CC BY
28
УДК 630*266:631.432
Влияние узких контурных стокорегулирующих лесополос на водопоглощение, сток и смыв почвы
А.И. ПЕТЕЛЬКО, доктор сельскохозяйственных наук
Новосильская зональная агролесомелиоративная станция ВНИАЛМИ им. A.C. Козьменко E-mail: zaglos@mail. ru
В статье приводятся многолетние данные о влиянии контурных стокорегулирующих лесных полос на эрозионно-гид-рологические показатели.
Ключевые слова: снегоотложение, промерзание, влажность почвы, сток, эрозия.
В многофакторном опыте, проводимом в ОПХ Новосильской ЗАГЛОС на склоне ЗЮЗ экспозиции с уклоном от 1,S до 2 в течение 14 лет (1997-2010) изучали влияние лесных полос и агрофона на показатели водного баланса. На полевом участке SS га вдоль горизонталей размещены однорядные стокорегулирующие лесные полосы из дуба, расстояние между которыми l0o м. Они были созданы в 1926 г. посевом желудей
под копье Левицкого (рис.). Ежегодная закладка стоковых площадок, полевые наблюдения и научные исследования проводились автором по программе и методике А.Т. Бара-банова.
По данным агрохимика Н.Е. Пе-телько, почва на поле серая лесная суглинистая с повышенной удельной и объемной массой, слабокислая или с близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора. Содержание гумуса в верхнем слое (0-20 см) не превышает 3 %. Обеспеченность фосфором высокая, обменным калием - средняя и низкая, по нитратному азоту обнаруживались только следы. Стоковые площадки расположены в межполосном пространстве. Агрофон - зяблевая вспашка по контуру. Варианты опыта представлены в таблице 1.
Гидрометеорологические условия по-разному влияли на формирование стока талых вод по годам исследований.
В 1997 г. снеготаяние началось в
первой декаде марта и проходило очень медленно при пасмурной и туманной погоде, в основном в дневные часы, что способствовало просачиванию талой воды в почву на месте ее образования. Оттаивание почвы местами началось под снегом. Снег таял постепенно, не вызывая эрозии. Следует отметить, что в системе узких стокорегулирующих контурных лесных полос создается определенный микроклимат, который во многом определяет и регулирует условия снеготаяния. В стометровых межполосных пространствах наблюдается усиленное перемещение воздушных масс, что снижает температуру воздуха, замедляет таяние снега.
Весной 1997 г. стока практически не было. При резком потеплении 12 марта днем начался очень слабый сток, который длился два дня. На стоковых площадках с зяблевой вспашкой (контроль) он составил 0-1,2 мм. В межполосных пространствах с лесными полосами различных конструкций сток был полностью поглощен почвой и переведен во внутригрун-товый. Смыва почвы на обрабатываемых участках не наблюдалось.
В 1998 г. промерзание почвы было слабое. Снеготаяние началось в третьей декаде февраля во время оттепелей и проходило в основном днем, прерывалось с наступлением похолодания, что повторялось несколько раз. Образовавшийся снежный покров в основном растаял в первой декаде марта. Ускорению схода оставшегося снега способствовали выпавшие осадки в виде дождя. После этого вновь часто шел снег, который в теплое время таял и прекращался во время заморозков.
Оттаивание почвы происходило снизу и сверху. При установившихся положительных температурах воздуха появились проталины. Несколько раз за период снеготаяния почва оттаивала днем на 2-4 см и снова замерзала в ночные часы. Сложившиеся погодные условия способствовали постепенному просачиванию талой воды, стока и смыва почвы не было. Осенью 1998 г. выпало 236,4 мм осадков и почва ушла в зиму в сильно увлажненном состоя- " нии. За период с декабря по март | выполо14S,8 мм осадков. £
В 1999 г. зима была нехолодная, 1 с оттепелями. Происходило частич- * ное таяние снега, высота которого ва- 2 рьировала в пределах 43^4 см. Зи- 1 мой снег предохранял почву от глу- р бокого промерзания. Даже в февра- 2
Размещение объектов исследований в ОПХ Новосильской ЗАГЛОС ° ° ° - однорядные контурные лесные полосы из дуба
Eniieügiäaieä gäiee.p65 7 20.12.2013, 20:54
1. Влияние контурных стокорегулирующих лесных полос и агрофона на эрозионно-гидрологические показатели (в среднем за 1996-2010 гг.)
