CC BY
10
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
12. Хабирова Л. М., Кулагин А. А. Самовосстановление растительного покрова карьеров по добыче строительных материалов на территории республики Башкортостан // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. № 2-2. С. 551-554.
13. Хамарова З. Х., Алиев И. Н., Тхакахова Д. М. Формирование защитных лесных насаждений в техногенных землях Центральной части Северного Кавказа // Вестник Поволжского государственного технологического унивеpситета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 1 (45). С. 51-65.
14. Worlanyo A. S., Jiangfeng L. Evaluating the environmental and economic impact of mining for post-mined land restoration and land-use: A review // Journal of Environmental Management. 2020.111623 p.
15. Zolotova E., Ryabinin V. Elements distribution in soil and plants of an old copper slag dump in the Middle Urals, Russia // Ecological Questions. 2019. V. 30. № 4. P. 1-11.
Информация об авторах Алиев Игорь Нажафович, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий отделом технологий горного и предгорного садоводства Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства», (Россия, КБР, 360004, Нальчик, улица Шарданова, 23), ORCID: 0000-0003-1144-2333, email: aliev61@mail.ru
Воронина Валентина Павловна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Агроэкология и лесомелиорация ландшафтов», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» (Россия, 400002, Волгоград, Университетский проспект, 26), ORCID: 0000-0002-3441-5314, e-mail: v.p.voronina@mail.ru
Хамарова Зора Хакимовна, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, отдел технологий горного и предгорного садоводства Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства», (Россия, КБР, 360004, Нальчик, улица Шарданова, 23), ORCID: 0000-0001-8030-209Х, e-mail: aliev61@mail.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-03 SUBSTANTIATION OF THE ROLE AND PLACE OF FLOW-REGULATING MEASURES IN THE FIGHT AGAINST SOIL DEGRADATION AND LAND DESERTIFICATION
A. T. Barabanov
Federal Research Centre of Agroecology, Amelioration and Protective Afforestation of Russian Academy of Sciences, Volgograd
Received 08.10.2022 Submitted 09.02.2023
The research was carried out within the framework of the state task No. 0713-2019-0003"Theoretical foundations of the erosion-hydrological process in catchment basins, conceptual directions, ways and principles of creating highly effective environmental management systems for this process in order to completely prevent soil erosion " (state registration no. AAAA19-119042290013-8) funding for the Ministry of science and higher education of the
Russian Federation
Summary
Over the last century, many measures and techniques have been proposed to protect the soil from erosion. However, not all of them have received an objective assessment of their role and the flow-regulating effect is evaluated ambiguously by different authors. Based on the analysis and generalization of numerous literature data and the results of our research, a scientific justification of the effectiveness of various soil protection measures and techniques from the standpoint of the law of limiting factors of runoff is given and an experimental assessment of their role on agricultural lands is carried out.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Abstract
Introduction. The development of new measures to protect soils from erosion is a very urgent task, despite the fact that many measures and techniques have been proposed over the past century. However, not all of them have received a scientific justification of their role and an objective assessment of the effect, and therefore the flow-regulating effect is evaluated differently by different authors. Some overestimate their role and it seems that with the help of individual measures, it is possible to fully protect the soil from erosion. Materials and methods. The analysis of the materials of theoretical and experimental studies of the flow-regulating role of various anti-erosion techniques obtained using water-balance methods - runoff sites, small catchments, etc. Results and conclusions. Based on the analysis and generalization of numerous literature data and the results of our research at All-Russian Research Institute of Agroforestry and the Federal Scientific Center for Agroecology, Integrated Land Reclamation and Protective Aforestation of the Russian Academy of Sciences, a scientific justification of the flow-regulating and anti-erosion effectiveness of various soil protection measures and techniques from the standpoint of the law of limiting factors of slope runoff is given and an objective experimental assessment of their role on agricultural lands is carried out. Of the entire large arsenal of anti-erosion protection of soils from erosion, some techniques have shown high efficiency, while others are ineffective or even play a negative role, since they do not affect natural factors affecting runoff: soil freezing, its humidity and snow reserves. A scientific explanation of these processes and facts is given. This should be taken into account when developing and evaluating the effectiveness of new anti-erosion techniques. On this basis, we have developed new highly effective techniques.
Keywords: agroforestry, soil erosion, relief, ecological framework, catchment area, anti-erosion techniques, runoff factors.
