Сравнительная оценка противоэрозионной устойчивости исследуемых почв

Эрозионные процессы, протекающие на почвах, всегда прямо или косвенно связаны с их свойствами и зависят, в первую очередь, от способности самой почвы противостоять разрушающему действию дождевых капель и водного потока. Количественно она выражается величиной размывающей скорости водного потока, стекающего по поверхности, которая в свою очередь определяется двумя характеристиками почвы: размером водопрочных агрегатов и сцеплением их друг с другом. Для эрозионного процесса основными группами факторов пространственно-временной изменчивости противоэрозионной устойчивости и водопроницаемости почв являются:

- водно-физические (водопроницаемость и коэффициент фильтрации); физические (плотность и пористость), физико-химические свойства самой почвы, которые определяются в первую очередь гранулометрическим, химическим и минералогическим составом; структурность и водопрочность структуры, которые влияют на процессы эрозии; способность почв к набуханию и смачиванию, обусловленные составом поглощающего комплекса и свойствами глинистых минералов;

- тип и интенсивность атмосферных осадков с сопутствующими сезонными изменениями состояний самой почвы, определяющим слой поверхностного стока;

- характер и степень антропогенного преобразования почвенного покрова и растительности (тип использования земель в отношении воздействия на почвы).

Противоэрозионная устойчивость почв является интегральным показателем, который невозможно объективно оценить только при помощи какого-то одного критерия. Однако анализ литературных источников, а также полевые эксперименты, проведенные в стационарных условиях, позволяют выявить показатели, отражающие устойчивость почв к эрозии, в зависимости от их состава и агрофизических свойств. Выделяется несколько групп таких показателей [15].

Показатели противоэрозионной устойчивости почв разделяются на группы:

1. Зависящие от минералогического, химического и гранулометрического состава почв:

- содержание набухающих и ненабухающих минералов, выраженное в %;

- коэффициент дисперсности, определяемый по отношению содержание пыли и глины при микроагрегатном анализе, увеличенное в 100 раз, к общему содержанию пыли и глины;

- отношение содержания кремнезема и полуторных оксидов (SiO₂ / R₂O₃);

- коэффициент гранулометрического состава, рассчитываемый по соотношению песка к сумме пыли и глины.

Представление об интенсивности проявления эрозионных процессов на дерново-подзолистых почвах, развивающихся на различных по генезису почвообразующих породах, дает соотношение содержания в почве кремнезема и полуторных оксидов. Показателем, характеризующим противоэрозионную устойчивость, в данном случае является содержание полуторных оксидов железа и алюминия: чем больше их содержится в почве, тем менее она водопроницаема и более подвержена эрозии и, наоборот, чем выше соотношение SiO₂/R₂O₃, тем более устойчива почва к процессам водной эрозии.

Полученные данные свидетельствуют, что для лессовидных суглинков суммарное содержание оксидов алюминия и железа в 1,2-1,3 раза выше, чем для моренных суглинков. Последние характеризуются повышенным содержанием кремнезема (до 89 %) и, следовательно, лучшей водопроницаемостью. Более высокие значения – 15,6-26,4 – отношения SiO₂/R₂O₃ соответствуют почвам, сформированным на моренных суглинках (рис. 13).

Рис.13 – Коэффициенты, зависящие от минералогического, химического и гранулометрического составов почв

 

Для тех и других почв характерно значительное снижение значения SiO₂/R₂O₃ от неэродированной к сильноэродированной – на 6,13-3,11. Судя по приведенным показателям, дерново-подзолистые почвы, развивающиеся на лессовидных суглинках, в 1,4-1,6 раза менее устойчивы к эрозии, чем развивающиеся на моренных суглинках. При определении Кгран. эродированных почв, развивающихся на лессовидных отложениях стационара «Стоковые площадки», установлено уменьшение значения коэффициента с увеличением степени эродированности. При определении Кгран. эродированных почв, развивающихся на лессовидных отложениях стационара «Стоковые площадки», установлено уменьшение значения коэффициента с увеличением степени эродированности. Кгран. средне- и сильноэродированных почв соответственно равен 0,24 и 0,18, что указывает на их низкую противоэрозионную устойчивость.

