CC BY
38
УДК SSI .4:631 .S (470.4)
Конструирование агроландшафтов и агроэкологический регламент адаптивных систем земледелия в Поволжье
А.И. ШАБАЕВ, член-корреспондент РАСХН Н.М. ЖОЛИНСКИЙ, М.С. ЦВЕТКОВ, кандидаты сельскохозяйственных наук НИИ сельского хозяйства Юго-Востока E-mail: a_shabaev@mail. ru
Обосновываются основные типы агроландшафтов, рассматриваются ограничения и показатели агроэкологическо-го регламента использования адаптивных систем земледелия на эрозионно опасных землях с дифференциацией по агроландшафтам Поволжья.
Ключевые слова: агроландшафт, крутизна склона, эрозия почвы, зябь, уплотненная пашня, севооборот, обработка почвы.
Современные адаптивные системы земледелия в засушливых условиях Юго-Востока России помогают максимально накопить, сберечь и рационально использовать влагу атмосферных осадков, преодолеть засуху, защитить почву от эрозии, сохранить и улучшить плодородие, повысить продуктивность угодий.
В связи со сложностью рельефа и большими площадями склоновых земель (более 60 % пашни) в Поволжье активно проявляется ускоренная эрозия почв и теряется значительное количество зимних и летних осадков, что ведет к дефициту необходимых растениям ресурсов и повышению экологической напряженности. Интенсивность эрозионных процессов зависит прежде всего от массы и скорости стекающих потоков воды. Влияние крутизны и длины склона на процесс эрозии почв определяется законом механики, по которому разрушительная работа стекающей воды (Р) выражается формулой:
Р = mv2/2 , где v - скорость стекания воды (зависит от крутизны склона), m - масса воды (зависит от длины склона). Чем круче склон, тем больше скорость потока и тем сильнее эрозия почвы [1-4].
Длительные наблюдения за стоком талых вод и смывом почвы на раз-
личных угодьях стационарного опыта НИИСХ Юго-Востока подтверждают ведущую роль крутизны склона на эрозионные процессы (рис.). За 19732013 гг. сток талой воды со смывом почвы наблюдался 21 год. С увеличением наклона поверхности с 3 ° до 5° и 7 ° смыв почвы в среднем за годы проявления эрозии возрастал на уплотненной пашне в 1,6-2,3 раза, на зяби - в 2-2,8 раза. Если отнести учтенный смыв почвы на все 40 лет наблюдений, то среднегодовые потери в зависимости от крутизны склона составят на южном черноземе, соответственно, на зяби - 0,5; 0,9 и 2,3 т/га, на уплотненной пашне -1,8; 2,9 и 4,2 т/га. Допустимый же смыв, который компенсируется почвообразовательным процессом, составляет не более 0,7 т/га.
Тренд повышения смыва почвы талыми водами в зависимости от крутизны склона выражается формулами: у а 0,4х+0,1 (на зяби) и у = 1,25х+0,633 (на уплотненной пашне).
Отмечается прямая линейная зависимость потерь почвы от крутизны склона при коэффициенте корреляции 0,98 и 0,99.
За длительный период наблюдений среднегодовые запасы снега составили на зяби 70-83 мм, на уплотненной пашне -76-88 мм. Минимальные потери талой воды на сток на зяби были 2-10 %, а на уплотненной пашне этот показатель повышался до 2131 %. На уплотненной пашне среднегодовой склоновый сток на южном черноземе - в 5-11 раз, а на обыкновенном черноземе - в два-три раза больше, чем на зяби. Каждый сантиметр почвоуглубления при обработке обеспечивает сокращение стока талых вод на черноземе обыкновенном - на 1 мм, на южном - на 1,5-2,0 мм.
Обычная зяблевая обработка почвы поперек склона с осени является быстродействующей и сравнительно дешевой мерой предотвращения эрозии от стока талых вод и позволяет более продуктивно использовать зимне-весеннюю влагу на склонах. При этом почвой дополнительно усваиваются около 290 м3/га зимних осадков, которые реально могут обеспечить прибавку урожая зерновых 2-2,5 ц/га.
В связи с глобальным изменением климата (теплые зимы, неглубокое промерзание почвы) смыв почвы от стока талых вод по сравнению с 1973-1983 гг. уменьшился, но участились осадки ливневого характера. В годы активного проявления стока талых вод (1973-1983) летом выпало 13 ливней, или 23 % от общего их количества. За последние пять лет в среднем слой ливня возрос до 24,1 мм при среднемаксималь-ной интенсивности 0,77 мм/мин. В связи с этим на склонах эрозия почв от стока ливневых вод представляет большую опасность, особенно на паровых и пропашных полях и посевах поздних культур.
