К вопросу о стокорегулирующей роли лесомелиоративных и агротехнических противоэрозионных мероприятий

Барабанов А.Т.; Фомин С.Д.; Кулик А.В.; Выпова А.В.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

13. The combination of limited irrigation and high plant density optimizes canopy structure and improves the water use efficiency of cotton / Zongkui C.,Yuping N., Ruihai Z. Chunli H. at al. // Agricultural Water Management. 2019. Vol. 218. Р. 139-148.

14. Timothy S.G., Robert J.L. Rainwater use by cotton under subsurface drip and center pivot irrigation // Agricultural Water Management. 2019. Vol. 215. Р. 1-7.

15. Water productivity, growth, and physiological assessment of deficit irrigated cotton on hyperarid desert-oases in northwest China / S. Muhammad, G. Dongwei, Z. Fanjiang, W. Muhammad at al. // Agricultural Water Management. 2018. Vol. 206. Р. 1-10.

Информация об авторах Овчинников Алексей Семенович, член-корреспондент РАН, ректор Волгоградского государственного аграрного университета (РФ, 400002, г. Волгоград, пр. Универсистетский, 26), доктор сельскохозяйственных наук, профессор

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7566-108X E-mail: aleksov50@mail.ru

Ходяков Евгений Алексеевич, профессор кафедры «Мелиорация земель и комплексное использование водных ресурсов» Волгоградского государственного аграрного университета (РФ, 400002, г. Волгоград, пр. Университетский, д. 26), доктор сельскохозяйственных наук, профессор 0RCID:https://orcid.org/0000-0003-2213-7860 E419829@yandex.ru

Милованов Сергей Геннадьевич, лаборант кафедры "Мелиорация земель и комплексное использование водных ресурсов» Волгоградского государственного аграрного университета (РФ, 400002, г.Волгоград, пр. Университетский, д. 26)

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3916-2619 redas008@mail.ru

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

УДК 631.6.02 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-03-2

К ВОПРОСУ О СТОКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ РОЛИ ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ И АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

TO THE ISSUE OF THE STOCK-REGULAITING ROLE OF FOREST RECLAMATION AND AGROTECHNICAL ANTI-EROSION MEASURES

А.Т. Барабанов1, доктор сельскохозяйственных наук С.Д. Фомин2, доктор технических наук А.В. Кулик1, кандидат сельскохозяйственных наук А.В. Выпова3, соискатель

A.T. Barabanov1, S.D. Fomin2, A.V. Kulik1, A.V. Vypova3

1Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук, г. Волгоград 2Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград 3Новосильская зональная агролесомелиоративная опытная станция - филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук», г. Мценск

1Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences», Volgograd 2Volgograd State Agrarian University, Volgograd 3Novosil zonal agroforestry research station - branch of Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Center of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the

Russian Academy of Science», Mcensk

Дата поступления в редакцию 23.07.2019 Дата принятия к печати 04.09.2019

Received 23.07.2019 Submitted 04.09.2019

Формирование поверхностного стока талых вод происходит под воздействием природных и антропогенных факторов. Характер снегоотложения, глубина промерзания и влажность почв, вид пашни определяют степень развития эрозии в каждой природной зоне. Так, средние величины сто-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

ка с уплотненной пашни в зональном разрезе снижаются с 30 мм в лесостепи до 15 мм в полупустыне. В результате исследований установлены функциональные зависимости между поверхностным стоком с зяби и уплотненной пашни. Полученное уравнение позволяет на основе знания значения стока по одному виду пашни рассчитать его по-другому. Обоснована противоэрозионная эффективность лесомелиоративных мероприятий. Выявлены основные параметры лесных насаждений, влияющих на характер снегоотложения, снегопереноса, изменения глубины промерзания в поле и самом лесонасаждении. Определены пути управления эрозионно-гидрологическим процессом средствами лесомелиорации. Рассмотрена эффективность воздействия зяблевой вспашки, создания искусственного микрорельефа на зяби, щелевания на природные факторы формирования поверхностного стока талых вод. Установлена их низкая противоэрозионная эффективность. Из имеющихся агротехнических мероприятий для снижения эрозии почв целесообразно использовать плоскорезную обработку. Для зарегулирования стока на водосборе необходимо осуществлять комплекс противоэрозионных мероприятий.