Вариант Запасы воды в снеге Сток, м м Коэффициент Просочилось в
+ осадки, мм стока почву, мм
I. Зяблевая вспашка (контроль) 87 2,1 0,023 84,9
2. Зяблевая вспашка + л.п. продуваемой конструкции с мульчой соломы 94 1,2 0,012 92,8
3. Зяблевая вспашка + л.п. 89 1,3 0,014 87,7
4. продуваемой конструкции Зяблевая вспашка + л.п. плотной конструкции I 02 1,0 0,009 101,0
5. Зяблевая вспашка + л.п. 97 1,3 0,013 95,7
6. комбинированной конструкции Зяблевая вспашка (контроль) 88 1,6 0,018 86,4
В среднем 93 1,4 0,015 91,6
ле на открытом поле без насаждений почва промерзала лишь на 30 см. Перед началом снеготаяния под снегом на зяби она была талая, а в однорядной лесной полосе продуваемой конструкции промерзла на 20 см.
Снеготаяние проходило с 27 марта по 3 апреля, в основном днем. Снег таял постепенно и вода впитывалась в почву. 27 и 28 марта на контроле на стоковой площадке вода сочилась через водослив, затем после похолоданий это прекратилось. Сток не сформировался. Сложились хорошие условия для просачивания всей талой воды в почву. Водопог-лощение по вариантам опыта составило 131-179 мм и зависело от сне-гозапасов.
В 2000 г. снеготаяние проходило с 27 марта по 8 апреля. Под снегом почва была талая, поэтому сток отсутствовал. На контроле он составил 1,02 мм, т.е. был очень слабый.
В 2001 г. зима была нехолодная, с частыми оттепелями. Высота снега по вариантам опыта варьировала от 23 до 31 см. Зимой снег предохранял почву от глубокого промерзания, и перед снеготаянием почва местами была талая. Сток не сформировался.
В 2002 г. снеготаяние началось в феврале, хотя высота снежного покрова была незначительная - 9-12 см. В третьей декаде во время глубоких оттепелей высота снежного покрова заметно уменьшилась. Вес-^ на была ранняя, температура возду-8 ха днем доходила до 9 °С, к концу первой декады марта снег растаял z полностью, почва оттаивала днем на ш 1-3 см. Ускорению схода снега спо-t; собствовала установившаяся теплая ч погода. Поверхностного стока не на-ё блюдалось.
§ В 2003 г. перед снеготаянием поет
8
чва промерзла на глубину 45-70 см. Период снеготаяния был растянут из-за похолоданий, особенно в ночные часы. Сформировался весенний сток, который проходил в основном днем (с 4 по 17 апреля). За этот период выпало 35,4 мм осадков в виде снега и измороси. Сначала вода сочилась через порог водослива, и только 10 апреля высота напора стала 1,3-1,6 см. С наступлением похолодания вечером и ночью сток прерывался. Интенсивное снеготаяние (пиковое) наблюдалось 14 апреля в 17, 18 и 19 ч. Напор воды на пороге водослива достигал 5,5 см в варианте с лесной полосой продуваемой конструкции и 6,4 см - на контроле. На агрофонах с лесополосами плотной и комбинированной конструкции высота напора на водосливе была почти одинаковой и составила соответственно 4,9 и 5,0 см.
Наибольший весенний сток и коэффициент стока были на контроле - 26,0 мм и 0,270. На площадке с лесной полосой продуваемой конструкции величина стока составила 18,2 мм, а на комбинированной - на
0,4 мм меньше при почти одинаковых коэффициентах стока (0,184 и 0,172). Наименьший сток - 14,7 мм при коэффициенте 0,138 - наблюдался на стоковой площадке с лесной полосой плотной конструкции. По-видимому, образовавшийся снежный шлейф перед полосой препятствовал прохождению стока. Талая вода задерживалась им до тех пор, пока он не напитался водой и не начал таять. На агрофонах с плотной лесной полосой сток начался на три дня позже из-за образовавшейся шлейфовой зоны.