Citation. Barabanov A. T. Substantiation of the role and place of flow-regulating measures in the fight against soil degradation and land desertification. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2023. 1(69). 36-46 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-03.
Author contribution. The author of this study were directly involved in the planning, execution of experiments and analysis of the results obtained. The authors of this article have familiarized themselves with the final version presented and approved it.
Conflict of interest. The authors declare that there is no conflict of interest. УДК 631.6.02:556
ОБОСНОВАНИЕ РОЛИ И МЕСТА СТОКОРЕГУЛИРУЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ В БОРЬБЕ С ДЕГРАДАЦИЕЙ ПОЧВ И ОПУСТЫНИВАНИЕМ ЗЕМЕЛЬ
А. Т. Барабанов, доктор сельскохозяйственных наук
Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук, г. Волгоград
Дата поступления в редакцию 08.10.2022 Дата принятия к печати 09.02.2023
Актуальность. Разработка новых мероприятий для защиты почв от эрозии является очень актуальной задачей, несмотря на то что за последнее столетие было предложено много мероприятий и приемов. Однако не все они получили научное обоснование их роли и объективную оценку эффекта, и поэтому разными авторами стокорегулирующий эффект оценивается по-разному. Некоторые завышают их роль, и складывается впечатление о том, что с помощью отдельных мероприятий можно полностью защитить почву от эрозии. Материалы и методы. Осуществлен анализ материалов теоретических и экспериментальных исследований стокорегу-лирующей роли различных противоэрозионных приемов, полученных с применением водно-балансовых методов - стоковых площадок, малых водосборов и др. Результаты и выводы. На основе анализа и обобщения многочисленных литературных данных и результатов наших исследований во ВНИАЛМИ и ФНЦ агроэкологии РАН дано научное обоснование стокорегули-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
рующей и противоэрозионной эффективности разных почвозащитных мероприятий и приемов с позиций закона лимитирующих факторов склонового стока и осуществлена объективная экспериментальная оценка их роли на сельскохозяйственных землях. Из всего большого арсенала средств противоэрозионной защиты почв от эрозии некоторые приемы показали высокую эффективность, а другие малоэффективны или даже играют отрицательную роль, так как не воздействуют на природные факторы, влияющие на сток, а именно промерзание почвы, ее влажность и снегозапасы. Дано научное объяснение этим процессам и фактам. Это необходимо учитывать при разработке и оценке эффективности новых противоэрозионных приемов. На этой основе нами разработаны новые высокоэффективные приемы.
Ключевые слова: агролесомелиорация, эрозия почв, типы рельефа, экологический каркас, водосборы, противоэрозионные приемы, факторы стока.
Цитирование. Барабанов А. Т. Обоснование роли и места стокорегулирующих мероприятий в борьбе с деградацией почв и опустыниванием земель. Известия НВ АУК. 2023. 1(69). 36-46. DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-03.
Авторский вклад. Автор настоящего исследования принимал непосредственное участие в планировании, выполнении опытов и анализе полученных результатов. Автор настоящей статьи ознакомился с представленным окончательным вариантом и одобрил его.
Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Эрозия почв - процесс многофакторный, он протекает под влиянием множества антропогенных и природных факторов при сложном их сочетании и часто приводит к катастрофическим последствиям - деградации и опустыниванию ландшафтов. Поэтому решение этой проблемы - очень сложное, оно требует больших сил, средств и знаний [2, 5, 6, 9, 11-14]. Применением отдельных приемов ее не решить, нужна система мероприятий, созданная из разных взаимодействующих и взаимодополняющих приемов на основе знания закономерностей формирования стока и процессов эрозии, роли природных и антропогенных факторов в развитии этих процессов, способности почв и растительности противодействовать им и др. Для этого необходима разработка комплексных проектов адаптивно-ландшафтной системы земледелия, основой которого является противоэрози-онная организация территории и агролесомелиоративный экологический каркас.
Концепция адаптивно-ландшафтного земледелия предусматривает такой характер сельскохозяйственной деятельности, при котором учитываются природно-ресурсный потенциал землепользования, его агроэкологическое состояние, требовательность сельскохозяйственных культур к условиям произрастания, их почвозащитная способность, рельеф местности и др. [1]. Это важно для определения характера дифференцированного использования земельных участков для выращивания сельхозкультур.