The formation of surface run-off of meltwater occurs under the influence of natural and anthropogenic factors. The nature of snow deposition, the depth of freezing and soil moisture, the type of arable land determine the degree of development of erosion in each natural zone. So, the average runoff from densified arable land in the zonal section is reduced from 30 mm in the forest-steppe to 15 mm in the semi-desert. As a result of the studies, functional dependencies were established between the surface runoff from chaff and compacted arable land. The resulting equation allows, based on knowledge of the runoff value for one type of arable land, to calculate it differently. The anti-erosion effectiveness of forest reclamation measures is substantiated. The main parameters of forest stands that affect the nature of snow accumulation, snow transfer, changes in the depth of freezing in the field and the forest stand itself are identified. The ways of controlling the erosion-hydrological process by means of forest reclamation are determined. The effectiveness of chaffinch plowing, the creation of an artificial microrelief for chaffing, and slitting on natural factors of the formation of surface runoff of melt water is considered. Their low erosion efficiency has been established. Of the available agricultural activities to reduce soil erosion, it is advisable to use flat cutting. To regulate the flow at the catchment, it is necessary to carry out a set of anti-erosion measures.

Ключевые слова: эрозия почв, уплотненная пашня, рыхлая пашня, глубина промерзания почв, снегоотложение, конструкции лесополос, водопроницаемость почв, зяблевая вспашка, плоскорезная обработка, мульчирование зяби.

Key words: soil erosion, compacted arable land, loose arable land, depth of soil freezing, snow accumulation, forest belt designs, soil water permeability, autumn plowing, plane cutting, mulching mulching.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Волгоградской области, проект «Создание теоретических основ эрозионно-гидрологического процесса, рационального агроприродопользования и адаптивно-ландшафтного обустройства сельскохозяйственных земель для предотвращения эрозии почв, повышения их плодородия и урожая сельскохозяйственных культур» № 18-416-342007

Цитирование. Барабанов А.Т., Фомин С.Д., Кулик А.В., Выпова А.В. К вопросу о стокорегу-лирующей роли лесомелиоративных и агротехнических противоэрозионных мероприятий. Известия НВ АУК. 2019. 3(55). 24-35. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-03-2.

Citation. Barabanov A.T., Fomin S.D., Kulik A.V., Vypova A.V. To the issue of the stock-regulaiting role of forest reclamation and agrotechnical anti-erosion measures. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2019. 3(55). 24-35. (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2019-03-2.

Введение. При разработке системы мероприятий для защиты почв от эрозии важно знать роль каждого приема, входящего в нее. Многолетние исследования во ВНИАЛМИ и его опытной сети, а также анализ других материалов [3-5, 7, 9, 10, 12-14], в том числе современных зарубежных исследований [16-19, 20-25], позволили оценить их влияние на сток и эрозию почв. Почвозащитная организация территории, лесо- и лу-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

гомелиоративные, агрономические, гидротехнические мероприятия являются неотъемлемой частью комплекса противоэрозионных мероприятий, играющей важную роль в регулировании поверхностного стока талых вод.

Материалы и методы. Исследования проводились в лесостепной и степной зонах европейской части РФ. Объектами исследований являются процессы формирования поверхностного стока талых вод, природные и антропогенные факторы, влияющие на него. Целью исследования было выявление влияния агролесомелиоративных и агротехнических противоэрозионных мероприятий на природные факторы стока (снегозапасы, глубину промерзания и влажность почвы) с целью разработки мер по управлению эрозионно-гидрологическим процессом. Исследования и анализ полученного материала осуществляли с использованием статистических, генетических методов и системного подхода. Система методов в адаптивно-ландшафтном земледелии заимствована из разных наук (земледелие, почвоведение, агролесомелиорация, гидрология, химия, математика), адаптированных к решению конкретных задач. Исследования базировались на обобщении многолетних материалов ВНИАЛМИ и различных научно-исследовательских учреждений. Анализировались данные, полученные при применении самых совершенных, апробированных многими учеными и получивших широкое распространение воднобалансовых методов: стоковых площадок (полевых, лесных, комбинированных) и репрезентативных водосборов. Они используются на стоковых станциях гидрометеослужбы (Валдай, Нижнедевицк, гидропосты гидрометеостанции «Каменная Степь» и др.), на опытных полигонах Государственного гидрологического института и Института географии РАН, на опытных объектах ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ РАН, ФНЦ агроэкологии РАН.

Результаты и обсуждение. Показатели, характеризующие сток разной обеспеченности с плотной (многолетние травы, озимые) и рыхлой пашни (отвальная зябь) по природным зонам, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели весеннего стока с плотной и рыхлой пашни в разные по водности годы, мм Table 1 - Indicators of spring runoff with dense and loose arable land in different water years, mm

Зона, почва/ Zone, soil Пашня Arable land Среднее Average Вероятно Probabi >сть превышения, % ity of exceeding, % Cv Cs

1 5 10 50 70 80 90

Лесостепная, юг ЦРНЗ, серая лесная / Forest-steppe, gray forest 1 30 156 101 78 19 5 0 0 1,27 1,68

2 20 129 81 59 11 0 0 0 1,52 1,96

Степная, ЦЧО, обыкновенный чернозем / Steppe zone, Central, ordinary black earth 1 32 157 102 78 19 5 0 0 1,30 0,95

