CC BY
266
ЗЕМЕЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО
УДК 631.459 001: 10.24411/2587-6740-2018-11003
ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭРОЗИИ ПОЧВЫ
И.В. Фетюхин, В.В. Черненко
ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет», Ростовская область, Россия
В статье приводятся сведения о последствиях развития эрозии почвы и причинах ее проявления. Выявлены естественные и антропогенные факторы развития водной эрозии и дефляции. Установлены причины развития эрозионных процессов, которые позволяют выявить потенциально опасные для развития эрозии территории и своевременно применять комплекс почвозащитных мероприятий. Проведен анализ современных методов моделирования и прогнозирования развития эрозии почвы и дефляции. Особая роль в адаптивно-ландшафтных системах земледелия отводится растительному покрову культур, который повышает устойчивость почвы к развитию эрозии и дефляции. Оценка почвозащитного влияния сельскохозяйственных культур проводится с помощью показателя средневзвешенного проективного покрытия.
Ключевые слова: водная эрозия, дефляция, почвозащитные мероприятия, моделирование, прогнозирование, факторы эрозии, проективное покрытие.
Введение
К наиболее распространенным видам деградации почв относятся эрозия и дефляция. Эти негативные явления наносят огромный экономический и экологический ущерб, угрожают самому существованию почвы как основному средству сельскохозяйственного производства и незаменимому элементу биосферы.
Наибольшее распространение эрозия почв получила в последние 100-150 лет в результате неконтролируемой вырубки лесов и интенсивной распашки земель, которые привели к нарастанию аридности климата, а также под влиянием нерационального использования естественных кормовых угодий [5].
По степени проявления различают нормальную (естественную) и ускоренную (антропогенную) эрозию почвы. Нормальная эрозия протекает очень медленно и практически большого вреда не приносит, так как не превышает темпов почвообразовательного процесса. Ускоренная эрозия возникает, как правило, в результате антропогенного воздействия человека и протекает чрезмерно быстро. Эрозионные процессы при нормальной эрозии протекают в течение столетий, а при ускоренной в короткий период могут привести к катастрофической ситуации [2, 7, 10].
По подсчетам французского ученого А. Горрена, за последнее столетие водная и ветровая эрозия уничтожила почву на площади около 2 млрд га, или 15% суши, 27% земель сельскохозяйственного использования. Ежегодно с поверхности земли ветром и водой выносится свыше 3 млрд т почвы, то есть 2 раза больше, чем восстанавливается в естественном почвообразовательном процессе, для земледелия становятся непригодными более 200 тыс. га земель.
По данным государственного учета земель, на 1 января 2017 г. общая площадь эрозионно-опасных земель в структуре России составляет более 65% от общей площади сельскохозяйственных угодий, в том числе пашни — 71%. Всего подвержено водной эро-
зии 25% площади сельскохозяйственной угодий, из них пашни — 20%. Дефляция распространена на 8,5% площади сельхозугодий, из них пашни подвержено 8,2%. Совместное проявление водной эрозии и дефляции наблюдается на 4% площади сельскохозяйственных угодий. В результате эрозионных процессов на землях сельскохозяйственного назначения ежегодные потери плодородной почвы в России достигают 1,5 млрд т.
Глобальное изменение почвенного и растительного покрова в результате распашки земель является основной причиной антропогенного характера проявления эрозии почвы в процессе сельскохозяйственного производства. История земледелия знает множество фактов, когда нерациональное использование земель приводило к катастрофической обстановке. В 1930-е годы в течение четырех лет в прериях США и Канады возникали катастрофические пыльные бури, получившие название «Пыльный котел». В СССР в 1960-е годы экстенсификация земледелия путем распашки целинных земель привела к деградацион-ным процессам на десятках миллионов гектар пашни.
Результаты и обсуждение
Анализ хозяйственной деятельности человека и особенности биоклиматического потенциала региона позволили выявить основные причины природного (естественного) и антропогенного характера, влияющие на проявление и интенсивность развития эрозионных процессов (табл. 1, 2). Эти сведения позволяют выявить потенциально опасные для развития эрозии территории и своевременно применять комплекс почвозащитных мероприятий.
Для прогнозирования эрозионных процессов и предупреждения их развития, а также разработки эффективных агротехнических мер по защите почв от эрозии и дефляции необходимы глубокие научные исследования в этой области. Одним из перспективных направлений прогнозирования развития эрози-
онных процессов является метод математического моделирования.
