах возможно применение гребнистой, по существу комбинированной (отвально-безотвальной) обработки. Выполняется она любым плугом с чётным количеством корпусов, у которых на нечётных корпусах вместо обычных отвалов устанавливаются укороченные.

В последние годы с целью снижения нагрузки на почву почвообрабатывающих орудий успешно применяют поверхностные (минимальные) и нулевые обработки. По данным Белгородского НИИСХ минимальная обработка (дискование на 8-12 см) с оставлением пожнивных остатков на поверхности снижало смыв в сравнении с обычной вспашкой на 15-25 % при одновременном увеличении урожайности озимой пшеницы на 5-7 ц/га.

Для повышения водопоглощения на посевах многолетних трав, озимых культур, а также суходольных пастбищах необходимо проводить щелевание почвы. Технология щелевания заключается в том, что она проводится на зяби и озимых посевах после промерзания почвы на 6-8 см. Глубина щелей должна быть не менее 40-50 см. Щели шириной 3-4 см нарезают на расстоянии 140 см друг от друга. Расстояние между проходами агрегата зависит от крутизны склона. На склоне 1-3⁰ расстояние между проходами составляет 10-15 м, при крутизне 4-7⁰ - 6-8 м.

Щелевание зяби способствует увеличению урожая гороха на 4,8 ц/га, а озимых - на 3,5 ц/га. Щелевание многолетних трав по данным НИИСХ ЦЧП им.В. В. Докучаева дает прибавку урожая сена 22,3 ц/га, а естественных кормовых угодий - 16,4 ц/га.

Снегозадержание является эффективным приемом. Проводится оно путём валкования снега зимой различными орудиями, полосным уплотнением снега катками, посевом кулис из высокостебельных культур и др. Наблюдения показали, что снегозадержание в сочетании с правильной осенней обработкой почвы увеличивает запас влаги на 500 м³/га. Однако, на посевах озимых культур и многолетних трав нельзя использовать ни прикатывание, ни снегозадержание. Здесь более эффективны такие трудоёмкие приемы, как расстановка щитов или посев кулис.

Обязательным приёмом сохранения влаги зимних осадков на склонах является регулирование снеготаяния путём распашки снега полосами и зачернения его. В проведенных опытах распашка снега полосами через 10 и 20 м увеличила влажность почвы на 4,6 %, а урожайность ячменя на 18 %, гороха на 19 % по сравнению с участками, где раньше она не проводилась.

Посев многолетних бобовые трав является незаменимым приемом защиты почв от эрозии, повышения их плодородия. Полевые опыты в Белгородском НИИСХ свидетельствуют, что после многолетних бобовых трав при урожае сена 50-90 ц/га в слое почвы 0-50 см остаётся 50-70 ц/га корневых остатков. Для сравнения злаковые зерновые оставляют около 20, а корнеплоды всего 6-10 ц/га.

Органическая масса корневых и пожнивных остатков является исходным материалом для образования гумуса. Кроме того, в верхних слоях почвы происходит накопление кальция (до 300 кг/га), который подтягивается из нижних слоев почвы корневой системой растений. Увеличение содержания гумуса и кальция в почве способствуют в дальнейшем её оструктуриванию. Кальций вызывает коагуляцию почвенных органо-минеральных коллоидов, преобразуя мелкие почвенные частицы в агрегаты агрономически ценного размера и комковато-зернистой формы, обладающие водопрочностью.

Агрегированная почва обладает хорошей водопроницаемостью, что в случае склонового рельефа приводит к увеличению внутрипочвенного стока воды и уменьшению поверхностного, а, в конечном счете - снижению процессов смыва и размыва и увеличению общей влагоемкости.

Следует учитывать и другой противоэрозионный эффект многолетних трав. Корневая система их скрепляет почву и, кроме того, её поверхность остаётся большую часть года покрытой сплошным травяным покровом, который гасит разрушительную силу капель дождя, рассеивает поверхностный сток воды. По данным опытов, проведенных в БелНИИСХ, смыв почвы под многолетними травами практически отсутствует (не превышает 2 т/га). Кроме того, многолетние бобовые травы несут в себе положительный экологический эффект, накапливая биологический азот (в среднем от 75 до 150 кг/га), а также полностью решая проблему белка в кормопроизводстве. В сухом веществе трав содержится 18-21 % протеина (переваримого 13-15 %) и до 270 мг/кг каротина.

На территории, подверженной в сильной степени эрозионным процессам и засухе, положительное влияние оказывают и лесомелиоративные мероприятия: создание системы полезащитных, водорегулирующих, прибалочных, приовражных лесополос. На сильносмытых и размытых неудобренных землях рекомендуется сплошное облесение. Защитные лесные насаждения создаются по проектам в соответствии с требованиями действующих научно обоснованных и проверенных практикой рекомендаций.