Просачивание талых вод в почву на контроле составило 70,0 мм, в варианте с лесной полосой плотной конструкции - 91,3 мм. В системе контурных лесных полос разных конструкций происходит дополнительное водопоглощение по сравнению с контролем. Превышение водопогло-щения на стоковой площадке с продуваемой лесной полосой составило 10,8 мм, с комбинированной -19,2 мм, а с плотной - 21,3 мм по сравнению с вариантами без полос. Эрозии почвы не наблюдалось.
В 2004 г. снеготаяние длилось с 20 по 2S марта. Погода была неустойчивая. Снег таял днем при положительной температуре воздуха. Сложившиеся условия способствовали постепенному впитыванию талой воды в почву. Сток не сформировался. Водопоглощение на зяби (контроль) составило 86 мм, на агрофоне с лесной полосой разной конструкции - 91-10S мм.
В 2005 г. зима была теплее обычной на 3,4 °С, осадки превысили норму на 18S,9 %. Снеготаяние началось днем в последней пятидневке марта и прерывалось ночными морозами. 4 апреля, когда температура воздуха днем достигла 4-6 °С, снег оседал и талая вода впитыва-
2. Влияние природных факторов на показатели весеннего стока (в среднем за 1997-2010 гг.)
Фактор
влажность общие глубина Водо- Сток,
Вариант почвы в снего- промер- погло-
слое запасы + зания щение, м м
0-100 см, осадки, почвы, м м
% м м см
Зяблевая вспашка (контроль) 26,8 89 19 87,4 1,6
Зяблевая вспашка + л.п. 27,4 96 16 94,8 1,2
продуваемой конструкции
с мульчой соломы
Зяблевая вспашка + л.п. 26,5 104 15 103,0 1,0
плотной конструкции
Зяблевая вспашка + л.п. 27,5 98 17 96,7 1,3
комбинированной конструкции
В среднем 27,1 97 17 95,7 1,3
Enlieugiaaiea gaiee.p65 8 20.12.2013, 20:54
лась в почву, которая к этому времени оттаяла на 18-20 см. К 9 апреля, когда температура днем поднялась до 17 °С, снег сошел почти полностью, р. Зуша пополнилась снеговой водой, но не вышла из берегов. Неглубокое промерзание почвы, растянутый период снеготаяния и другие факторы способствовали постепенному впитыванию талой воды в почву, не вызывая эрозии.
В 2006 г. перед весенним снеготаянием почва была талая. С 8 по 12 апреля выпало 21 мм осадков в виде дождя снега и мокрого снега. После дождя снег напитался водой и таял быстрее, но с наступлением ночных заморозков прекращался. Высота снега за сутки уменьшилась на 6-9 см, среднесуточное таяние снега составило 7 см. За пять дней снег растаял полностью. Уровень воды в р. Зуша после дождя повысился, и в некоторых местах она вышла из берегов, но бедственного затопления не было. Водопоглощение на контрольных участках зяблевой вспашки в среднем составило ^9 мм, а в таком же варианте с лесной полосой плотной конструкции наибольшее -164 мм. Стока и смыва почвы не наблюдалось.
В 2007 г. снеготаяние началось 3 марта днем при температуре воздуха 2 °С. Днем снег оседал, и талая вода впитывалась в незамерзшую почву. 17 марта снег растаял полностью, вся талая вода просочилась в почву. На стоковых площадках с зяблевой обработкой (контроль) водо-поглощение достигло 78 мм, в варианте зяблевая вспашка + лесная полоса плотной конструкции в почву просочилось наибольшее количество снеговой воды - 87 мм. На таком же агрофоне с лесной полосой комбинированной конструкции водо-поглощение уменьшилось на 3 мм. На стоковых площадках (контроль) водопоглощение было на 8-9 мм меньше по сравнению с зяблевой вспашкой и лесной полосой плотной конструкции.
В 2008 г. промерзание почвы было незначительным. Снеготаяние началось днем 23 февраля, и в первых числах марта почва почти освободилась от снега. За период снеготаяния талая вода постепенно впитывалась в почву. При слабом промерзании (2S-34 см) сток не сформировался.