2 9 88 53 38 3 0 0 0 2,40 2,11

Степная, Среднее Поволжье, обыкновенный чернозем / Steppe zone, Middle Volga region, ordinary chernozem 1 36 124 91 75 30 16 9 0 0,87 0,88

2 7 54 33 24 3 0 0 0 1,79 2,05

Степная, Нижнее Поволжье, гемно-каштановая / Steppe zone, Lower Volga region, dark chestnut 1 17 84 55 42 11 5 2 0 1,24 1,72

2 5 37 21 15 2 0 0 0 1,80 2,31

Сухостепная, Нижнее Поволжье, светло-каштановая / Dry steppe, Lower Volga region, light chestnut 1 15 75 52 41 12 4 0 0 1,19 1,14

2 3 38 20 12 0 0 0 0 2,43 3,42

Примечание. Вид пашни: 1 - уплотненная, 2 - рыхлая; Cv - коэффициент вариации, Cs - коэффициент асимметрии / Note. Type of arable land: 1 - compacted, 2 - loose; Cv - coefficient of variation, Cs - coefficient of asymmetry.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Анализ их показал, что величины стока разной вероятности превышения уменьшаются при движении с севера на юг и юго-восток, а разница в стоке на рыхлой и уплотненной пашне увеличивается. Такая тенденция наблюдается и при анализе величин стока по годам. Однако в отдельные годы наблюдается инверсия стока, когда в лесостепной зоне он не формируется или бывает меньше, чем в степной и сухостепной, где он значительный. Это указывает на то, что на формирование стока мощное воздействие оказывают климатические факторы, особенно глубина промерзания, степень увлажнения почвы и запасы воды в снеге, которые формируются под влиянием различных погодных условий, изменяющихся по годам. Анализ этих данных показал, что средние величины стока с уплотненной пашни при движении от серых лесных почв (лесостепь) к светло-каштановым (сухая степь) снижаются с 30 до 15 мм. На рыхлой пашне темпы снижения значительно ниже.

Анализ характера кривых вероятности превышения стока указывает на закономерное увеличение разности в слое стока (стокорегулирующий эффект) с рыхлой и плотной пашни при уменьшении значений вероятности превышения (таблица 2). При движении от лесостепи к степи и сухой степи эта разница увеличивается, т. е. она в значительной степени изменяется в зависимости от обеспеченности влагой. В маловодные годы она небольшая, а в многоводные резко увеличивается, что связано с изменением водопроницаемости почв, которая в большей степени уменьшается на уплотненной пашне в годы, когда формируется большой сток. На зяби даже в многоводные годы впитывающая способность почвы сохраняется высокой, а на уплотненной пашне она низкая [3]. Таким образом, стокорегулирующий эффект зяби зависит от водности года -увеличивается от маловодных к многоводным веснам.

Таблица 2 - Показатели стокорегулирующей роли зяби в годы разной водности Table 2 - Indicators of the stock-regulating role of winter chill in years of different water content

Зона, почва/Zone, soil Вероят Pro ^ность пр ^ability o евышения стока, % ? excess runoff,%

1 5 10 50 70 80 90

Лесостепная, юг ЦРНЗ, серая лесная / Forest-steppe, south CRNZ, gray forest 27 1,21 20 1,25 19 1,32 8 1,73 5 0 0 0 0 0

Степная, ЦЧО, обыкновенный чернозем / Steppe zone, central district, ordinary chernozem 69 1,78 49 1,92 40 2,05 16 6,33 5 0 0 0 0 0

Степная, Среднее Поволжье обыкновенный чернозем Steppe zone, Middle Volga ordinary chernozem 70 2,30 58 2,76 51 3,12 27 10 16 0 9 0 0 0

Степная, Нижнее Поволжье, каштановая / Steppe zone, Lower Volga, chestnut 47 2,27 34 2,62 27 2,8 9 5,5 5 0 2 0 0 0

Сухостепная, Нижнее Поволжье, светло-каштановая / Dry steppe, Lower Volga, light chestnut 37 1,97 32 2,6 29 3,42 12 0 4 0 0 0 0 0

Числитель - разница в стоке с уплотненной и рыхлой пашни, знаменатель - соотношение стока с уплотненной и рыхлой пашни / The numerator is the difference in runoff from compacted and loose arable land, the denominator is the ratio of runoff from compacted and loose arable land.

Оценивая стокорегулирующий эффект зяби по сравнению с уплотненной пашней по относительным показателям, т. е. по коэффициентам, напрашивается вывод о том, что он увеличивается от многоводных к маловодным вёснам. Поэтому только по

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

относительным коэффициентам нельзя давать оценку стокорегулирующей роли зяби. Кривые, характеризующие связь стока с уплотненной и рыхлой пашни близки к прямой линии (рисунок 1) и по всем исследуемым пунктам идут примерно параллельно.