Моренные суглинки содержат 2-3 % крупнозема, суммарное содержание фракций крупного, среднего и мелкого песка достигает 55-60 %. Фракции мелкого песка и крупной пыли составляют соответственно 38-42 % и 17-21 %. Это создает благоприятные условия для впитывания осадков. Однако специфика моренных почвообразующих пород состоит в том, что при сильном пересыхании они создают глыбистую структуру, что неблагоприятно сказывается на воздушном режиме почв.

Для почв, сформированных на моренных суглинках, отмечаются высокие значения коэффициента гранулометрического состава. Он колеблется от 1,67 до 1,14. Объясняется это неоднородностью слагающего материала и значительной опесчаненностью. Отмечается уменьшение Кгран. с увеличением степени эродированности и минимальные значения соответствуют средне- и сильноэродированной почвам, для которых этот показатель практически одинаков (Кгран. среднее 1,35-1,36). Несортированность механических элементов приводит к значительным колебаниям Кгран. в пределах одной почвенной разновидности.

При характеристике противоэрозионной устойчивости почв на основании данных о гранулометрическом составе следует отметить, что значения рассчитанного коэффициента в 6-6,2 раза выше для почв, развивающихся на моренных суглинках, чем для дерново-палево-подзолистых почв, развивающихся на лессовидных суглинках, что подтверждает их меньшую податливость к эрозии.

2. Зависящие от структурно-агрегатного состава:

- коэффициент нестабильности, показывающий изменение средневзвешенного диаметра при сухом и мокром просеивании;

- коэффициент водопрочности (содержание водопрочных агрегатов более 0,5 мм в процентах);

- коэффициент водоустойчивости, рассчитанный по соотношению агрегатов > 0,25 мм при сухом и мокром просеивании.

 

Структурно-агрегатный состав почв оказывает существенное влияние на развитие водно-эрозионных процессов. Ниже приведена оценка структурного состояния почвы по Качинскому.

Оценка структуры почвы
Коэффициент водоустойчивости	Водоустойчивость по Н. А. Качинскому
< 0,20	Неудовлетворительная	Содержание водопрочных агрегатов, %
< 10	Отсутствует
10-20	Неудовлетворительная
0,20-0,50	Удовлетворительная	20-30	Недостаточно удовлетворительная
30-40	Удовлетворительная
> 0,50	Хорошая	40-60	Хорошая

 

Следует отметить, что почвы на моренных и лессовидных почвообразующих породах имеют глыбистую структуру с преобладанием макроагрегатов более 10 мм. Это неблагоприятно сказывается на условиях произрастания растений и впитывании влаги. При общем неблагоприятном структурном состоянии исследуемых почв, почвы, развивающиеся на моренных суглинках более устойчивы к эрозии, чем почвы на лессовидных суглинках. Последние характеризуются очень низкой водоустойчивостью структурных агрегатов, что создает условия для развития эрозии.

Водопроницаемость является одним из важнейших свойств почв и грунтов, определяющая их способность впитывать и пропускать воду в нижележащие слои. С водопроницаемостью связано использование атмосферных осадков и создание запасов влаги. Поскольку Беларусь является зоной достаточного и повышенного увлажнения, низкие фильтрационные свойства приводят к формированию склонового стока и развитию водно-эрозионных процессов. Высокая водопроницаемость почв и грунтов, наоборот, способствует переводу поверхностного стока во внутрипочвенный и снижает вероятность проявления эрозии.

Водопроницаемость определяется агрофизическим состоянием пахотного слоя. В почвах легкого гранулометрического состава, а также бесструктурных водопроницаемость зависит от пористости и сложения гранулометрических элементов, в тяжелых почвах она обусловлена, прежде всего, структурным состоянием: размерами структурных агрегатов, их положением относительно друг друга, а также водопрочностью.

 

 

Таблица 14 – Показатели противоэрозионной устойчивости почв в зависимости от типа севооборота (Квпр., Кву., Кстр.)