В тех случаях, когда агротехническими и лесомелиоративными мероприятиями не удаётся зарегулировать поверхностный сток воды и процессы эрозии почв продолжаются, используют и гидротехнические сооружения, являющиеся частью комплекса противоэрозионных мероприятий. Сооружения эти могут быть простейшими (распылители стока, водонаправляющие и водозадерживающие валы и канавы, дамбы, перемычки, донные запруды) и сложными инженерными конструкциями, служащими для закрепления мощных овражных размывов (лотки-быстротоки, перепады и др.). Для полного регулирования стекающей со склонов воды строят пруды и водоёмы, используемые для рыборазведения, орошения и других хозяйственных нужд. В условиях области наибольшее распространение получили водозадерживающие и водоотводящие валы как наиболее простые и экономичные сооружения, которые надёжно задерживают и распределяют поверхностный сток на водосборах и закрепляют вершины действующих оврагов.

Принципы применения удобрений в эрозионном рельефе заключаются в расчете на получение планируемого урожая сельскохозяйственных культур с учётом выноса элементов питания урожаем и содержания их в почве.

Ученые Белгородского государственного университета (Лисецкий, Голеусов, 2009) предлагают варианты экологической реабилитации эродированных почв в зависимости от степени их нарушения и экономической целесообразности. В одном случае это может быть конверсия сельскохозяйственных угодий в несельскохозяйственные земли (их консервация), в другом - почвовосстанавливающее (ренатурационное) земледелие.

В практике землепользования ряда стран (США, Швейцария, Украина и др.) к настоящему времени накоплен значительный опыт консервации деградированных земель.

В агроэкосистемах, в которых почвы деградировали в ходе многовекового сельскохозяйственного использования, может быть реализована стратегия натурационного земледелия, основанная на стимулировании природного почвообразования и направлена на постепенное воспроизводство утраченно плодородия и его поддержание на оптимальном уровне.

Как показали расчеты авторов, "достройка" профиля деградированных почв может протекать с различной интенсивностью в зависимости от степени нарушения и развития остаточных горизонтов. Чем сильнее выведена почва из состояния равновесия, тем выше скорость регенерационных процессов. В современных климатических условиях лесостепной зоны на свежих суглинистых материнских породах средняя скорость формирования гумусового горизонта за период создания первых 20 см, составляет 0,63 мм/год (~ 7,6 т/га в год). Расчеты по моделям почвообразовательного процесса показали, что за счет мелиоративных мероприятий и создания почвоулучшающих адаптивных фитоценозов возможно увеличение скорости воспроизводства гумусового профиля для среднесмытых почв на 40 %, а для сильносмытых - на 60 %.

Другими словами, процесс ренатурирования деградированных геосистем следует, как и при внедрении противоэрозионно-почвозащитного комплекса, осуществлять по сценарию управляемого землепользования. Для разных подтипов черноземных почв при средней степени их эродированности потребуется от 11 до 22 лет для достижения определенных значений гумуса, а при сильной - от 15 до 28 лет.

После периода достижения оптимальных значений содержания гумуса в слое 0-20 см допустима смена режима консервации (ренатурирования) земель на более интенсивное их использование. Для смытых (дефлированных) почв оптимальное содержание гумуса на ближайшую перспективу целесообразно устанавливать по предыдущей категории смытости (дефлированности). С этой целью к нормативным показателям содержания гумуса для полнопрофильных почв, принятым за 1, предлагаются поправочные коэффициенты изменения содержания гумуса для двух градаций (слабой и средней): серые лесные - 0,8 и 0,5, черноземы лесостепи и обыкновенные - 0,8 и 0,6 соответственно.

При почвенно-экологическом мониторинге восстанавливаемых земель с помощью периодического (через 5-10 лет) контроля за содержанием гумуса и путем сопоставления оптимальной скорости гумусонакопления с расчетным ее значением можно определить необходимость усиления мелиоративного эффекта почвовосстанавливающих мероприятий и/или повышения эффективности противоэрозионного обустройства ландшафта.

Из представленных материалов следует, что восстановление эродированных земель требует тщательного выбора не только методов и средств его проведения, но и разработки концепции агроэкологического мониторинга. В основе мониторинга должны лежать периодически обновляемые результаты почвенной съемки, материалы дистанционного зондирования, а также наблюдения за стоком воды, смывом и выдуванием почвы на экспериментальных площадках. Необходимо проведение многолетних опытов по эффективности почвозащитных систем земледелия. При этом основными критериями должны быть не только агрономические, но и показатели экологического характера.