CC BY
20
УДК 631.6.02:556 001: т34736^ЫС.2020.108.1.004.22-25
К вопросу о методике оценки смыва почвы
А. Т. Барабанов, д.с.-х.н., лаборатория защиты почв от эрозии -ФНЦ агроэкологии РАН, г. Волгоград, Россия, [email protected]
Изложена методическая основа исследований в противоэрозионной мелиорации, рассмотрены разные подходы к учету методов стока талых вод и смыва почвы на склонах, где исторически складывались очень пестрые агроэкологические и почвен-но-эрозионныеусловия. Классическая методика полевого опыта, которая предусматривала подбор объектов на ровных участках с одинаковым почвенным покровом на удалении от лесных полос и других лесонасаждений, не могла быть применена для этих условий. Экспериментальная оценка методов учета смыва почвы показала, что метод замера
Разработка системы управления эрозионно-гидрологическим процессом путем регулирования поверхностного стока талых вод с целью предотвращения эрозии почвы должна осуществляться на основе знания закономерностей его формирования. Эта проблема является фундаментальной, очень актуальной и до сих пор нерешенной. Для ее решения необходимо выявить влияние природных и антропогенных факторов на сток и смыв почвы. Для этого необходимо проведение фундаментальных и прикладных исследований. Методологической основой исследований в противоэрозионной мелиорации является система методов, заимствованных из разных наук, модифицированных и адаптированных в соответствии с поставленными целями и задачами: агролесомелиорации, земледелия, почвоведения, гидрологии, физики, химии, математики, геологии, географии и др.
Материалы и методы исследований. Вопрос о методах эрозионно-гидрологических исследований имеет большое значение. Противоэрозионная мелиорация - научная дисциплина, разрабатывающая теоретические основы борьбы с эрозией почв применением комплекса мероприятий, основой которых являются адаптивно-ландшафтная организация территории и защитные лесные насаждения. Они служат экологическим каркасом. Это сложные системы, исследование которых требует применения новых методических подходов. Классическая методика полевого опыта, которая предусматривала подбор объектов на ровных участках с одинаковым почвенным покровом на удалении от лесных полос и других лесонасаждений, не могла быть применена на склонах, где складывались очень пестрые агроэкологические и почвенно-эро-зионные условия. Наши исследования основываются на разработке методических подходов, теоретических положений, выполнении экспериментов, обобщении литературных данных, обосновании
водороин дает завышенные результаты. Более точные результаты получаются по методу определения мутности твердого стока, хотя в ряде случаев он дает заниженные показатели смыва почвы. Анализ всех материалов указывает на целесообразность применения обоих методов определения смыва одновременно и на необходимость совершенствования методов учета смыва.
Ключевые слова: противоэрозионная мелиорация, водно-балансовый метод, методы определения смыва почвы, противоэрозионный комплекс, эрозионно-гидрологический процесс.
применения новых приемов защиты почв от эрозии. В своих исследованиях мы раскрываем генезис явлений и процессов, находим причины их проявления, определяем факторы, на которые необходимо воздействовать, чтобы управлять этими процессами. Для этого необходимо совершенствование методов исследований.
Сейчас широко распространены статистический, генетический и системный подходы. Статистические методы основываются на законе больших чисел и допущении случайности проявления гидрологических процессов. Эти методы сыграли большую роль в гидрологии, особенно при недостатке исходных материалов для теоретических исследований. Однако они не позволяют познать генезис процесса, выявить причинно-следственные связи. Поэтому они не могли удовлетворить потребности гидрологии и для решения фундаментальных проблем требовалось развитие теоретических исследований. Генетический подход получил пока малое распространение. Его мы использовали при изучении закономерности формирования стока и эрозии. Это позволяет научиться управлять эрозионно-гидро-логическими процессами, разрабатывать новые приемы борьбы с эрозией почв. Для оценки эффективности полного комплекса противоэрозионных мероприятий, выявления взаимосвязи его элементов мы использовали принципы системного подхода. Он заключался в проведении многофакторных опытов и корреляционно-регрессионом анализе полученных в них материалов.
Для гидрологического обоснования системы управления эрозионно-гидрологическим процессом необходимо изучение вопроса о влиянии ее на поверхностный сток талых вод и эрозию почвы. Гидрологическим исследованиям посвящено много работ, и они имеют довольно длительную историю. Они были посвящены в основном стоку рек. Исследованию поверхностного стока и смыва почвы на сельскохозяйственных
угодьях в связи с влиянием природных и антропогенных факторов уделяли мало внимания. Многими учеными проводились исследования с целью гидрологического обоснования различных приемов и элементов противоэрозионных комплексов [1-3, 5, 7]. В дальнейшем эти исследования получили более широкое развитие и продолжаются и поныне. Методической основой этих исследований является водно-балансовые методы: метод стоковых площадок, малых и больших водосборов и др. Эти методы в гидрологии хорошо отработаны и позволяют получать довольно точные результаты.