Почва	Квпр	Кву	Кстр.
2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +
Зернотравяной севооборот (люпин, яровая пшеница + травы, травы, травы, озимая пшеница)
1а*	3,29	3,28	-0,01	0,41	0,45	0,04	1,30	1,41	0,11
1в	3,61	3,21	-0,40	0,42	0,45	0,03	1,12	1,36	0,24
1г	3,08	2,60	-0,48	0,25	0,25	0,00	1,02	1,18	0,16
Кормовой севооборот (яровая пшеница, озимая рожь на з/м + пожнивные, люцерна, люцерна, люцерна)
3а	2,70	2,83	0,13	0,39	0,44	0,05	1,44	1,54	0,10
3в	3,19	3,61	0,42	0,42	0,43	0,01	1,14	1,32	0,18
3г	2,46	2,40	-0,06	0,33	0,37	0,04	1,00	1,14	0,14
Травяно-зерновой севооборот (яровая пшеница, горохо-овсяная смесь, озимая пшеница + травы, травы, травы)
5а	NPK	2,77	3,29	0,52	0,57	0,61	0,04	1,33	1,42	0,09
5в	4,92	5,88	0,96	0,49	0,50	0,01	1,18	1,35	0,17
5г	2,83	2,99	0,16	0,36	0,37	0,01	1,00	1,26	0,26
6а	NPK + навоз		4,60	1,83		0,64	0,07		1,46	0,13
6в		5,30	0,38		0,58	0,09		1,41	0,23
6г		4,71	1,88		0,38	0,02		1,32	0,32
Галега восточная (16-19 г.п.)
7а	4,25	3,85	-0,40	0,67	0,66	-0,01	2,31	2,18	-0,13
7б	4,07	4,07	0,00	0,51	0,60	0,09	1,58	1,58	0,00
7в	3,63	5,21	1,58	0,49	0,59	0,10	1,44	1,46	0,02
Кормовой севооборот (пелюшко-овсяная смесь, ячмень + травы, травы, травы, пелюшко-овсяная смесь)
8а	2,93	2,88	-0,05	0,49	0,64	0,15	1,28	1,41	0,13
8б	4,90	3,09	-1,81	0,47	0,59	0,12	0,81	1,24	0,43
8в	6,72	4,76	-1,96	0,46	0,55	0,09	0,71	1,01	0,30

*Примечание: а – неэродированная; б – слабоэродированная; в – среднеэродированная; г – сильноэродированная почва

 

За время проведения исследований наблюдалось улучшение структурно-агрегатного состава и показателей, характеризующих противоэрозионную устойчивость дерново-подзолистых почв на лессовидных суглинках (табл. 14, 15). Самая высокая водоустойчивоссть почвенной структуры (содержание водопрочных агрегатов более 0,25 мм при мокром просеивании) по классификации Качинского под галегой (43-57% в 2006 г. и 52-67% в 2009 г.) и оценивается как хорошая, причем по всей почвенно-эрозионной катене. В кормовом севообороте (стоковая №8) она также хорошая, но ее значения несколько ниже (40-42 % в 2006 г. и 48-57% в 2010 г.).

За ротацию других севооборотов существенный изменений в водоустойчивости не произошло – увеличение не более 2%, а в зернотравяном севообороте отмечено даже некоторое снижение содержания водопрочных агрегатов. Отметим также травяно-зерновой севооборот вариант NPK + навоз, в котором содержание агрегатов >0,25 увеличилось на 2-10%.

Коэффициент водоустойчивости (Кву) исследуемых почв при возделывании галеги в 2006 г. он составил 0,49-0,67. За четыре года он увеличился до 0,59-0,66. За ротацию травяно-зернового севооборота с органо-минеральной системой удобрения Кву возрос на 5-18% до 0,38-0,64, а в кормовом севообороте (стоковая №8) – на 20-31% до 0,55-0,64.

За ротацию комового (стоковая №3), травяно-зернового севооборотов и при бессменном возделывании галеги восточной коэффициент водопрочности (Квпр.), зависящий от содержания агрегатов >0,25 при мокром и сухом просеивании, существенно увеличился, что свидетельствует о улучшении противоэрозионной стойкости эродированных почв при таком типе их использования.