А. С. Козменко (1954), основываясь на созданной им теории образования современного рельефа и покровных отложений, впервые разработал научные основы противо-эрозионной мелиорации, предусматривающие для борьбы со смывом почвы и оврагообра-зованием комплекс мер, охватывающих целые водосборы и включающих множество приемов, объединенных в следующие группы мероприятий: организационно-хозяйственные, лесомелиоративные, агротехнические, лугомелиоративные и гидротехнические. Им же впервые был разработан и осуществлен на практике комплекс противоэрозионных мероприятий. Научная общественность и практика высоко оценила достижения Новосильской опытно-овражной станции (ныне Новосильской агролесомелиоративной опытной станции им. А. С. Козменко - филиал ФНЦ агроэкологии РАН). На первом Всесоюзном совещании по борьбе с эрозией почв в СССР (4-7 марта 1936 г.), которое проходило в Почвенном институте Академии наук СССР под руководством выдающегося инициатора постановки
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
проблемы и начала деятельности по изучению эрозии почв в стране А. М. Панкова, был заслушан доклад директора Новосильской опытной станции А. С. Козменко. В резолюции этого совещания отмечалось: «При планировании и проектировании противоэрозионных мероприятий и организации территории эродируемых площадей Совещание считает необходимым положить в основу систему учения акад. В. Г. Вильямса и мелиоративные методы, разработанные Новосильской опытно-овражной станцией» [1].
Разработанные А. С. Козменко научные основы противоэрозионной мелиорации стали базой для создания агролесомелиоративного экологического каркаса на водосборах и разработки современных систем адаптивно-ландшафтного земледелия. Они подробно описаны в работе [8]. Здесь мы рассматриваем главную особенность основ противоэрозионной мелиорации - комплексный поход к защите почв от эрозии и систему мер, охватывающих целые водосборы и включающую множество приемов. В течение многих лет основы противоэрозионной мелиорации совершенствовались несколькими поколениями ученых [3, 4, 7, 9, 10, 15]. Наиболее полно это направление разрабатывалось во ВНИ-АЛМИ Г. П. Сурмачем, Е. А. Гаршиневым, А. Т. Барабановым, Борцом В. П., В. И. Пановым, А. И. Петелько и продолжает развиваться сейчас в ФНЦ агроэкологии РАН. Была разработана оригинальная теория рельефообразования и отложения лессовых пород, создана модель эрозионно-аккумулятивного процесса на основе концепции тождественности функции формы склона и функции эрозионно-аккумулятивного процесса, открыт закон лимитирующих факторов стока талых вод, дано теоретическое обоснование создания новых противоэрозионных приемов и оценки их эффективности, разработаны новые противоэрозионные мероприятия, входящие в системы адаптивно-ландшафтного земледелия, и многое другое.
В результате многолетних экспериментов многих исследователей, в том числе и наших, получен большой материал, характеризующий эффективность противоэрозионных приемов, применяемых в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Они оцениваются неоднозначно. Цель исследований - дать научное обоснование стокорегулирующей и про-тивоэрозионной эффективности почвозащитных мероприятий на основе нового знания об эрозионно-гидрологическом процессе, влиянии на него природных и антропогенных факторов, взаимодействия талой воды с мерзлой почвой, закономерности формирования стока и способности приемов высокоэффективно воздействовать на этот процесс.