Результаты и их обсуждение. Методика изучения смыва почвы отработана слабее. В настоящее время он в основном учитывается двумя методами: по водороинам и по мутности стока. Как правило, в исследованиях используется один из этих методов. До конца 50-х гг. ХХ в. в основном применялся метод замера водороин. Затем, когда в эрозионных исследованиях все более широкое распространение стал получать метод стоковых площадок, смыв почвы чаще стал определяться по мутности стока. Рассматриваемые методы не являются равноценными. Некоторые исследователи применяют их одновременно.
Оценку этим методам давали многие исследователи [4, 6-10]. Г. П. Сурмач [9] рекомендовал применять оба метода. А. Г. Рожков [8], сравнивая их, считал, что «метод замера водороин является единственным широко доступным методом, позволяющим объективно выявить участки склонов с различной интенсивностью смыва почвы после каждого ливня или снеготаяния на зяби, парах, в садах, на пропашных культурах, а также на посевах густопокровных культур в ранней стадии их развития, т. е. на наиболее эрозионно-опасных угодьях. Но он практически неприменим на сенокосах, пастбищах и в лесах. Метод учета смыва по мутности воды на стоковых площадках позволяет получать интегральную величину смыва с любого угодья, но не пригоден для выявления участков склона с разной интенсивностью эрозии». Он считал также, что пользуясь обоими методами учета смыва, можно объективно давать относительную противоэрозионную оценку изучаемых приемов, однако эти данные нельзя использовать для расчета фактического смыва с площади всего склона. Н. М. Шелякин [10], проанализировав разные методы учета смыва, рекомендует применять два метода: по мутности стока и по водороинам. При этом он считает, что учет смыва по мутности стока дает достоверные данные по величине смыва со всего склона при условии установки стокового оборудования на ложбинных водосборах. Учет же смыва по водороинам, по его мнению, желательно проводить в разных частях водосбора на вторичных склонах при отсутствии на них стоковых площадок.
В. Н. Дьяков [6], сравнивая два метода учета смыва, пришел к выводу, что «смыв, учтенный по мут-
ности с естественных водосборов по остаточному стоку, не характеризует его величины на различных элементах рельефа, особенно при наличии лесных полос на склонах теневых экспозиций, и имеет значение в основном при учете наносов, поступающих в гидрографическую сеть». Наиболее приемлемым он считает метод учета смыва по водороинам.
Нами, начиная с 1964 г., осуществлялась сравнительная оценка двух методов учета смыва. Рассмотрим здесь часть материалов, полученных на Новосильской ЗАГЛОС им. А. С. Козменко, где проводилось изучение смыва почв параллельно по методу водороин и по мутности твердого стока на стоковых площадках в связи с различным характером обработки почвы (таблица). В результате проведенных наблюдений можно сказать следующее. Замер водороин позволяет получить интегральный показатель смыва за период, а по мутности можно проследить за динамикой выноса почв во времени. При определении смыва по водороинам часто очень трудно учесть переотложение мелкозема, что приводит к завышению выноса почвы со склона. К ошибке при измерении водороин приводит также замер так называемой «пустоты». Дело в том, что при поверхностном стоке часто водороины приурочены к разного рода микропонижениям, образующимся при обработке почвы, к следам почвообрабатывающих орудий, т. е. общий объем водороин получается, как правило, больше объема вынесенной почвы.
Если судить о выносе почвы с поля по мутности стока, то можно также допустить ошибку. Обычно мутность определяется в замыкающем створе балки, лощины, ложбины, стоковой площадки. Однако в понижениях часто накапливается больше снега, которым кольматируется мелкозем. Иначе говоря, со склона мелкозем вынесен, но он отложился (кольматировался) выше замыкающего створа, например на берегу гидрологической сети, и не был зарегистрирован. Бывает и так, что на стоковой площадке в нижней ее части накапливается больше снега, чем в верхней, вследствие чего до водослива доходит частично отфильтрованная вода. Подобная ситуация наблюдается, когда в нижней части склона имеется прибалочная лесополоса. Если определять мутность стока в замыкающем створе ниже лесополосы, то можно сделать ошибочный вывод о том, что смыва почвы с поля не было вовсе или он был совершенно незначительным.