Сток с рыхлой пашни, мм / Drain from loose arable land, mm Сток с уплотненной пашни, мм / Drain from compacted arable land, mm

Рисунок 1 - Графики связи стока с рыхлой и плотной пашни, построенные по экспериментальным данным (а) и равнообеспеченным показателям (б)

Figure 1 - Graphs of the relationship of runoff with loose and dense arable land constructed according to experimental data (a) and equitable indicators (b)

Эти кривые аппроксимируются уравнением у=а+вх, где х - сток с уплотненной пашни, мм; у - сток с рыхлой пашни, мм. Показатели коэффициента в для всех кривых очень близкие (таблица 3). Это указывает на одинаковый, интразональный характер связи для всех рассматриваемых районов. Отличаются уравнения только величиной свободного члена, который равен максимальной величине стока с уплотненной пашни в год, когда отсутствует сток с рыхлой пашни. Отсюда можно предположить, что допустима экстраполяция этой закономерности за пределы рассматриваемых районов, по крайней мере на ближайшие области. Корреляционный анализ выявил тесную связь между стоком с зяби и уплотненной пашни (коэффициент корреляции близок к 1).

По приведенному выше уравнению можно рассчитывать сток по одному из видов пашни, имея данные по другому, а также определять его величины за любой конкретный год. Показатели коэффициента также мало отличаются по зонам, т. е. они ин-тразональные. Хотя коэффициент корреляции варьирует в значительной степени (0,590,93), по этому уравнению можно довольно точно считать величину стока.

Сильное воздействие на природные факторы весеннего стока оказывают лесомелиоративные мероприятия. По своему назначению и мелиоративному воздействию лесные полосы подразделяются на полезащитные, стокорегулирующие, прибалочные и приовражные. Они влияют на засухи и суховеи, эрозию почв и урожай сельхозкультур. Согласно закону лимитирующих факторов поверхностного стока [4], на него влияют только три природных фактора: глубина промерзания, запасы воды в снеге и почве. На эти факторы наиболее сильное влияние оказывают стокорегулирующие лесополосы.

Характер снегоотложения и снеготаяния на склонах разных экспозиций в связи с характером ветрового режима следующий. На снегозаносимых склонах высота снежного покрова возрастает сверху вниз, что приводит к постепенному стаиванию снега. При таком характере снеготаяния почва сначала освобождается от снега в верхней части

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

склона, а стекающая сверху вода поступает в еще сохранившийся снежный покров, и эрозия протекает менее интенсивно. На снегосдуваемых склонах обнажаются сначала нижние участки, на которых происходит постепенное стаивание снега снизу вверх. При этом поступающая с верхней части склона талая вода вызывает интенсивный смыв почвы на нижерасположенных участках. Поэтому характер снегоотложения необходимо регулировать так, чтобы высота снежного покрова увеличивалась от верхней части склона к нижней. Для этого необходимо использовать следующие способы: создание лесополос, посев кулис из высокостебельных растений и др.

Таблица 3 - Параметры уравнения связи стока с уплотненной и рыхлой пашни, полученные по экспериментальным и равнообеспеченным показателям стока

Table 3 - Parameters of the equation for the relationship of flow with compacted and loose arable land, obtained from experimental and equidistant runoff indicators

Зона, почва/Zone, soil Экспериментальные / Experimental Равнообеспеченные / Equitable

а в коэф. корреляции correlation coefficient а в коэф. корреляции correlation coefficient

Лесостепная, юг ЦРНЗ,

серая лесная/Forest-steppe, gray forest 18 1,1 0,93 3 1,2 0,99

Степная, ЦЧО, обыкновенный чернозем / 36 0,8 0,63 18 1,5 0,99

Steppe zone ordinary chernozem

Степная, Среднее Поволжье,

обыкновенный чернозем/ Steppe zone, Middle Volga region, ordinary chernozem 31 1,8 0,79 24 2,1 0,98

Степная, Нижнее Поволжье,

каштановая/ Steppe, Lower 17 1,2 0,59 10 1,8 0,98

Volga, chestnut

Сухостепная, Нижнее Поволжье, светло-каштановая/ Dry steppe, Lower Volga, light chestnut 13 1,4 0,72 7 1,8 0,99

