CC BY
83
***** известия ***** № т 2012
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 634.0.6:634.0.266
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОЙ СИСТЕМЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
А.Т. Барабанов, доктор сельскохозяйственных наук Т.Н. Дронова, доктор сельскохозяйственных наук
Е.С. Павловский, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН А.М. Степанов, доктор сельскохозяйственных наук
Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации
Рассматриваются методология и методические подходы к исследованиям в адаптивноландшафтном земледелии, даётся анализ статистических и генетических методов эрозионногидрологических исследований, которые позволили открыть закон лимитирующих факторов стока.
Ключевые слова: адаптивно-ландшафтное земледелие, эрозионно-
гидрологические процессы, почвозащитные мероприятия.
Одной из причин деградации почв является эрозия. По экспертным оценкам доля эрозионных потерь гумуса и КРК от всех потерь колеблется от 20 до 90 %. Было предложено много способов защиты почв от эрозии, однако они разрабатывались и применялись без учета ландшафтных особенностей, территории, что не обеспечивало решения проблемы защиты почв.
Сейчас применяется адаптивно-ландшафтный подход в земледелии. Он предусматривает назначение каждому земельному выделу свою программу функционирования в единой системе агроландшафта. Целью ландшафтного земледелия является создание условий для такой деятельности, которая обеспечила бы достижение высокой продуктивности агроландшафтов без нарушения экологического баланса территории.
Методологической основой исследований в ландшафтном земледелии является система методов, заимствованных из разных наук (агролесомелиорации, земледелия, почвоведения, гидрологии, физики, химии, математики, геологии, географии и др.), модифицированных и адаптированных в соответствии с поставленными целями и задачами.
Вопрос о методах эрозионно-гидрологических исследований в ландшафтном земледелии имеет большое значение. Сейчас широко распространены два главных направления: статистический и генетический. Статистические методы основываются на законе больших чисел и допущении случайности проявления процессов. Эти методы сыграли большую роль особенно при недостатке исходных материалов для теоретических исследований. Главным недостатком статистических методов является ограниченная возможность познания генезиса процесса, выявления причинно-следственных связей, а потому и невозможность управления процессами.
Г енетические методы позволяют на основе учёта разностороннего влияния всех факторов выявлять закономерности явлений и процессов. Генетический подход нами использован при изучении закономерности формирования стока и эрозии. Дело в том, что характер формирования стока, процессов смыва и урожая сельскохозяйственных
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
культур - главных показателей оценки антропогенного воздействия на них - обусловлен многими природными (снегозапасы, характер увлажнения и промерзания почвы, погодные условия и др.) и антропогенными факторами, действующими в совокупности. Антропогенное воздействие на эрозионно-гидрологические процессы и сельскохозяйственные культуры осуществляется через эти факторы. Важно знать не только силу того или иного воздействия, но и как, через какие факторы и показатели оно происходит. А это позволяет научиться управлять процессами, разрабатывать новые приемы борьбы с эрозией почв.
Оценку систем ландшафтного земледелия, выявление взаимосвязи его элементов проводят, используя принципы системного подхода, ставя многофакторные опыты и используя корреляционно-регрессионный анализ полученных в них материалов [1]. Осуществляют также многофакторный анализ связи поверхностного стока с природными факторами, что позволяет выявить важные зависимости.
Применение статистического, генетического методов и элементов системного подхода и проведение многофакторных исследований позволяют выявить не только влияние отдельных природных и антропогенных факторов на функционирование ландшафтов, но и их взаимодействия.
Применительно к целям создания адаптивно-ландшафтной системы земледелия во ВНИАЛМИ накоплена многолетняя научная информация. Остановимся кратко на характеристике полученных решений.
Е. А. Гаршинёвым [4] разработана теория и созданы математические модели эрозионно-аккумулятивного процесса (ЭАП). Модели доведены до инженерного расчета и реализованы пакетом прикладных программ для ЭВМ. Им установлено, что вся совокупность эрозионно-аккумулятивных склонов может быть описана универсальной функцией - логистической [4]:
Н = (Нтах - Нтт) / (1 + ехр (-а + ЬЦ)) + Нтп,
где Н, Нтах, Нтт - текущая отметка, максимальная и минимальная асимптоты поверхности склона; L -расстояние от водораздела; а и Ь - параметры.
Полученные результаты позволяют использовать логистическую функцию для решения многих задач прикладной геоморфологии, ландшафтоведения, почвоводоохранного земледелия. Так, её применение позволяет получать на основе расчетов геологическое строение зоны аэрации и положение уровней грунтовых вод, выполнять комплексное ландшафтное районирование территории, прогнозировать естественную и антропогенную эволюцию ландшафтов и т. п.