На водосборах с крутизной склона более 1 °22защиту почв от ливневой эрозии обеспечивают приемы почвозащитного земледелия с созданием на водосборах культурных агроландшафтов и размещением аг-роэкологических рубежей по элементам рельефа: они способствуют усвоению осадков, надежно регулируют скорость движения воды по склону и отводят ее в пруды, водо-
1-3°
5-7° 1-3° 3-5° 5-7° Уплотненная почва
Среднее за 21 год
Среднее за 40 лет
Зябь - вспашка поперек склона на 22-25 см. Уплотненная пашня - мелкая обработка на 10-12 см или озимая пшеница, посеянная по чистым парам (многолетним травам первого года)
Влияние крутизны склона на эрозию почв от стока талых вод
Enlieugiaaiea gaiee.p65 7 27.01.2014, 17:59
I. Агроэкологический регламент адаптивных систем земледелия по типам агроландшафтов в эрозионных зонах Поволжья
Природная зона. Почва. Эродированность Тип агро-ландшафта Агролесогидро-мелиоративное обустройство Севообороты. Максимальный процент пашни Особенности обработки почвы и посева
Сухая степь, полупустыня. Светло-каштановая, супесчаная, легкосуглинистая. Дефлированные Движущиеся пески
Лесостепь, черноземная степь. Черноземы глинистые, тяжелосуглинистые. Не смытые Слабо-смытые
Ветровая эрозия, ^0-300 мм осадков
Противоде-фляционный буферно-полосный
Пескозакре-пительный
Плакорно-равнинный полевой, склон до I 0
Склоново-ложбинный почвозащитный, склон 1-3 0
Слабо-средне- Склоново-смытые овражный
противоэ-розионный буферно-полосный, склон 2-5 0 Балочно-овражный контурно-мелиоративный, склон 5-8 0
Средне-сильно-смытые
Сильносмытые
Сильносмытые
Намытые и слабосмытые
Слабосмытые и не смытые
о
сч
см
о|
г
е и л
е д
е л м е
п
Лесостепь, черно- Тип агроланд-земная степь. шафта с уче-Обыкновенный и том крутизны южный чернозем, склона и сте-каштановые. пени проявле-Смытые и дефли-ния ветровой рованные и водной эро-
зии
Полезащитные лесные полосы, колковые посадки, кулисы, буферные посевы и мелиоративно-кормовые кустарники
Полевые зернопаровые с полосным размещением пара, зерновых культур, многолетних трав. 50-60 %
Сплошные и колковые лесонасаждения
Сплошное и куртинное залужение. 20 %
Водная эрозия, 400-S00 мм осадков
Полезащитные, прямо- Полевые зернопаропро-линейные лесные полосы пашные, зернопропашные,
специальные. 75-80 %
Крутосклоновый луговой и лесо-луго-вой,
склон 8-16 0
Овражно-кру-
тосклоновый
лесокультур-
ный, склон 6 0
Пойменно-
водоохранный,
кормовой,
равнины и
склон до 3 0
Мелиоратив-
но-иррига-
ционный
Стокорегулирующие лесные полосы прямолинейно поперек основного склона
Стокорегулирующие и приовражные лесные полосы, колковые насаждения с валами-террасами, запрудами, валами канавами, залуженными водоотводами Стокорегулирующие с валами-канавами по контуру, строительство водотоков с травяным покрытием
Контурное и колковое размещение лесных насаждений, террасирование, гидротехнические устройства
Водозадерживающие валы перед оврагами; сплошное и колковое облесение
Водоохранные, берего-закрепительные и колковые насаждения
Зернопаровые, зернопа-ропропашные, зернокор-мовые с узкобуферной защитой парового и пропашного полей буферными посевами зернобовых и многолетних трав. 60-70 %
Почвозащитные полевые и кормовые с исключениием пропашных. На парах буферные полосы из однолетних и многолетних трав. 60 %
Почвозащитный с буферными полосами из трав, валы-террасы. 35-50 %
Длительное залужение бо-бово-злаковыми смесями; залежь, культурные пастбища. 20-30 %
Урочища из сенокосов, пастбищ, лесные колки. 20 %
Безотвальная стерневая, разноглубинная с максимальным сохранением стерни. Зяблевая обработка и посев комбинированными агрегатами поперек направления дефляционных ветров Безотвальное рыхление, прямой посев
Сочетание разноглубинных вла-госберегающих отвальных минимальных технологий
Дифференцированная отвально-безотвальная с приемами минимизации. Посев поперек склона с приемами минимизации, сплошного и вертикального мульчирования и позднеосенним щеле-ванием