Структура пахотного слоя исследуемых почв, оцениваемая по коэффициенту структурности (Кстр.), как в начале, так и в конце исследований – удовлетворительная. Исключением является неэродированная и слабоэродированная почвы под галегой восточной, Кстр. которых составил 1,58-2,31. За год исследований он практически не изменился (табл. 14).

 

Таблица 15 – Показатели противоэрозионной устойчивости почв в зависимости от типа севооборота (средневзвешенный диаметр, Кнест., % водопрочных агрегатов)

Почва	Содержание водопрочных агрегатов >0,5 мм, %	D средневзвешенный при мокром просеивании	Кнест.
2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +
Зернотравяной севооборот (люпин, яровая пшеница + травы, травы, травы, озимая пшеница)
1а*	16,04	15,08	-0,96	0,50	0,46	-0,04	4,98	4,64	-0,34
1в	15,22	15,94	0,72	0,43	0,48	0,05	5,30	4,68	-0,62
1г	13,28	10,80	-2,48	0,29	0,28	-0,01	5,15	4,76	-0,39
Кормовой севооборот (яровая пшеница, озимая рожь на з/м + пожнивные, люцерна, люцерна, люцерна)
3а	16,30	16,36	0,06	0,43	0,46	0,03	5,32	4,36	-0,96
3в	14,82	16,74	1,92	0,47	0,49	0,02	5,15	5,18	0,03
3г	10,38	12,34	1,96	0,41	0,44	0,03	4,86	4,62	-0,24
Травяно-зерновой севооборот (яровая пшеница, горохо-овсяная смесь, озимая пшеница + травы, травы, травы)
5а	NPK	34,50	35,36	0,86	0,82	0,78	-0,04	4,71	4,68	-0,03
5в	18,36	29,92	11,56	0,45	0,54	0,09	4,70	5,02	0,32
5г	13,18	15,02	1,84	0,47	0,51	0,04	5,49	5,41	-0,08
6а	NPK + навоз		39,00	4,50		0,78	-0,04		4,67	-0,04
6в		31,06	12,70		0,56	0,11		4,59	-0,11
6г		14,88	1,70		0,49	0,02		5,38	-0,11
Галега восточная (16-19 г.п.)
7а	42,1	41,7	-0,40	0,89	0,92	0,03	3,17	2,98	-0,19
7б	29,2	37,4	8,20	0,61	0,85	0,24	4,56	4,32	-0,24
7в	27,8	35,0	7,20	0,59	0,78	0,19	4,54	4,50	-0,04
Кормовой севооборот (пелюшко-овсяная смесь, ячмень + травы, травы, травы, пелюшко-овсяная смесь)
8а	20,30	36,40	16,10	0,54	0,75	0,21	4,67	4,03	-0,64
8б	19,82	34,94	15,12	0,55	0,65	0,10	5,44	4,34	-1,10
8в	14,74	33,66	18,92	0,45	0,67	0,22	6,00	5,04	-0,96

*Примечание: а – неэродированная; б – слабоэродированная; в – среднеэродированная; г – сильноэродированная

 

Из остальных типов использования эродированных почв выделим травяно-зерновой севооборот вариант NPK + навоз, где за пять исследований структура улучшилась на 10-32%, особенно на эродированных почвах. Также значительно увеличился Кстр. в кормовом севообороте (стоковая №8) – на 10-53%.

Анализ содержания водопрочных агрегатов более 0,5 мм показал, что за годы исследований при любом типе использование эродированных почв произошло их увеличение: в кормовом севообороте (стоковая №3) – приблизительно на 2%; в травяно-зерновом вариант – на 2-13%; при бессменном возделывании галеги – на 7-8%; в кормовом (стоковая №8) – на 15-19%.

Отметим, что значительное улучшение водопрочности характерно на среднеэродированных почв. В то же время, в зернотравяном севообороте доля водопрочных агрегатов незначительно снизилась.

В сравнении с 2006 г. произошло снижение коэффициента нестабильности (Кнест.) в любом из изучаемых типах севооборота. Это подтверждается увеличением средневзвешенного диаметра при мокром просеивании. За ротацию кормового севооборота (стоковая №8) Кнест. снизился на 16-20%, что выше относительно других типов.