Так, в США, в результате многолетних исследований было получено эмпирическое уравнение (1) позволяющее моделировать потери почвы в результате водной эрозии (уравнение Уишмейра-Смита):
А = ИК5СР,
(1)
где А — величина смыва почвы с единицы площади, И — фактор осадков, К — фактор эродируемости почв, I — фактор крутизны склона, 5 — фактор длины склона, С — фактор севооборота, Р — фактор почвозащитных мероприятий [6].
Применение данного уравнения в разных почвенно-климатических условиях позволяет выявить проблему развития водной эрозии.
Дефляция почв характерна, в первую очередь, для аридных территорий со среднегодовым количеством осадков менее 300 мм. Проявляется дефляция в виде пыльных или черных бурь, а также повседневной ветровой эрозии. На территории Ростовской области процессам дефляции подвержены почвы преимущественно в восточной и южной зонах области.
Для моделирования процессов дефляции используют данные факторов ее развития. Уравнение (2) позволяет прогнозировать потери почвы в зависимости от ряда факторов:
0 = 1 (Е1КШ),
(2)
где 0 — возможные потери почвы от ветровой эрозии за год с единицы поверхности т/га; Е — дефлируемость почв, зависящая от ее комковатости, гранулометрического состава, наличия почвенной корки и др.; I — коэффициент крутизны склона; К — коэффициент грунтовой шероховатости; С — климатический индекс ветровой эрозии почв, зависящий от средней скорости ветра и влажности почвы; L — длина незащищенной части поля в направлении ветра; V — почвозащитный эквивалент растительного покрова и растительных остатков [3].
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (361) / 2018
LAND RELATIONS AND LAND MANAGEMENT
Основная причина обострения экологических проблем землепользования на эрозионных агроландшафтах связана с неправильным размещением культур в севооборотах и технологией обработки почвы без учета местных условий, в частности, ее способности противостоять негативным антропогенным и природным воздействиям [4, 8].
К перспективным направлениям исследований в области защиты почв от эрозии и дефляции следует отнести разработку и внедрение адаптивно-ландшафтных систем зем-
леделия. В основе этих систем лежит трансформация агроланшафта путем его адаптации к природным условиям территории, восстановления и сохранения равновесия в экосистемах и создания условий для воспроизводства почвенного плодородия.
Важнейшим элементом адаптивно-ландшафтных систем земледелия является почвозащитный севооборот. Растительный покров культур в севообороте повышает устойчивость почвы к развитию эрозии и дефляции. Чем мощнее растительный покров, выше проектив-
ное покрытие почвы, дольше вегетирующие растения находятся на поле, тем выше почвозащитная способность культур. Защиту почвы растениями от эрозии выражают коэффициентом эрозионной опасности (КЭО). Чем выше КЭО, тем ниже почвозащитная способность культур. Наименьшим КЭО обладают многолетние травы (0,01-0,05) и озимые зерновые (0,20,3), а наименьшим — пропашные культуры (0,7-0,9). Для чистого пара КЭО равен 1,0.
Оценка почвозащитного влияния сельскохозяйственных культур проводится с по-
Таблица 1
Естественные факторы и причины развития водной эрозии и дефляции
Факторы развития водной эрозии и дефляции Причины развития дефляции Причины развития водной эрозии
Климатические условия - скорость ветра более 5 м/с и его продолжительность более 30 дней; - аридность климата (количество осадков менее 300 мм/год); - резкий переход от положительных температур к отрицательным. - ливневый характер осадков; - большой снеговой покров при высоком содержании воды в снеге; - интенсивное таяние снега в весенний период.
Почвенные условия - содержание в структуре почвы менее 26% эрозионно-опасных фракций (менее 1 мм); - низкая связность, влагоемкость и водоудерживающая способность почвы; - низкое содержание гумуса. - неводопрочная структура с высоким содержанием почвенных частиц менее 0,25 мм; - переуплотненные почвы; - низкое содержание гумуса; - промерзание почвы на большую глубину в период интенсивного таяния снежного покрова.
Рельеф местности - равнинный рельеф; - наличие ветроударных коридоров; - рельеф с мягко очерченными водоразделами, разделяющими пологосклонные долины; - наличие ветроударных склонов. - большая площадь водосбора; - значительная расчлененность территории; - наличие оврагов и глубоких промоин; - большая крутизна склонов и их длина.