По мнению Е. А. Гаршинёва, закон, описывающий форму склона и эрозионноаккумулятивный процесс, едины. На этой основе им разработано уравнение для расчета смыва [3]: 'т = Ц[К]^(ф1Р2)т Цп ,
где L - коэффициент, учитывающий размерность, пропорциональность и противоэрозионную стойкость агрофона; [К] - произведение коэффициентов, учитывающих почвенные условия и эффективность почвозащитных приёмов; h - слой стока; ф1 = Ьсф / АН; с = ехр(а); АН = Нтах - Нтт; ф = ехр(^); т, п. s - (т ~ 1...2; L ~ 0,5...1; s = 0,96).
Для целей ландшафтного земледелия важно добиться снижения эрозии до допустимого предела, когда интенсивность почвообразования превышает интенсивность эрозии. Используя это уравнение, рассчитывается положение точки на склоне, где величина смыва достигает допустимого предела. В этой точке предусматривается созда-
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
ние первой лесополосы или другого противоэрозионного рубежа. Затем выполняется расчет следующих рубежей.
Автором [2] проанализирован и обобщён большой экспериментальный материал по влиянию природных факторов на сток талых вод в зональном разрезе от серых лесных до светло-каштановых почв, который позволил из многообразия факторов выявить важнейшие. Ими являются снегозапасы, увлажнение мерзлой почвы и глубина её промерзания. В результате анализа был открыт закон лимитирующих факторов стока талых вод. Суть его состоит в том, что при некотором (лимитирующем) значении одного из этих факторов сток не формируется независимо от уровня других. Определены максимальные значения факторов, при которых сток не формируется. Например, на юге Нечерноземной зоны, в ЦЧО и Поволжье, если почва талая или промёрзла до глубины не более 30-50 см, сток не формируется независимо от уровня её увлажнения и количества снегозапасов. Дальнейшее увеличение глубины промерзания почвы выше лимитирующего уровня практически не влияет на величину стока, т. е. при любой глубине промерзания выше лимитирующей он формируется одинаковый. Решающее влияние на него в этом случае оказывают влагозапасы в почве и снеге. При увлажнении верхнего (0-50 см) слоя почвы до уровня менее 120-130 мм на юге ЦРНЗ и 70-95 мм в Нижнем Поволжье сток не формируется независимо от глубины промерзания почвы и снегозапасов, т. е. лимитирующим фактором является увлажнение почвы. С помощью множественного корреляционно-регрессионного анализа дана количественная оценка влияния на сток увлажнения почвы и снегозапасов при уровнях факторов свыше лимитирующих. Аналитически оно выражается уравнениями прямых:
Уа1 = а + Ь1'па1 + Ь2'са1 ,
где Уа1 - слой стока с 1-того агрофона; Wпа1 - запасы воды в почве, мм; Wса1 а, Ь1, Ь2 - параметры уравнения.
Опираясь на выявленные закономерности и связи, можно давать прогноз стока талых вод. Для расчета стока с сельскохозяйственной территории, на которой применяется ландшафтная система земледелия, можно использовать уравнение (патент № 2347222):
У = Х(Уа1 ва^/Х^ - Уэл - Уэа - Уэг, (2)
1 1
где У - слой стока с сельскохозяйственных угодий, мм; Уа1 - слой стока с 1-того агрофона, мм; ва1 - соответственно площадь агрофонов, га; .Уэл, Уэа, Уэг - стокорегулирующий эффект от применения лесомелиоративных, агротехнических и гидротехнических приёмов, мм.
Эти и другие теоретические и эмпирические модели служат основой для разработки систем адаптивно-ландшафтного земледелия. Создание такой системы сводится к решению общей задачи оптимального управления ландшафтом и реализуется путем последовательного решения частных задач. Элементами адаптивно-ландшафтного земледелия являются: почвозащитная организация землепользования, структура посевных площадей и система севооборотов, система обработки почвы и почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, система лесомелиоративных мероприятий, система удобрений и защиты растений, лугомелиоративные и гидротехнические мероприятия.
Узловым моментом почвозащитной организации землепользования является типизация земель (выделение контуров по однородным агроэкологическим условиям) и определение характера их использования, а также применения на них соответствующих
(1)
- запасы воды в снеге, мм;
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
технологий, приемов и мероприятий, обеспечивающих нормальное функционирование агроэкосистем. Критериями для выделения разных групп земель являются: характер гидрологических и эрозионных процессов, состояние почв, местонахождение в рельефе, доступность для механизации и др.
Библиографический список
1. Барабанов, А.Т. Методика изучения способов сочетания лесомелиорации с другими элементами систем земледелия при контурной организации территории [Текст]/ А.Т. Барабанов, Е.А. Гаршинёв. - Волгоград: , 1987. - 45 с.
2. Барабанов, А.Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии [Текст] / А.Т. Барабанов. - Волгоград, 1993. - 156 с.
3. Гаршинёв, Е.А. Эрозионно-гидрологический процесс. Теория и модели [Текст] / Е.А. Гаршинёв. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 1999. - 196 с.
4. Гаршинёв, Е.А. Противоэрозионная лесомелиорация и эволюция эрозионногидрологического процесса [Текст] : автореф. дис.... доктора с.-х. наук/ Е.А. Гаршинёв. - Волгоград, 1995. - 48 с.
E-mail: vnialmi [email protected]