Таким образом, бессменное возделывание галеги восточной и применение кормовых севооборотов на эродированных дерново-подзолистых суглинистых почв на лессовидных суглинках в наибольшей степени способствуют увеличению их противоэрозионной стойкости.

Согласно расчетам коэффициентов, характеризующих эрозионную устойчивость, внесение органических удобрений (навоза) улучшило структурно-агрегатное состояние эродированных почв на моренных суглинках (стационар «Межаны»).

 

Таблица 16 – Показатели противоэрозионной устойчивости почв в зависимости от типа севооборота (Квпр., Кву., Кстр.)

Почва	Квпр	Кву	Кстр.
2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +
Зернотравяной севооборот (вико-овсяная смесь, яровая пшеница, пелюшко-овсяная смесь, озимая пшеница, горох)
А	NPK	4,50	4,74	0,24	0,69	0,71	0,02	1,12	1,18	0,06
Б	3,76	4,30	0,54	0,60	0,61	0,01	0,84	0,94	0,10
В	2,92	2,98	0,06	0,49	0,57	0,08	0,81	0,90	0,09
А	NPK + навоз		5,71	1,21		0,75	0,06		1,24	0,12
Б		4,44	0,68		0,71	0,11		1,12	0,28
В		2,94	0,02		0,59	0,10		0,94	0,13
Кормовой севооборот (яровая пшеница, горохо-овсяная смесь + травы 1-3 г.п.)
А	NPK	3,18	3,59	0,41	0,61	0,69	0,08	1,00	1,16	0,16
Б	3,11	3,50	0,39	0,54	0,71	0,17	0,96	1,03	0,07
В	4,02	3,57	-0,45	0,56	0,58	0,02	0,89	0,98	0,09
А	NPK + навоз	3,54	3,80	0,26	0,66	0,69	0,03	1,03	1,20	0,17
Б	3,15	3,23	0,08	0,64	0,67	0,03	0,99	1,12	0,13
В	4,29	5,30	1,01	0,61	0,75	0,14	0,92	0,82	-0,10

*Примечание: А – неэродированная; Б – среднеэродированная; В – сильноэродированная

 

По классификации Качинского как в зернотравяном, так и в кормовом севооборотах сложившаяся за время исследований водоустойчивость хорошая по всей почвенно-эрозионной катены. Содержание агрегатов более 0,25 мм было 40% (табл. 16). Однако в зернотравяном севообороте к концу исследований наблюдалось снижение содержания водопрочных агрегатов на 9-12%. А в кормовом получено незначительное их возрастание (на 3-7%). Коэффициент водоустойчивости увеличился за годы исследований независимо от севооборота, причем на эродированных почвах больше.

Внесение навоза положительно сказалось на водопрочности эродированных почв. Коэффициент водопрочности в вариантах с внесение навоза за 5 лет возрос в зернотравяном севообороте с 0,02-1,21, в кормовом севообороте – 0,08-1,01.

Кроме того, органо-минеральная система удобрения обеспечила улучшение структурного состояния пахотного слоя – Кстр. в зернотравяном севообороте увеличился по сравнению с 2006 г. на 10-33%, в кормовом севообороте – на 13-16%.

Применение органических удобрений способствовало созданию и поддержанию водопрочной структуры. В 2010 г. содержание водопрочных агрегатов в данном варианте в зернотравяном севообороте составило 27,7-43,6%, что на 1-9% больше, чем при внесении NPK (табл. 17). В комовом севообороте разница на уровне 1-12%, при чем наибольшая на сильноэродрованной почве. Колебание содержания водопрочных агрегатов более 0,5 мм по годам не превышает 6 %.