Стерневая плоскорезная и греб-некулисная, комбинированные машины и орудия с различными рабочими органами (стойки СибИМЭ, "параплау", чизели) в сочетании с мульчированием почвы
Стерневая плоскорезная и греб-некулисная безотвальная в паровом звене севооборота. На сложных склонах обработка и посев по горизонталям. Осеннее щеле-вание перед валами-террасами Почвозащитная с безотвальной обработкой, щелевание, залужение с приемами частичного и коренного лесолугового улучшения
Засыпка и выполаживание оврагов, культуртехнические работы
Сенокосно-пастбищный Поверхностное и коренное улуч-
почвозащитный, культур- шение травостоя, урегулированная
ные пастбища. пастьба скота, щелевание, перио-
10-20 % дический подсев трав
Высокорослые, ветро-ломные по магистральным каналам с учетом техники полива
Водно-ветровая эрозия,
Сочетание защитных насаждений, гидротехнических устройств и участков залужения с учетом типа агроландшафта и степени проявления водной и ветровой эрозии
Овощные, кормоовощные, зернопропашные.
Применение водосберегающих способов полива
270-400 мм осадков
Полевые, зернопаропро-пашные и почвозащитные севообороты с полосным контурно-буферным размещением культур, многолетних трав и пара. 20-60 %
Рациональное сочетание стерневой и отвальной технологии в севообороте согласно типа агро-ландшафта; посев стерневыми и дисковыми сеялками. В Левобережье преобладает стерневая технология, в Правобережье -отвальная и комбинированная
емы, лиманы, защитные насажде-нияи гидрографическую сеть.
Учитывая, что именно крутизна склона напрямую влияет на интенсивность проявления эрозии, в основу классификации агроландшафтов Поволжья положены показатели уклона местности - неизменный и постоянно действующий фактор, влияющий на скорость и работу потока при транслокации почвенных частиц.
По крутизне склона, особенностям рельефа, с учетом категорий земель, степени проявления эрозии почвы и регламента экологических почвозащитных требований в Поволжье выделены дискретные типы агроландшафтов: I - плакорно-равнинный полевой(плато, приводораздельные склоны крутизной до I 2 - скло-ново-ложбинный почвозащитный (пологие склоны крутизной 1-3 °с ложбинами, без оврагов); 3 - скло-ново-овражный буферно-полосный (водосборы больших склоновых оврагов, склоны 3^ °); 4 - балочно-ов-ражный контурно-мелиоративный (балки с береговыми оврагами, склоны S-8 °); S - крутосклоновый лесолуговой (склоны больше 8 густая сеть оврагов и промоин); 6 - пой-менно-водоохранный (долины рек, лиманы и суходолы); 7 - противодеф-ляционный (супесчаные и песчаные почвы, ветроударные склоны); 8 -мелиоративно-ирригационный (орошаемые и мелиоративные земли) и гидрографическая сеть.
В любой природной зоне и микрозоне можно выделить подобные типы агроландшафта, и с использованием ГИС-технологий сконструировать адаптивную систему земледелия с почвозащитным комплексом. При конструировании агроландшафтов основной территориальной таксономической единицей являются урочища или водосборы различного порядка (ложбинный, лощинный, балочный, долинный), а исходной технологической градацией - агролан-дшафтные контуры (полосы), которые размещают в пределах различных категорий земель, имеющих строго определенный режим использования, набор культур и технологий. При этом границами агроландшафт-ных контуров служат защитные лесные насаждения, зоны залужения, валы, полосы, другие естественные и искусственные рубежи.
Основные типы агроландшафтов Поволжья - плакорно-равнинный, склоново-ложбинный и склоново-овражный - занимают соответственно 49,3; 38,9 и 9,1 % площади паш-
2 Земледелие № 2
ни. Экологические условия и биоклиматический потенциал их существенно различаются (от S0 до 110 баллов). Для них обоснованы и апробированы научные принципы дифференциации и адаптивного конструирования и представлены основные показатели агроэкологичес-ких ограничений. При выделении земельных фондов и обосновании типов агроландшафтов использованы методические рекомендации |^-8].