Заключение. Оценивая эти методы в целом, следует сказать, что метод замера водороин дает завышенные результаты. Более точные результаты получаются по методу определения мутности твердого стока, хотя в ряде случаев он дает заниженные показатели смыва почвы. Анализ всех материалов указывает на целесообразность применения обоих методов определения смыва одновременно и на необходимость совершенствования методов учета смыва.
Таблица - Сравнительная оценка методов учета смыва почвы
Год Метод учета смыва
по водороинам по мутности стока, т/га
м3/га т/га
Отвальная вспашка поперек склона на глубину 25-27 см
1967 7,2 9,4 0,42
1968 0 0 0
1969 0,3 0,4 0,25
1969 0,9 1,2 0,11
1970 1,8 2,3 0,79
1970 3,0 3,9 0,83
1971 5,5 7,1 1,13
1971 4,4 5,7 0,61
1972 0 0 0,04
1973 3,3 4,3 0,32
1974 4,2 5,5 0,60
То же + прерывистое бороздование поперек склона через 3-4 м
1967 12,7 16,5 0,71
1968 0 0 0
1969 1,7 2,2 0,53
1970 3,2 4,2 1,02
Гребнистая вспашка поперек склона
1968 0 0 0
1969 1,6 2,1 0,11
1970 2,6 3,4 0,95
1971 2,9 3,8 0,80
1972 0 0 0,13
1973 10,0 13,0 0,68
1974 2,0 2,6 0,49
Лункование зяби
1969 2,0 2,5 0,33
1969 1,5 1,9 0,12
1970 2,9 3,8 0,82
1970 3,3 4,5 0,76
1971 1,0 1,3 1,01
1972 0 0 0,06
1973 1,3 1,7 0,76
1974 1,8 2,3 0,27
Литература:
1. Барабанов А.Т. Научные основы управления эро-зионно-гидрологическим процессом // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. - № 1(33). - С. 33-38.
2. Барабанов А.Т. Эрозионно-гидрологическая оценка взаимодействия природных и антропогенных факторов формирования поверхностного стока талых вод и адаптивно-ландшафтное земледелие. Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2017. - 188 с.
3. Гаршинёв Е. А. Эрозионно-гидрологический процесс и лесомелиорация: Теория и модели. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 1999. - 196 с.
4. Демидов В. В. Закономерности эрозии почв лесостеп-
ной зоны при снеготаянии как научная основа системы почвозащитных и природо-охранных мероприятий: авто-реф. дис. ... д. б. н. - М., 2000. - 47 с.
5. Долгов С.В., Коронкевич Н.И., Барабанова Е.А. Современные изменения поверхностного стока и инфильтрации талых вод на сельскохозяйственных угодьях в лесостепной и степной зонах Русской равнины и их последствия // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. - 2018. - №4. - С. 78-91.
6. Дьяков В. Н. К вопросу об учете смыва почв // Комплекс противоэрозионных мероприятий в действии: сб. науч. тр. УкрНИИЗПЭ. - Т. 2. - Ворошиловград: УкрНИИЗ-ПЭ, 1985. - С. 17-18.
7. Панов В.И. Потери атмосферных осадков с незащищённых полей в степном засушливом субрегионе, их су-
щественное снижение и стабилизация гидроресурсного потенциала земледелия созданием лесомелиорирован-ных (лесоаграрных) бассейновых агроэколандшафтов // Известия Самарского научного центра РАН. - 2016. -Т.18. - № 2(2). - С.472-478.
8. Рожков А. Г. К вопросу об учете стока воды и смыва почвы // Комплекс противоэрозионных мероприятий в действии: сб. науч. тр. УкрНИИЗПЭ. - Т. 2. - Ворошиловград: УкрНИИЗПЭ, 1985. - С. 5-6.
9. Сурмач Г. П. Методика изучения водорегулирующей и противоэрозионной эффективности лесных полос и агротехнических приемов. - Волгоград, 1967. - 39 с.
10. Шелякин Н. М. Проблема учета стока воды и смыва почвы при изучении эрозионных процессов // // Комплекс противоэрозионных мероприятий в действии: сб. науч. тр. УкрНИИЗПЭ. - Т. 2. - Ворошиловград: УкрНИИЗПЭ, 1985. - С. 25-26.
To the Issue of the Methodology for Soil Flushing Assessing
A. T. Barabanov, D.S-Kh.N, [email protected], laboratory of soil protection against erosion erosion -Federal Scientific Center of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences (FSC of Agroecology RAS), Volgograd, Russia.