Влияние лесополос на отложение снега зависит от многих причин. Оно по зонам и элементам рельефа бывает разным и зависит от конструкции лесополос. В лесных полосах плотной конструкции и в коротких снежных шлейфах накапливается много снега, в ажурных полосах снега собирается меньше, и снежные шлейфы длиннее, а в продуваемых полосах его откладывается мало, он в основном распределяется в межполосном пространстве. Причем в лесных полосах его иногда может быть меньше, чем между ними. С точки зрения влагообеспечения деревьев и влияния их на эрозионно-гидрологический процесс они сильно различаются. Плотные лесополосы могут полностью предотвратить или уменьшить промерзание почвы, что часто обусловливает полное или почти полное водопоглощение на этих участках и обеспечение деревьев влагой. На снегонакопление в поле они мало воздействуют. Требуется решение задачи борьбы с эрозией в межполосном пространстве. Полосы продуваемой конструкции, несмотря на общее увеличение снегозапасов, мало влияют на замерзание почвы, что снижает их стокорегулирующие возможности, а повышенные снегозапасы могут приводить к увеличению и эрозии почв. Ажурная конструкция лесополос занимает промежуточное положение по воздействию на указанные показатели.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Это общая схема влияния лесополос на снегонакопление и снегоотложение. По зонам и в зависимости от рельефа, ветрового режима, конструктивных особенностей лесополос и других факторов она может меняться. В европейской части РФ, где не выражено или слабо выражено господствующее направление метельных ветров, снегоот-ложение под влиянием лесополос происходит в основном по описанной выше схеме без особой дифференциации по экспозициям склонов.

Таким образом, оценивая в целом снегоотложение на склонах, следует отметить, что на него влияет много факторов. На склонах без лесомелиорации оно зависит от характера ветрового режима и экспозиции склонов. Стокорегулирующие лесополосы перераспределяют снег на водосборе, накапливают его и сохраняют.

Лесные полосы через влияние на снегоотложение воздействуют и на другие факторы: влажность почвы и глубину ее промерзания. С одной стороны, они способствуют повышению влажности почвы весной, а с другой, - из-за использования летом влаги деревьями и сельскохозяйственными растениями к зиме она выравнивается, а в лесополосах даже иногда становится ниже, чем в поле. Поэтому стокорегулирующие лесополосы слабо влияют на влажность почвы в предзимний период как фактор эрози-онно-гидрологического процесса.

Глубина промерзания почвы наиболее сильно влияет на формирование поверхностного стока талых вод. Талая или промерзшая до 50 см почва сохраняет высокую впитывающую способность, и сток не формируется независимо от показателей влажности почвы и снегозапасов. При увеличении глубины промерзания свыше 50 см сток формируется, и он зависит только от запасов воды в снеге и почве. Снег обладает хорошими теплоизоляционными свойствами и, выпав на талую или слабопромерзшую почву, способствует предохранению ее от глубокого промерзания. Лесополосы позволяют регулировать характер снегоотложения на водосборе, в значительной степени воздействуя на замерзание почвы. Внутри лесополосы и в зонах верхнего и нижнего шлейфов она бывает талой или промерзает неглубоко, а в полевой части межполосного пространства промерзание значительно глубже, так как здесь уменьшается высота снежного покрова. В лесостепной зоне европейской части России почва в среднем промерзает в лесополосах до 33 см, а в поле до 72 см, в степи (на Нижней Волге) - 26 и 59 см соответственно. Разница в изменении глубины промерзания по природным зонам связана с различным сочетанием периодов наступления морозов и выпадения снега. Лесные полосы способствуют регулированию снегоотложения и замерзания почвы.

Итак, зная механизм влияния лесных полос на природные факторы, можно управлять эрозионно-гидрологическим процессом. В связи с тем, что лесополосы воздействуют на него через снегораспределительные функции, их необходимо регулировать в первую очередь, учитывая закономерности характера снегоотложения.

Лесополосы, мощно влияя на снегоотложение, увлажнение почвы, глубину и характер ее промерзания, в сильной степени воздействуют на водопроницаемость мерзлой почвы и весенний сток. Влияние антропогенных и природных факторов на весенний сток проанализировано в работах [4, 14]. Данные о стокорегулирующей эффективности агротехнических противоэрозионных мероприятий были обобщены и глубоко проанализированы, дана характеристика каждого приема [4]. Здесь же мы дадим общую оценку агротехническим противоэрозионным мероприятиям с учетом полученных данных за последний 25-летний период. В литературе очень часто ошибочно отводится большая роль в регулировании стока агротехническим мероприятиям [21, 24]. Учитывая обобщение многолетних литературных данных, а также наши исследования, мы пришли к выводу о том, что в среднем их стокорегулирующий эффект низкий. При вспашке поперек склона он составляет всего 2-3 мм.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Стокорегулирующий и противоэрозионной эффекты искусственного микрорельефа на зяби также малоэффективны [4]. Только в 39 % случаев из 215 годоопытов сто-корегулирующей эффект был положительный, в 31 % - отрицательный и в 30 % нулевой. Причем положительный эффект был небольшой - всего 5 мм в 64 % случаев. Средние же показатели были близки к нулю. Противоэрозионная эффективность искусственного микрорельефа также низкая. На серых лесных почвах при обваловании зяби смыв сокращался на 0,7 т/га, а при лунковании он увеличивался на 0,2 т/га.