Растительный покров - продолжительный период отсутствия растительного покрова на пахотных землях; - слабое проективное покрытие вследствие изреженности или плохого развития растений; - низкая степень облесенности территории. - высокая степень распаханности склонов и, как следствие, отсутствие естественной растительности; - изреженность и плохое развитие растений.
Авторская разработка.
Таблица 2
Антропогенные факторы и причины развития водной эрозии и дефляции
Факторы развития водной эрозии и дефляции Причины развития дефляции Причины развития водной эрозии
Организация земельной территории - преобладание прямолинейной и прямоугольной организации территории при нарезке полей и размещении полевых дорог; - не учитываются особенности агроландшафта при проведении лесомелиоративных работ. - преобладание прямолинейной и прямоугольной организации территории; - вовлечение в интенсивное сельскохозяйственное использование земель с уклоном местности более 50; - отсутствие гидротехнических противоэрозионных сооружений.
Механическая обработка почвы - интенсивная обработки почвы; - разрушение структуры почвы движителями сельскохозяйственных машин и орудий; - обработка переувлажненной или пересушенной почвы; - заделка в почву стерни и сжигание соломы. - распашка склоновых почв; - переуплотнение почв; - образование «плужной подошвы».
Система севооборотов - не учитывается почвозащитная способность культур; - низкая доля стерневых предшественников в севооборотах; - насыщение севооборотов пропашными культурами. - преобладание в структуре посевных площадей культур с коротким периодом вегетации и чистых паров; - отсутствие в структуре посевных площадей промежуточных культур. - преобладание в севооборотах пропашных культур на склоновых почвах; - сокращение площади под многолетними травами.
Использование естественных кормовых угодий - распашка естественных кормовых угодий; - нарушение сроков стравливания пастбищ; - препятствие обсеменению ценных кормовых культур вследствие нарушения периодичности и сроков скашивания; - отсутствие агротехнических мероприятий по улучшению естественных кормовых угодий.
Авторская разработка.
12 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 1 (361) / 2018 www.mshj.ru
ЗЕМЕЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО
^txw
мощью показателя средневзвешенного проективного покрытия, определяемого для эрозионно-опасных периодов по формуле (3):
„ P,S, + PS +... + PS
Р 11 2 2_1Ц1
СР.ВЗ.
100
(3)
где Р1Р£З — средневзвешенное проектирование покрытие почвы; Р]2п — среднее проективное покрытие почвы' культурой по месяцам или декадам эрозионно-опасного периода; 5 — площади, занимаемые культурой, в % от посевной площади или площади севооборота [1].
Одним из наиболее передовых источников информации об эрозионном состоянии сельскохозяйственных земель являются данные дистанционного зондирования земли. Использование технологий космического сельскохозяйственного мониторинга позволяет вести оперативный мониторинг за интенсивностью эрозионных процессов, выявлять особенности их развития с учетом специфики ландшафта и хозяйственной деятельности человека, своевременно принимать меры по их предотвращению, формировать информационную базу.
Заключение
Таким образом, знание факторов и причин развития эрозии почвы и дефляции, а также применение современных методов моделирования и прогнозирования эрозионных процессов, в том числе с использованием геоинформационных систем, позволит своевременно проводить комплекс предупредительных мероприятий по защите земель сельскохозяйственного назначения от эрозии, контролировать развитие деградационных почвенных процессов на перспективу; планировать систему лесомелиоративных и агротехнических почвозащитных мероприятий; оптимизировать организацию системы землепользования. Внедрение адаптивно-ландшафтных систем земледелия позволит максимально учитывать биоклиматический потенциал региона при организации агротехнических почвозащитных мероприятий.
Литература
1. Балакай Н.И. Оценка интенсивности проявления эрозии и почвозащитное действие сельскохозяйственных культур. Краснодар: КубГАУ, 2011. № 65 (01). Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/01/pdf/03.pdf
2. Ганжара Н.Ф. Почвоведение. М.: Агроконсалт, 2001. 392 с.
3. Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию: учебу^ пособие. Изд. 2-е. М.: Агропромиздат, 1987. 383 с.
4. Каштанов А. Н., Заславский М.Н. Почвоохранное земледелие. М.: Россельхозиздат, 1984. 462 с.
5. Ларешин В.Г., Шуравилин А.В. Пути снижения деградации и современные технологии повышения плодородия почв в антропогенных ландшафтах субтропической и тропической зон: учебу^ пособие. М.: РУДН, 2008. 263 с.