 

Таблица 17 – Показатели противоэрозионной устойчивости почв в зависимости от типа севооборота (средневзвешенный диаметр, Кнест., % водопрочных агрегатов)

Почва	Содержание водопрочных агрегатов >0,5 мм, %	D средневзвешенный при мокром просеивании	Кнест.
2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +	2006 г.	2010 г.	2010 +
Зернотравяной севооборот (вико-овсяная смесь, яровая пшеница, пелюшко-овсяная смесь, озимая пшеница, горох)
А	NPK	49,06	34,48	-14,58	1,42	1,24	-0,18	5,16	4,82	-0,34
Б	35,2	35,80	0,60	1,04	0,96	-0,08	5,31	5,26	-0,05
В	27,22	26,28	-0,94	0,84	0,83	-0,01	5,55	4,49	-1,06
А	NPK + навоз		43,60	-5,46		1,71	0,29		4,67	-0,49
Б		38,12	2,92		1,24	0,20		4,12	-1,19
В		27,72	0,50		0,83	-0,01		4,33	-1,22
Кормовой севооборот (яровая пшеница, горохо-овсяная смесь + травы 1-3 г.п.)
А	NPK	37,66	35,94	-1,72	1,06	1,12	0,06	5,29	4,15	-1,14
Б	34,96	40,92	5,96	1,10	1,09	-0,01	5,73	4,76	-0,97
В	34,7	35,98	1,28	1,02	1,12	0,1	5,58	5,00	-0,58
А	NPK + навоз	37,84	37,50	-0,34	0,87	0,94	0,07	5,21	4,67	-0,54
Б	36,88	41,56	4,68	1,14	1,19	0,05	5,12	4,72	-0,40
В	36,19	47,88	11,69	1,15	1,58	0,43	5,54	4,77	-0,77

*Примечание: А – неэродированная; Б – среднеэродированная; В – сильноэродированная

 

Снижение коэффициента нестабильности (Кнест.) в вариантах с применением навоза подчеркивает необходимость его внесения на эродированных почвах. В зернотравяном севообороте в варианте NPK + навоз Кнест. уменьшился на 0,49-1,22 и составил 4,12-4,67, в кормовом – на 0,40-0,77. Отметим, что значение коэффициента нестабильности с годами выравнивается по склону.

Следовательно, применение органо-минеральной системы удобрения можно рассматривать в качестве действенного приема повышения противоэрозионной устойчивости дерново-подзолистых почв, сформированных на моренных суглинках

За четыре года наблюдений показатели противоэрозионной устойчивости эродированных дерново-подзолистых почв, на моренных суглинках на стационарной площадке в СПК «Слободская заря» практически не изменились. Это обусловлено тем, что во все годы возделывались многолетние травы, способствующие улучшению структурного состояния почвы (табл. 18).

Как следует из приведенных данных как в начале, так и в конце исследований наилучшие показатели, характеризующие устойчивость почв к водно-эрозионным процессам, на неэродированной и слабоэродированной разновидностях. Однако, за годы наблюдений на средне- и сильноэродированных почвах отмечено значительное увеличение всех коэффициентов, тогда как на неэродированной и слабоэродированной произошло либо снижение, либо увеличение малозаметно.

 

Таблица 18 – Показатели противоэрозионной устойчивости эродированных дерново-подзолистых почв, на моренных суглинках (СПК «Слободская заря»)

Почва	2007 г.	2010 г.	2010 +	2007 г.	2010 г.	2010 +	2007 г.	2010 г.	2010 +
Квпр	Кву	Кстр.
А	14,3	14,9	+0,06	0,75	0,74	-0,01	0,71	0,74	+0,03
Б	13,7	14,1	+0,04	0,69	0,70	-0,01	0,64	0,65	+0,01
В	11,9	12,6	+0,05	0,68	0,70	+0,02	0,59	0,62	+0,03
Г	11,4	11,6	+0,04	0,65	0,68	+0,03	0,53	0,58	+0,05
Почва	Содержание водопрочных агрегатов >0,5 мм, %	D средневзвешенный при мокром просеивании	Кнест.
А	52,1	48,6	-3,5	1,61	1,41	-0,20	6,41	6,48	+0,07
Б	52,6	49,4	-3,2	1,34	1,44	+0,10	6,35	6,36	+0,01
В	49,7	50,1	+0,4	1,44	1,50	+0,06	6,28	6,32	+0,04
Г	47,7	48,9	+1,2	1,16	1,30	+0,14	5,74	5,87	+0,13

*Примечание: А – неэродированная; Б – слабоэродированная; В – среднеэродированная; Г – сильноэродированная