Материалы и методы. Объектами исследований были агроландшафты лесостепной, степной и полупустынной природных зон. Методологической основой наших исследований были приняты водно-балансовый метод и система методов, применяемых в агролесомелиорации и смежных науках: гидрологии почвоведении, земледелии, и др. При планировании, проведении опытов и анализе результатов использовали статистический и генетический подходы, элементы системного подхода. Наши исследования проводились в полевых экспериментах с применением стоковых площадок. При обобщении литературных данных мы также использовали материалы, полученные с применением водно-балансового метода. На стоковых площадках размером 20 на 100 м определяли сток и факторы, влияющие на его формирование: снегозапасы, глубина промерзания почвы и ее влажность; исследовали почвенные характеристики; вели гидрометеорологические наблюдения и др. Сток учитывали на тонкостенных водосливах с углом выреза 45о, снегозапасы путем проведения снегомерной съемки. Высоту снега измеряли снегомерной рейкой по профилям через 1-4 м в 3-5-кратной повторности, а плотность - весовым снегомером в 3-кратной повторности. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом, а глубину промерзания - бурением скважин и по мерзлотомерам Данилина. Другие показатели определяли по общепринятым методикам.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Результаты и обсуждение. Была разработана теория формирования весеннего склонового стока, сформулирован ряд теоретических выводов и практических предложений, определяющих направления разработки новых способов защиты почв от эрозии и углубляющих знания об этом процессе. Был открыт закон лимитирующих факторов стока, значительно расширяющий и углубляющий наши знания о закономерностях его формирования [2]. Суть закона заключается в том, что при некотором минимальном значении одного из трех лимитирующих факторов (снегозапасы, глубина промерзания и влажность почвы) поверхностный сток не формируется независимо от уровня двух других. То есть на величину поверхностного стока существенно влияют только три фактора. Если уровни каждого из этих факторов ниже некоторой лимитирующей величины (глубина промерзания до 50 см, влажность почвы 70-120 мм в слое 0-50 см по природным зонам, снегозапасы меньше объема свободных пор в слое 0-30 см), то сток не формируется. При уровнях факторов выше указанных (лимитирующих) сток образуется в любом случае, и величина его зависит от запасов воды в почве и снеге. Поэтому при разработке и оценке эффективности стокорегулирующих и противоэрозионных приемов нужно исходить из того, как они влияют на эти факторы.
Арсенал противоэрозионных средств защиты почв от эрозии разного характера воздействия на эрозионно-гидрологический процесс был создан большой, однако стокорегулирующая и противоэрозионная роль их оценивается неоднозначно. Автор сгруппировал их по характеру влияния на сток и эрозию в три группы:
- первая группа приемов влияет на сток и эрозию рассредоточено по всей площади поля. Это в основном приемы зяблевой обработки почвы: создание искусственного микрорельефа, щелей, кротовин, мульчирование поверхности пашни и др.;
- вторая группа противоэрозионных приемов направлена на регулирование стока и предотвращение эрозии локально, на рубежах: стокорегулирующие и приба-лочные лесополосы, кулисы из кустарников и высокостебельных сельскохозяйственных растений;
- третья группа приемов также обладает свойствами локального действия, но они могут применяться в комплексе с другими приемами. Это гидротехнические мероприятия - валы-террасы, водоотводящие валы, валы-канавы.
Эффективность приемов первой группы (агротехнических) оценивается неоднозначно. Для применения их при управлении эрозионно-гидрологическим процессом необходимо знать, какую роль они играют в этом процессе.
Наши многолетние исследования в лесостепной и степной зонах бассейнов Волги и Дона и анализ литературных данных позволили решить эту задачу и обосновать их роль и место в адаптивно-ландшафтной системе земледелия.
Основными элементами такой системы земледелия являются почвозащитная организация землепользования, агротехнические, лесомелиоративные, гидротехнические и лугомелиоративные мероприятия.
При почвозащитной организации землепользования на основе учета природно-ресурсного потенциала, особенностей рельефа, состояния эродированности почв, характера современных эрозионных процессов предусматривается классификация земель; определение характера их использования; выделение севооборотных массивов; размещение полей, лесных полос и других рубежей на территории; разработка севооборотов, технологий обработки почвы и мелиорации суходольных лугов. Организация территории землепользования и агролесомелиоративный каркас являются базовыми элементами системы земледелия, на которых осуществляются все другие мероприятия. Лесомелиоративные мероприятия разрабатываются одновременно с противоэрозионной организацией территории. Они являются основой экологического агролесомелиоративного каркаса. Агротехнические приемы планируются в составе агротехнологий. Они играют стокорегулирующую и про-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
тивоэрозионную роль. Гидротехнические мероприятия применяются как при создании агролесомелиоративного экологического каркаса на полях в сочетании со стокорегулирую-щими лесополосами, так и самостоятельно в вершинах оврагов. Лугомелиоративные мероприятия с целью улучшения и повышения продуктивности суходольных лугов осуществляется в овражно-балочной сети для предотвращения смыва и оврагообразования.
Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия включают лесные полосы на пашне (стокорегулирующие, прибалочные, приовражные) и массивные лесонасаждения на оврагах и балках. Стокорегулирующие лесополосы расчленяют склоны большой длины на короткие отрезки и за счет повышенной водопоглотительной способности в них обусловливают уменьшение стока и эрозии почв. Лесополосы обладают высоким стокорегулирующим эффектом по сравнению с другими приемами. Они способны сократить склоновый сток в маловодные годы на 4-7 мм в многоводные - на 24-34 мм. Коэффициент водопоглощения склонового стока в лесополосах колеблется от 0,130,54 в многоводные годы, до 0,74-0,89 в маловодные [2] .
Кроме того, инфильтрацию в стокорегулирующих лесополосах можно повысить сочетанием их с другими приемами, способствующими уменьшению промерзания почв и увеличивающими площадь затопления (площадь впитывающей поверхности) за счет подпора воды, поступающей с поля. Это достигается мульчированием почвы в междурядьях лесополос и сочетанием их с канавами и валами, что позволяет увеличить водопоглощение в лесополосе в несколько раз - до 3000-5000 мм. В результате в целом на водосборе водопоглощение может составить до 40-50 мм.
Очень важным вопросом является пространственное размещение лесополос, от которого зависит их стокорегулирующая эффективность, Они могут быть высокоэффективны в противоэрозионном отношении, если будут размещаться с учетом рельефа на всей площади от водораздела до бровки балки. В этом случае обеспечивается оптимальное сочетание всех функций лесополос - регулирования стока, защиты от эрозии и дефляции. Гаршиневым Е. А. (2002) предложено размещать лесополосы на водосборах поперек склона, по горизонталям или близко к ним следующими способами (рисунок). Прибалочные и приовражные лесополосы размещаются одновременно с общей организацией территории вдоль бровок балок, оврагов, а насаждения на землях гидрографической сети - на оврагах и берегах балок.
Рисунок - Способы размещения стокорегулирующих лесополос:
1.1 - горизонтальное (контурное), 1.2 - субгоризонтальное (субконтурное), 2.1 - прямолинейное,
2.2 - криволинейное, 2.3 - криволинейно-прямолинейное, 3.1 - эквидистантное (параллельное),
3.2 - неравнодистантное (непараллельное)
Figure - Methods of placement of flow-regulating forest belts 1.1 - horizontal (contour), 1.2 - subhorizontal (sub-contour), 2.1 - rectilinear, 2.2 - curvilinear, 2.3 - curvilinear-rectilinear, 3.1 - equidistant (parallel), 3.2 - non-equidistant (non-parallel)
Агротехнических стокорегулирующих и противоэрозионных приемов разработано много. Их влияние на водопоглощение и сток в основном рассредоточенное по площади, а по назначению их можно сгруппировать в следующие группы [2]:
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
- приемы, направленные на повышение водопроницаемости почв за счет улучшения водно-физических свойств: углубления пахотного слоя, улучшения структуры почв и др.;
- приемы, обусловливающие поверхностное задержание воды: создание искусственного микрорельефа, поперечная вспашка зяби и др.;
- приемы, придающие почве высокую почвозащитную устойчивость за счет мульчирования ее поверхности и минимизации обработки;
- приемы, направленные на снегозадержание и регулирование снеготаяния снегопахами, путем посева кулис из кукурузы и подсолнечника, зачернения и уплотнения снега.
Как показали наши исследования и обобщение литературных материалов, (таблица) все эти приемы малоэффективны в стокорегулирующем и противоэрозионном отношении. Глубокая вспашка зяби благодаря увеличению порозности верхнего пахотного слоя почвы способствует уменьшению стока в среднем всего на 5-8 мм (по природным зонам), а смыва почвы - только на 0,4-1,66 м3/га. Стокорегулирующий эффект поперечной пахоты по сравнению с продольной не выше 2-3 мм. Это связано с тем, что гребни, формирующиеся при вспашке поперек склона, имеют небольшую высоту и у них частые разрывы, понижения, через которые стекает вода. По нашим данным, разница в емкости микрорельефа при продольной и поперечной вспашке составляет всего 1,6 мм (15,8 и 17,4 мм).