Причиной низкой эффективности искусственного микрорельефа является то, что при его создании почва уплотняется и впитывающая способность ее резко сокращается, а емкости микрорельефа не компенсируют потери на впитывании. Стокорегулирующий эффект искусственного микрорельефа зависит от снижения впитывающей способности почвы при его создании.

Рассмотрим возможные случаи изменения стокорегулирующего эффекта при изменении водопроницаемости почвы. Если величина водопоглощения на варианте с микрорельефом Wм в сумме с величиной слоя водозадержания V и разницей в снегоза-пасах на контроле и опытном варианте АО будут больше величины водопоглощения на контроле Wк (Wм+V+АО>Wк), то стокорегулирующий эффект будет больше нуля, т. е. положительный (таблица 4).

Таблица 4 -Показатели стокорегулирующего эффекта при разных величинах впитывающей способности почвы на варианте с микрорельефом

Table 4 - Indicators of stock-regulating effect at different values soil absorbency

on the option with microrelief

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Показатель/ Indicator Wм+V+АO>Wк Wм+V+АO=Wк Wм+V+АO<Wк

WM 50 40 30 20 10

V 30 30 30 30 30

аО -10 -10 -10 -10 -10

Wм + V + аО 70 60 50 40 30

WK 50 50 50 50 50

Э +20 +10 0 -10 -20

Если впитывающая способность почвы на варианте с микрорельефом уменьшается до такой величины, что она в сумме с объемом водозадержания и разницей в сне-гозапасах будет равна водопроницаемости почвы на контроле (Wм+V+ДО=Wк), то эффект будет равен нулю, т. е. объем емкости микрорельефа компенсирует потери на впитывании. И если инфильтрационная способность почвы в результате устройства микрорельефа уменьшится до такой степени, что в сумме с указанными выше показателями она будет меньше впитывающей способности почвы на контроле (Wм+V+ДО<Wк), то эффект будет отрицательный, т. е. объем емкостей микрорельефа не компенсирует потери на впитывании. Таким образом, несмотря на то что мы создали емкости определенного объема, желаемого эффекта не достигли, так как в результате их создания уменьшили впитывающую способность почвы.

Проиллюстрируем сказанное примерами. Примем разницу в снегозапасах на контроле и на опытном варианте равную 10 мм, слой водозадержания в емкости микрорельефа 30 мм, а суммарное водопоглощение на контроле 50 мм. Подставив в уравнение (таблица 5) эти величины, получим показатели стокорегулирующего эффекта при разных величинах впитывающей способности на варианте с микрорельефом. При величине водопоглощения на варианте с микрорельефом, равной водопоглощению на кон-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

троле или близкой к ней (40-50 мм), стокорегулирующий эффект положительный. Снижение водопоглощения до 30 мм сводит эффект к нулю, а дальнейшее снижение его обусловливает отрицательный эффект.

Итак, если нам удастся добиться устройства микрорельефа без уменьшения впитывающей способности почвы, т. е. Wм=Wк, то эффективность микрорельефа будет равна объему водозадержания в емкостях минус снегозадерживающий эффект.

Другие агротехнические приемы (щелевание почвы, плоскорезная обработка, регулирование снеготаяния, мульчирование зяби соломой, углубление пахотного слоя, оструктуривание и обогащение почвы органическим веществом) также малоэффективны в отношении регулирования стока и снижения смыва, так как не обеспечивают эффективного воздействия на впитывающую способность почвы.

Агротехнические приемы в принципе не могут быть высокоэффективными, так как они очень слабо влияют на снегозапасы, влажность и промерзание почвы. Низкая эффективность агротехнических приемов не может быть причиной отказа от них, но объективная оценка их роли позволит предостеречь от заблуждения, что ими можно успешно управлять эрозионно-гидрологическим процессом. Переоценка их роли приводит к принятию ошибочных управленческих решений при разработке системы мероприятий по защите сельскохозяйственных земель от деградации. Агротехнические приемы должны применяться в комплексе с другими противоэрозионными мероприятиями в системе адаптивно-ландшафтного земледелия.

Заключение. Оценка влияния природных и антропогенных факторов и их взаимодействия на формирование поверхностного стока талых вод, элементы водного баланса показали, что наиболее эффективными приемами регулирования эрозионно-гидрологического процесса являются защитные лесные насаждения. Они служат экологическим каркасом при противоэрозионном адаптивно-ландшафтном обустройстве территории. Используя их многофункциональное назначение, долговечность, высокую эффективность и возможность их дальнейшего совершенствования, можно создать высокоэффективную систему управления эрозионно-гидрологическим процессом, способную обеспечить высокий стокорегулирующий эффект, возрождение естественного эрозионно-гидрологического режима в деградированных агроландшафтах.