Каждому типу агроландшафта присуща своя стратегия и тактика рационального использования почвенного плодородия, включая адаптивные системы экологических рубежей, почвоводоохранных мелиора-ций, соотношение угодий, севообороты и ресурсосберегающие приемы и технологии (табл.1).
Регламент предусматривает строгое соблюдение степени допустимой антропогенной нагрузки. Критерий распаханности регламентируется рельефом: с увеличением крутизны склонов размер пашни уменьшается с 80 до 10 %. Лесогидромелиора-тивные мероприятия определяются типом агроландшафта, севооборот и соотношение угодий - степенью эродированности и почвозащитными свойствами культур, агротехно-логии - крутизной склона, типом почв и ресурсосберегающими свойствами агроприемов.
Дифференцированное размещение сельскохозяйственных культур повышает адаптивность севооборотов, их почвозащитную, фитосани-тарную и ресурсосберегающую функцию. Известно влияние многолетних трав на структурообразование и накопление органического вещества в почве. В склоновых агроландшаф-тах пополнение почвы органическим веществом можно увеличить за счет сидеральных культур, буферных полос из многолетних трав,полосного размещения сельскохозяйственных культур с посевом многолетних трав из бобово-злаковых смесей.
Рациональная структура посевных площадей формируется с учетом категории земель и типов агроланд-шафтов (табл. 2).
На водораздельных участках с не-смытыми почвами располагают пла-корно-равнинные агроландшафты, где сосредотачивают самые ценные и наиболее требовательные к плодородию почвы агроценозы, включая технические и пропашные культуры. В склоново-ложбинном агро-ландшафте со слабосмытыми почвами в структуре посевной площа-
Поздравляем!
20 декабря 2013 г. исполнилось 7S лет члену-корреспонденту РАСХН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, заместителю директора НИИСХ Юго-Востока Анатолию Ивановичу Шабаеву.
В научном мире А.И. Шабаев известен своими исследованиями в области ландшафтного почвозащитного земледелия. Ученым разработаны модели природоохранных адаптивно-ландшафтных систем земледелия для Поволжья. А.И. Шабаев - автор гребнекулисной почвозащитной технологии возделывания зерновых культур на склоновых агроландшафтах. Ученый является основным координатором исследований по проблемам адаптивно-ландшафтного земледелия и руководителем технологического центра в Поволжье. Им опубликовано около 300 научных работ, в том числе четыре монографии и три учебных курса, подготовлено 12 кандидатов и 8 докторов наук.
А.И. Шабаев - лауреат премии Правительсва РФ в области науки и техники, он награжден Золотой медалью им. Т.С. Мальцева, орденом «Дружба народов», медалями и Почетными грамотами.
Мы поздравляем Анатолия Ивановича - активного автора нашего журнала - с юбилеем и желаем ему здоровья и творческого долголетия.
Редколлегия и редакция журнала «Земледелие»
и ф
2 ^
ф
Ь
Ф ^
Ф
М О
2. Соотношение групп культур в зависимости от типа агроландшафта
Тип агроландшафта, крутизна склона Соотношение групп культур, %
пар, пропашные однолетние, сплошного посева, зябь многолетние
Плакорно-равнинный, до 1° 30-40 60 70 -
Склоново-ложбинный, 1-3° 25-30 40 50 20-35
Склоново-овражный, 3-5 ° 10-20 40 60 20-50
Балочно-овражный, 5-8 ° - 40 60 До 60
Крутосклоновый, >8 ° - До 20 До 80
ди наибольшая доля должна приходится на агробиоценозы с культурами сплошного сева. В склоново-ов-ражном агроландшафте со средне-и сильносмытыми почвами более высокий удельный вес в структуре севооборотов должны занимать однолетние и многолетние травы при сплошном и полосном размещении, что повышает почвозащитную роль севооборотов.
В зоне совместного действия водной и ветровой эрозии на ветроудар-ных склонах крутизной °с легкими по механическому составу почвами конструируют противодефляци-онный тип агроландшафта, где наряду с водорегулирующей организацией территории используют постоянную плоскорезную (безотвальную) технологию возделывания культур. На водосборах с тяжелосуглинистыми и глинистыми черноземами в склоновых агроландшафтах, наряду с контурным размещением противо-эрозионных рубежей, применяются почвозащитные технологии с дополнительными приемами почвоуглубления, вертикального мульчирования и использованием при подъеме зяби почвозащитной гребнекулисной обработки [8-10].