Таблица - Средние показатели стокорегулирующей и противоэрозионной эффективности
агротехнических мероприятий на зяби [2]
Table - Average indicators of flow-regulating and anti-erosion efficiency of agrotechnical measures _in the winter [2]
Наименование противоэрозионных приемов / Name of anti-erosion techniques Количество опытов / Number of experiments Снижение (-) или повышение (+) относительно контрольного варианта / Decrease (-) or increase (+) relative to the control variant
сток, мм drain, mm смыв, т/га flushing, t/ha
Вспашка поперек склона на глубину 27-30 см / Plowing across the slope to a depth of 27-30 cm 22 -6 -0,9
Тоже, на глубину 20-22 см / Also, to a depth of 20-22 cm 14 -2 -0,4
Плоскорезная обработка на глубину 20-22 см / Flat-cutting processing to a depth of 20-22 cm 75 +2 -0,1
Вспашка ступенчатая / Step plowing 14 -1 -1,1
Комбинированная вспашка / Combined plowing 25 +2 0
Щелевание / Slitting 6 -3 -0,3
Обвалование / Embankment 39 -5 -0,2
Создание прерывистых борозд / Creating intermittent furrows 48 -2 +0,2
Образование лунок / Formation of holes 62 +1 +0,1
Устройство микролиманов / The device of microlimans 17 -2 +0,1
Мульчирование поверхности почвы соломой / Mulching the soil surface with straw 4 -6 -0,8
Зачернение снега по полосам / Blackening of snow by stripes 5 -5 +1,4
Полосное укрытие снега соломой / Strip snow cover with straw 4 -4 +0,3
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Эффективность создания микрорельефа на зяби, несмотря на то, что его объем составляет 30-40 мм, также низкая. Средняя величина его колеблется около нуля.
Причина низкой его эффективности заключается в том, что при устройстве микрорельефа почва уплотняется тракторами и орудиями, создающими его, уменьшается глубина рыхлого слоя в днище емкости, происходит закупорка пор в нем в результате образования наилка осенью и льда зимой (в наших опытах мощность его доходила до 12 см). Все это приводит к резкому уменьшению впитывающей способности почвы. Кроме того, следует иметь в виду, что при формировании стока создается лавинный эффект, когда емкость переполняется в одном месте, то происходит размыв других емкостей, что приводит к потере большого количества воды.
Эффективность других агротехнических приемов (щелевание, кротование, мульчирование почвы, регулирование снеготаяния и др.) также низкая. Они и не должны обладать высоким стокорегулирующим эффектом, потому что слабо воздействуют на главные факторы стока: снегозапасы, замерзание и влажность почвы.
В настоящее время в стране применяются новые технологии выращивания сельхозкультур: прямой посев без обработки, минимальные обработки и др. Их стокорегу-лирующая и противоэрозионная эффективность не изучена. Исходя из имеющихся знаний о закономерностях формирования стока на рыхлой и уплотненной пашне, можно сделать вывод о том, что при этих технологиях создается стокообразующий агрофон, который, с одной стороны, может способствовать снижению смыва почвы, а с другой, -усилению оврагообразования из-за повышенного стока. Поэтому необходимо изучить стокорегулирующую и противоэрозионную эффективность этих приемов и технологий.
Таким образом, многолетний экспериментальный материал показывает, что имеющийся большой арсенал агротехнических мероприятий малоэффективен в регулировании стока и защите почв от эрозии, однако это не должно привести к отказу от их применения в комплексе мероприятий.
Объективная оценка их реальной роли не должна допустить заблуждения в их высокой эффективности и возможности защиты почвы от эрозии их применением. Это создает опасную иллюзию, что этими приемами можно решить такую сложную проблему и исключить необходимость разработки и применения других почвозащитных мероприятий. Агротехнические приемы должны быть частью почвозащитных технологий возделывания сельхозкультур в почвозащитной системе земледелия.
Лугомелиоративные мероприятия применяются в основном в гидрографической сети. Из-за высокой антропогенной нагрузки естественная травянистая растительность в значительной степени деградирует, и почва часто подвергается эрозии. Для повышения их противоэрозионного эффекта на суходольных лугах (в основном на берегах балок) применяются приемы поверхностного и коренного улучшения и рационального их использования (пастбищеообороты и др.).
Гидротехнические противоэрозионные приемы на пашне (валы-террасы, водо-отводящие валы и борозды) высокоэффективны: они уменьшают величину стока на 3050 мм и смыва почвы в 8-12 раз. Однако они сложны в исполнении, требуют больших затрат и поэтому мало применяются на практике, хотя в некоторых случаях они необходимы в комплексе с другими мероприятиями.