Библиографический список

1. Барабанов А.Т. Научные основы управления эрозионно-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. Бураков Д.А., Космакова В.Ф., Гордеев И.Н. О результатах оперативных испытаний методов гидрологических прогнозов на реках Восточной Сибири в период весеннего половодья // Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. 2015. № 42. С. 50-59.

4. Гагаринова О.В. Ландшафтно-гидрологические закономерности формирования стока в бассейне озера Байкал // География и природные ресурсы. 2012. №3. С. 55-60.

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. Комиссаров М.А., Габбасова И.М. Эрозия почв при снеготаянии на пологих склонах в южном Предуралье// Почвоведение. 2014. №6. С. 734-744.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

7. Коронкевич Н.И., Георгиади А.Г., Ясинский С.В. О гидрологических изменениях// Вопросы географии. 2018. №145. С. 739-744.

8. Моделирование процессов противоэрозионного земледелия и агролесомелиорации/

A.В. Панфилов, П.Н. Проездов, А.В. Розанов, А.В. Карпушкин // Аграрный научный журнал. 2017. №9. С. 19-23.

9. Мухин В.М. Методы прогнозирования притока воды в водохранилища за период весеннего половодья // Труды Гидрометцентра России. Гидрометеорологические прогнозы. Вып. 351. 2014. С. 108-140.

10. Оценка влияния изменений климата на водный режим и сток рек бассейна Волги / Н.И. Алексеевский, Н.П. Фролова, М.М. Антонова, М.И. Игонина // Вода: химия и экология. 2013. №4. С. 3-12.

11. Поверхностный сток и инфильтрация в почву талых вод на пашне в лесостепной и степной зонах восточно-европейской равнины / А.Т. Барабанов, С.В. Долгов, Н.И. Коронкевич,

B.И. Панов, А.И. Петелько // Почвоведение. 2018. № 1. С. 62-69.

12. Сухановский Ю.П. Вероятностный подход к расчету эрозионных потерь почвы// Почвоведение. 2013. № 4. С. 474-481.

13. Урбанова О.Н., Семанов Д.А., Горшкова А.Т.Программное обеспечение информационно-расчетной системы по оценке текущего и перспективного состояния водных ресурсов// Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2016. №12. С. 106-113.

14. Формирование современных ресурсов поверхностных и подземных вод Европейской части России/ Р.Г. Джамалов, Н.Л. Фролова, Г.Н. Кричевец, Т.И. Сафронова, М.Б. Киреева, М.И. Игонина // Водные ресурсы. 2012. Т.39. №6. С. 571-589.

15. Шабаев А.И. Избранные труды. Эрозия почв и адаптивно-ландшафтное земледелие. Саратов: ФГБНУ «НИИСХЮВ», 2017. 648 с.

16. Alfalfa planting significantly improved alpine soil water infiltrability in the qinghai-tibetan plateau / Z. Huang, L. Sun, Y. Liu, Y. Liu, M. Lopez-Vicente, X. Wei, G. Wu // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2019. №285. doi:10.1016/j.agee.2019.106606

17. Catchment soils as a factor of trace metal accumulation in sediments of the reservoir klingenberg (eastern ore mountains, germany) / J. Hahn, C. Opp, R. Ganzenmuller, A. Ewert, B. Schneider, N. Zitzer, G. Laufenberg // Journal of Environmental Sciences (China). 2019. №86. 1-14. doi:10.1016/j.jes.2019.05.002

18. Characterization of runoff and sediment associated with rill erosion in sloping farmland during the maize-growing season based on rescaled range and wavelet analyses / J. Luo, Z. Zheng, T. Li, S. He, Y. Wang, X. Zhang, T. Liu // Soil and Tillage Research. 2019. №195. doi: 10.1016/j.still.2019.104359

19. Direct seeding for rice production increased soil erosion and phosphorus runoff losses in subtropical china / W. Zhou, Z. Guo, J. Chen, J. Jiang, D. Hui, X. Wang, Y. Zhang // Science of the Total Environment. 2019. №695. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.133845

20. Estimation of soil erosion to define the slope length of newly reconstructed gentle-slope lands in hilly mountainous regions / Z. Han, S. Zhong, J. Ni, Z. Shi, C. Wei // Scientific Reports. 2019. №9(1). doi:10.1038/s41598-019-41405-9

21. Effects of farmland vegetation row direction on overland flow hydraulic characteristics / S T. Zhang, J.Z. Zhang, Y. Liu, Y.C. Liu // Hydrology research. 2018. Vol. 49. Iss.6. P. 1991-2001.