Abstract. With regard to anti-erosion reclamation, the methodological basis of research is described, and different approaches are considered to account the methods of melt water runoff and soil flushing on slopes. Very diverse agroecological and soil-erosion conditions have historically developed there. For these conditions, the classical method of field experience could not be applied because of the requirements for selecting objects on flat areas with the same soil cover at a distance from forest strips and other forest plantations. An experimental evaluation of methods for soil flushing accounting has shown that the method of water pothole measuring gives inflated results. More accurate results are obtained by the method of determining the turbidity of solid runoff , although it gives understated indicators of soil flushing in some cases. The analysis of all materials indicates the reasonability of parallel using these two methods for determining the flushing and the need to improve the methods of flushing accounting.
Keywords: soil flushing, anti-erosion reclamation, water-balance method, methods for soil flushing determining, anti-erosion complex, erosion-hydrological process
Translation of Russian References:
1. Barabanov A. T. Nauchnye osnovy upravleniya erozionno-gidrologicheskim processom [Scientific basis for the control of erosion and hydrological process] // Proceedings of the Lower Volga agrarian university complex: science and higher professional education. - 2014. - No. 1(33). - Pp. 33-38.
2. Barabanov A. T. Erozionno-gidrologicheskaya ocenka vzaimodejstviya prirodnyh i antropogennyh faktorov formirovaniya poverhnostnogo stoka talyh vod i adaptivno-landshaftnoe zemledelie [Erosion and hydrological assessment of the interaction of natural and anthropogenic factors according to formation of meltwater surface runoff and adaptive landscape agriculture]. Volgograd: FSC of Agroecology of RAS, 2017. - 188 p.
3. Harshinyov E. A. Erozionno-gidrologicheskij process i lesomelioraciya: Teoriya i modeli [Erosion and hydrological process and forest melioration: a Theory and model]. -Volgograd: VNIALMI, 1999. - 196 p.
4. Demidov V. V. Zakonomernosti erozii pochv lesostepnoj zony pri snegotayanii kak nauchnaya osnova sistemy
pochvozashchitnyh i prirodo-ohrannyh meropriyatij [Regularities of soil erosion within a forest-steppe zone during snowmelt as a scientific basis for the system of soil and nature protection measures]: author's abstract of dissertation of biological Sciences doctor - M., 2000. - 47 p.
5. Dolgov S. V., Koronkevich N. I., Barabanova E. A. Sovremennye izmeneniya poverhnostnogo stoka i infil'tracii talyh vod na sel'skohozyajstvennyh ugod'yah v lesostepnoj i stepnoj zonah Russkoj ravniny i ih posledstviya [Modern changes in surface runoff and infiltration of melt water on agricultural land in forest- steppe and steppe zones of the Russian plain and their consequences ] // Water management of Russia: problems, technologies, management. - 2018. - No 4. - Pp. 78-91.
6. Dyakov V. N. K voprosu ob uchete smyva pochv [To the issue of soil flushing accounting] // Complex of antierosion measures in action: collection of proceedings of the UkrNIIZPE. - Vol. 2. - Voroshilovgrad: UkrNIIZPE, 1985. -Pp. 17-18.
7. Panov V. I. Poteri atmosfernyh osadkov s nezashchi shchyonnyh polej v stepnom zasushlivom subregione, ih sushchestvennoe snizhenie i stabilizaciya gidroresursnogo potenciala zemledeliya sozdaniem lesomeliorirovannyh (lesoagrarnyh) bassejnovyh agroekolan-dshaftov [Losses of atmospheric rainfall from unprotected fields within steppe arid territories of the region, their significant reduction and stabilization of the hydro-resource potential of agriculture by creating of forest-reclaimed (forest-agrarian) basin agroecolandscapes] // News of Samara scientific center of the Russian Academy of Sciences. - 2016. - Vol. 18. - No. 2(2). - Pp. 472-478.
8. Rozhkov A. G. K voprosu ob uchete stoka vody i smyva pochvy [To the issue of accounting of water runoff and soil flushing] // Complex of anti-erosion measures in action: collection of proceedings of UkrNIIZPE. - Vol. 2. -Voroshilovgrad: UkrNIIZPE, 1985. - P. 5-6.
9. Cormach G. P. A methodology for the study of water control and anti-erosion effectiveness of forest strips and farming practices. - Volgograd, 1967. - 39 p.
10. Shelyakin N. M. Problema ucheta stoka vody i smyva pochvy pri izuchenii erozionnyh processov [The problem of accounting of water runoff and soil flushing in case of the study of erosion processes] // Complex of anti-erosion measures in action: collection of proceedings of UkrNIIZPE -Vol. 2. - Voroshilovgrad: UkrNIIZPE, 1985. - Pp. 25-26.