6. Никитин Н.А., Пурыгин П.П., Шарипова С.Х., Ша-талаев И.Ф. Эрозия почв, ее виды, методы прогнозирования. Эрозия почв полосы отвода железных дорог и результаты ее проявления // Естественные и технические науки. 2009. № 2. С. 135-137.
7. Полуэктов Е.В. Эрозия и дефляция агроланд-шафтов Северного Кавказа: монография. Новочеркасск: НГМА, 2003. 298 с.
8. Фетюхин И.В., Фурсов Д.Р. Эффективность способов обработки склоновых почв при возделывании подсолнечника. В сборнике: Инновации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур: материалы Международной научно-практической конференции. пос. Персиановский, 2015. С. 293-298.
9. Arnoldus D.V. Predicting soil losses due to sheet and rill erosion. FAO Conservation Guide. Vol. 1. 1977.
10. Clark E.N. Soil erosion: off-site environmental effects. Agricultural soil loss processes. 1987. 89 p.
Об авторах:
Фетюхин Игорь Викторович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия и технологии хранения растениеводческой продукции, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0003-4975-8085, [email protected]
Черненко Владимир Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры земледелия и технологии хранения растениеводческой продукции, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0002-7263-1974, [email protected]
FACTORS OF DEVELOPMENT MODELING AND FORECASTING SOIL EROSION
I.V. Fetyukhin, V.V. Chernenko
Don state agrarian university, Rostov region, Russia
The information about consequences of development of soil erosion and the reasons of her manifestation are provided in article. Natural and anthropomorphic factors of the development of water erosion and deflation are revealed. The reasons for the development of erosion processes are established. They allow to identify potentially dangerous areas for the development of erosion and to apply a complex of soil-protective actions well-timed. The analysis of modern methods of modeling and forecasting of development of soil erosion and deflation have been made. The special role in adaptive landscape systems of agriculture is assigned to the vegetation cover of crops, which increases the resistance of the soil from the development of erosion and deflation. Assessment of soil-protective influence of crops is carried out by means of an indicator of the average projective covering. Assessment of soil-protective influence of crops is carried out by an indicator of the average projective covering.
Keywords: water erosion, deflation, soil-protection measures, modeling, forecasting, factors of erosion, projective cover.
References
1. Balakaj N.I. Assessment of intensity of erosion and conservation action in agricultural crops. Krasnodar: Kub-SUA. 2011. No. 65 (01). Access mode: http://ej.kubagro. ru/2011/01/pdf/03.pdf
2. Ganzhara N.F. Soil Science. Moscow: Agroconsult, 2001. 392 p.
3. Dospekhov B.A., Vasilev I.P., Tulikov A.M. Workshop on farming: tutorial. Moscow: Agropromizdat, 1987. 383 p.
4. KashtanovA.N.,Zaslavskij M.N. Soil-protecting agriculture. Moscow: Rosselkhozizdat, 1984. 462 p.
5. Lareshin V.G., Shuravilin A.V. Ways to reduce degradation and modern technologies for increasing soil fertility in anthropogenic landscapes of the subtropical and tropical zones: tutorial. Moscow: RUDN, 2008. 263 p.
6. Nikitin N.A., Purygin P.P., Sharipova S.Kh., Shata-laev I.F. Soil erosion, its types, prediction methods. Erosion of soils of the railroad diversion strip and the results of its manifestation. Estestvennye i tekhnicheskie nauki =Natural and technical sciences. 2009. No 2. Pp. 135-137.
7. Poluektov E.V. Erosion and deflation of agro-landscapes of the North Caucasus: monograph. Novocherkassk: NGMA, 2003. 298 p.
8. Fetyukhin I.V., Fursov D.R. Effectiveness of methods for processing slope soils in the cultivation of sunflower. Innovations in technologies of cultivation of agricultural crops: materials of the International scientific and practical conference. Percianovsky, 2015. Pp. 293-298.
9. Arnoldus D.V. Predicting soil losses due to sheet and rill erosion. FAO Conservation Guide. Vol. 1. 1977.
10. Clark E.N. Soil erosion: off-site environmental effects. Agricultural soil loss processes. 1987. 89 p.
About the authors:
Igor V. Fetyukhin, doctor of agricultural sciences, professor of the department of agriculture and technology storage of plant production, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4975-8085, [email protected]
Vladimir V. Chernenko, candidate of agricultural sciences, associate professor of the department of agriculture and technology storage of plant production, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7263-1974, [email protected]
- 13
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (361) / 2018