22. Effects of wheat in regulating runoff and sediment on different slope gradients and under different rainfall intensities / Q. Lin, Q. Xu, F. Wu, T. Li // Catena. 2019. №183. doi: 10.1016/j.catena.2019.104196

23. Pimentel D., Burgess M. Soil erosion threatens food production// Agriculture. 2013. №3(3). P. 443-463.

24. Shi P., Schulin R. Effects of soil organic residue amendment on losses of dissolved organic carbon, P, cu and zn via surface runoff from arable soil //Soil and Tillage Research. 2019. №195. doi: 10.1016/j.still.2019.104352

25. Tang S., Jia Z., Luo W. Evaluating the effect of wepp predictions of runoff and soil losses in the loess plateau region of china // Pakistan Journal of Agricultural Sciences. 2019. 56(4). 774-779. doi:10.21162/PAKJAS/19.6665

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Reference

1. Barabanov A. T. Nauchnye osnovy upravleniya ]rozionno-gidrologicheskim processom // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obra-zovanie. 2014. № 1(33). P. 33-38.

2. Barabanov A. T. Jerozionno-gidrologicheskaya ocenka vzaimodejstviya prirodnyh i antro-pogennyh faktorov formirovaniya poverhnostnogo stoka talyh vod i adaptivno-landshaftnoe zemlede-lie. Volgograd: FNC agrojekologii RAN, 2017. 188 p.

3. Burakov D. A., Kosmakova V. F., Gordeev I. N. O rezul'tatah operativnyh ispytanij metod-ov gidrologicheskih prognozov na rekah Vostochnoj Sibiri v period vesennego polovod'ya // Rezu-l'taty ispytaniya novyh i usovershenstvovannyh tehnologij, modelej i metodov gidrometeoro-logicheskih prognozov. 2015. № 42. P. 50-59.

4. Gagarinova O. V. Landshaftno-gidrologicheskie zakonomernosti formirovaniya stoka v bassejne ozera Bajkal // Geografiya i prirodnye resursy. 2012. №3. P. 55-60.

5. Dolgov S. V., Koronkevich N. I., Barabanova E. A. Sovremennye izmeneniya pover-hnostnogo stoka i infil'tracii talyh vod na sel'skohozyajstvennyh ugod'yah v lesostepnoj i stepnoj zo-nah Russkoj ravniny i ih posledstviya// Vodnoe hozyajstvo Rossii: problemy, tehnologii, upravlenie. 2018. №4. P. 78-91.

6. Komissarov M. A., Gabbasova I. M. Jeroziya pochv pri snegotayanii na pologih sklonah v yuzhnom Predural'e// Pochvovedenie. 2014. №6. P. 734-744.

7. Koronkevich N. I., Georgiadi A. G., Yasinskij S. V. O gidrologicheskih izmeneniyah// Vo-prosy geografii. 2018. №145. P. 739-744.

8. Modelirovanie processov protivo]rozionnogo zemledeliya i agrolesomelioracii/ A. V. Panfilov, P. N. Proezdov, A. V. Rozanov, A. V. Karpushkin // Agrarnyj nauchnyj zhurnal. 2017. №9. S. 19-23.

9. Muhin V. M. Metody prognozirovaniya pritoka vody v vodohranilischa za period vesennego polovod'ya // Trudy Gidrometcentra Rossii. Gidrometeorologicheskie prognozy. Vol. 351. 2014. P. 108-140.

10. Ocenka vliyaniya izmenenij klimata na vodnyj rezhim i stok rek bassejna Volgi / N. I. Ale-kseevskij, N. P. Frolova, M. M. Antonova, M. I. Igonina // Voda: himiya i Jekologiya. 2013. №4. S. 3-12.

11. Poverhnostnyj stok i infil'traciya v pochvu talyh vod na pashne v lesostepnoj i stepnoj zo-nah vostochno-evropejskoj ravniny / A. T. Barabanov, S. V. Dolgov, N. I. Koronkevich, V. I. Panov, A. I. Petel'ko // Pochvovedenie. 2018. № 1. P. 62-69.

12. Suhanovskij Yu. P. Veroyatnostnyj podhod k raschetu ]rozionnyh poter' pochvy// Pochvovedenie. 2013. № 4. S. 474-481.

13. Urbanova O. N., Semanov D. A., Gorshkova A. T. Programmnoe obespechenie infor-macionno-raschetnoj sistemy po ocenke tekuschego i perspektivnogo sostoyaniya vodnyh resursov// Trudy Karel'skogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2016. №12. P. 106-113.

14. Formirovanie sovremennyh resursov poverhnostnyh i podzemnyh vod Evropejskoj chasti Rossii/ R. G. Dzhamalov, N. L. Frolova, G. N. Krichevec, T. I. Safronova, M. B. Kireeva, M. I. Igonina // Vodnye resursy. 2012. T.39. №6. P. 571-589.

15. Shabaev A. I. Izbrannye trudy. Jeroziya pochv i adaptivno-landshaftnoe zemledelie. Saratov: FGBNU "NIISXYuV", 2017. 648 p.