В 2009 г. перед снеготаянием промерзание почвы было неглубокое. Осадки за период снеготаяния составили 33 мм, в почву просочи-
лось в среднем 138 мм влаги. Водо-поглощение на зяби (контроль) составило 132 мм, а на агрофонах с лесными полосами разных конструкций - от 140 до 148 мм. При слабом промерзании почвы стока талых вод не наблюдалось.
В 2010 г. запасы воды в снеге были в пределах 66-69 мм. На зяблевой вспашке с контурной лесной полосой плотной конструкции снего-запасы были несколько выше по сравнению с другими вариантами. Промерзание почвы в межполосном пространстве на зяби в верхней части 3S-40 см, в средней - 30^ см. В лесной полосе продуваемой конструкции под соломой почва была талой, как и в лесополосе комбинированной и плотной конструкции. Так как перед снеготаянием почва промерзла неглубоко, а местами была талая, сложились хорошие условия для постепенного просачивания воды. На стоковых площадках водопоглощение составило 88-91 мм.
Влияние контурных стокорегули-рующих лесополос и обработки почвы на гидрологические показатели в среднем за 14 лет наблюдений отражено в данных таблиц 1 и 2. Факторы, которые способствовали высокому водопоглощению - слабое промерзание почвы (17 см при снегоза-пасах 97 мм и влажности почвы перед снеготаянием 27,1 %).
В контрольном варианте общие снегозапасы всегда были меньше, а на агрофонах с лесной полосой плотной конструкции - наибольшие. Варианты с контурными лесополосами разных конструкций превышали контроль по снегозапасам на агрофонах с лесополосой продуваемой конструкции на S мм, комбинированной -9 мм и плотной - на ^ мм. Средняя величина поверхностного стока в вариантах опыта была незначительной - 1,3 мм (см. табл. 2).
Таким образом, на участке с серой лесной почвой, находящемся под защитой контурных стокорегулирую-щих лесных полос, сток был очень слабый.
За 14 лет наблюдений было выявлено, что различные конструкции однорядных контурных стокорегулирующих лесных полос из дуба оказывают влияние на распределение и накопление снежного покрова. Более равномерное отложение снега на поле наблюдалось в зоне влияния лесополосы продуваемой конструкции, однако из самой полосы снег выдувался. Лесная полоса плотной конструкции способствовала накоп-
лению снега в самой полосе. Показатели запасов снеговой воды в лесной полосе комбинированной конструкции имели промежуточное положение между вариантами с плотной и продуваемой лесополосами.
Промерзание почвы перед весенним снеготаянием было слабое. Исключение составляет 2003 г., когда почва промерзла до 70 см. На глубину промерзания оказывали влияние сложившиеся погодные условия, сохранность снега при оттепелях, уменьшение скорости ветра в лесной полосе, отепляющее действие подстилки и другие факторы.
Перераспределение влаги в метровом слое почвы происходило от поверхности к нижним слоям. Увлажнение почвы в среднем за 14 лет составило 26^-27^ %. После прохождения снеготаяния в этом же слое влажность почвы претерпевала изменения в сторону уменьшения.
Сложившиеся гидрометеорологические условия зимнего периода с частой сменой отрицательных и положительных температур, неглубокое промерзание почвы перед снеготаянием, медленное таяние снега днем при пасмурной погоде и другие факторы обеспечили впитывание всей талой воды в почву. В 1997-2002 и 2004-2010 гг. поверхностного стока не наблюдалось. В 2003 г. сформировался весенний сток от слабого до умеренного. В среднем за 14 лет водопоглощение на агрофонах с лесополосой плотной конструкции было наибольшим (103 мм), комбинированной - 96,7 мм и продуваемой - 94,8 мм.
Статья поступила в редакцию 02.07.2013
Influence of narrow runoff control contour woodland belts on water absorption, runoff and soil erosion
u
A.I. Petel'ko I
s a
The article presents the long-term data on u the influence of runoff control contour | woodland belts on erosion and hydrological 2 indicators.
Keywords: deposition of snow, freezing, density of soil, runoff, erosion. H
I R
2 Земледелие № I
Enïîëïiçîâàièâ çâiëè.p65 9 20.12.2013, 20:54