Лесные полосы в сочетании с гидротехническими устройствами способствуют более интенсивному поглощению снеговой воды, регулируют скорость ее движения по склону и тем самым увеличивают запасы влаги в полутораметровом слое почвы на 21-36 мм. При облесенности водосбора 4,4 % лесные полосы уменьшают сток воды на 12 %, а при наличии валов-террас - в 2,3 раза (при этом смыв почвы сокращается в 2,0-2,6 раза). £ Высокоэффективным почвоводо-§ охранным средством защиты чистого го пара от ливневой эрозии на скло-2 нах до S наряду с валами-терраса-ф ми, являются буферные полосы из | многолетних и однолетних трав, коз торые снижают смыв почвы на пас- ровом поле в 2-2^ раза при шири-| не межбуферной полосы 100 м. ет
10
Буферные полосы из однолетних трав (вико-овес) шириной 10,8 м через 100-^0 м защищают паровое поле от эрозии на 70-80 %. В балоч-но-овражном агроландшафте полосы многолетних трав лучше сочетать с культурами сплошного посева, включая их в кормовой или почвозащитный севооборот. Паровое и пропашное поле нельзя оставлять без буферной защиты, так как при ливневых осадках смыв почвы достигает катастрофических размеров.
В различных микрозонах и агро-ландшафтах ресурсосберегающие почвозащитные технологии используются дифференцированно. В левобережных районах Саратовской области (зона действия ветровой и водно-ветровой эрозии) большее распространение получили безотвальная и плоскорезная обработки. В плакорно-равнинном типе агролан-дшафта широко используются малозатратные технологии на основе мелких и поверхностных обработок, чаще всего при возделывании озимых культур.
В ресурсосберегающих технологиях наряду со вспашкой поперек склона и плоскорезной обработкой применяется гребнекулисная, щелева-ние многолетних трав, буферное размещение посевов парозанимающих культур на чистых парах, залужение сильноэродированных земель.
В плакорно-равнинных агроланд-шафтах обработка почвы включает чередование разноглубинной основной обработки с элементами минимизации и совмещения отдельных агроприемов в одном технологическом процессе. На склоновых типах агроландшафтов применяются безотвальные обработки с созданием на поверхности сплошного мульчирующего слоя или локального, в виде водопоглощающих гребнестерневых кулис с факультативным почвоуглублением.
Соблюдение основных требований агроэкологического регламента использования эрозионно опасных земель позволит повысить степень
адаптивности систем земледелия, улучшить почвенное плодородие, повысить продуктивность угодий Поволжья.
Литература
1. Соболев С.С. Современное состояние и задачи борьбы с эрозией почв в СССР//Защита почв от эрозии. - М., 1964. - С. 8-38.
2. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. -254 с.
3. Сус Н.И. Эрозия почв и борьба с ней. - М.: Сельхозгиз, 1949.- 350 с.
4. Кузник И.А., Воронин Н.Г., Дик Э.П. Противоэрозионный комплекс в Поволжье - Саратов: Приволж. кн. изд-во, 1968. - 90 с.
5. Каштанов А.Н., Щербаков А.П. Методические рекомендации по разработке ландшафтных систем земледелия в многоукладном сельском хозяйстве. - Курск, 1993. - 54 с.
6. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. -367 с.
7. Козьменко А.С. Борьба с эрозией почв - М.: Сельхозгиз, 1957. - 206 с.
8. Шабаев А.И. Адаптивно-экологические системы земледелия в агролан-дшафтах Поволжья. - Саратов, 2003. -344 с.
9. Способы гребнекулисной обработки почвы и перспективные орудия для ресурсосберегающих технологий/Методические рекомендации. - Саратов, 2007. - 64 с.
10. Шабаев А.И., Жолинский Н.М., Демьянова Т.В., Цветков М.С., Янина С.М. Гребнекулисная обработка почвы под пшеницу в склоновых агроландшафтах Поволжья//Земледелие, 2012. - № 7. -С. 22-24.
Статья поступила в редакцию 31.12.20H
Construction of agrolandscapes and agroecological regulations of adaptive systems of agriculture in Volga region
A.I. Shabaev, N.M. Zholinskii, M.S. Tsvetkov
Substantiates the main types of agrolandscapes, discusses the limitations and indicators of agroecological regulations of using adaptive systems of agriculture on erosion-prone lands with differentiation in Volga region. Keywords: agrolandscape, slope, soil erosion, compacted arable, crop rotation, tillage.
Enlieugiaaiea gaiee.p65 10 27.01.2014, 17:59