Перспективными противоэрозионными приемами являются те приемы, которые сильно влияют на снегозапасы, влажность почвы и особенно на ее промерзание - наиболее мощный фактор стока. На него можно эффективно воздействовать путем регулирования снегоотложения. Регулирование стока на водосборе можно осуществлять также путем задержания его на рубежах и перевода в грунтовый с помощью лесополос, простейших гид-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ротехнических сооружений и устройств или безопасного отвода наклонными водоотводя-щими бороздами, валами по залуженным ложбинам; применения приемов, повышающих почвозащитную устойчивость почвы (минимизация зяблевой обработки почвы, посев сельскохозяйственных культур без обработки, плоскорезное рыхление); использования почвозащитной способности сельскохозяйственных растений (структура посевов, система севооборотов и др.). На этой основе нами предложены новые высокоэффективные способы регулирования снегоотложения, стока талых вод и борьбы с эрозией.
Способ регулирования снегоотложения (патент 1799234) заключается в создании на склоне от водораздела до бровки балки системы лесных полос, конструкции которых обеспечивают изменяющуюся продуваемость. В приводораздельной части склона размещают лесополосу продуваемой конструкции и далее вниз по склону ажурно-продуваемой, ажурной и плотной. Лесополосы позволяют сохранить весь снег от переноса его в гидрографическую сеть и способствуют перераспределению его с небольшим уменьшением высоты при движении снизу вверх. При таком характере снегоотложения обусловливается постепенное стаивание снега сверху вниз. Такой постепенный сход снега резко уменьшает (до полного предотвращения) смыв почвы.
Следующий способ регулирования снегоотложения (патент № 2248116) включает создание на склоне системы лесополос комбинированной конструкции, созданных из 2-3 рядов деревьев и 1-2 рядов низкорослого кустарника. Профиль такой конструкции лесополосы формируется следующий: в нижней части до 30-50 см плотный за счет кустарника, в средней - до 1,5 м - продуваемый за счет обрезки нижних сучьев и в верхней -ажурной или плотной за счет естественно сформировавшейся кроны.. Система лесополос такой конструкции обеспечивает оптимальное распределение снега в межполосном пространстве и отложение в лесополосе необходимого количества снега для предотвращения глубокого промерзания почвы и накопление дополнительной влаги для деревьев. Она обеспечивает достаточно равномерное и эффективное снегораспределение и снегонакопление на прилегающих полях (действует как продуваемая), а за счет ряда низкорослого кустарника - необходимые снегозапасы в самой полосе.
Способ крупнополосного размещения сельхозкультур в межполосных пространствах системы стокорегулирующих лесных полос плотной конструкции (авторское свидетельство 1404000), у которых образуются большие снежные шлейфы, особенность его заключается в том, что сельскохозяйственные культуры размещаются в межполосных пространствах в зависимости от их почвозащитной способности и способа основной обработки почвы. В зонах снежных шлейфов размещаются яровые культуры, для которых требуется отвальная зябь, почвозащитная устойчивость которой очень низкая, а в меж-шлейфовых частях - культуры, которые обладают высокой почвозащитной способностью: многолетние травы, озимые, культуры прямого посева, стерневые агрофоны. Особенность снеготаяния в таком межполосном пространстве заключается в том, что в первую очередь сходит снег в средней его части, где агрофон с высокой противоэрози-онной устойчивостью. Вода, поступающая из вышележащего снежного шлейфа, не производит здесь смыва, а попадая в нижележащий снежный шлейф, где отвальная зябь, она медленно просачивается через снег и смыва также не производит.
Способ защиты почв от смыва (патент 2744184) предусматривает после уборки зерновых культур сохранение стерни на всем склоне. При этом высота среза ее при уборке урожая должна увеличиваться при движении вниз по склону на 3-5 см через каждые 100-150 м. На длинных склонах свыше 450 м обычно формируют четыре полосы с разной высотой стерни. Способ создает условия для постепенного стаивания снега сверху вниз по склону, что обусловливает предотвращение смыва почв.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Выводы. Таким образом, из всего большого арсенала средств противоэрозион-ной защиты почв некоторые приемы оказались высокоэффективными, а другие - малоэффективными или совсем неэффективными. Связано это с тем, что они не воздействуют на природные факторы формирования склонового стока: промерзание почвы, ее влажность и снегозапасы. Поэтому нужна система мероприятий, построенная на наиболее эффективных взаимодействующих приемах на основе знания закономерностей формирования стока и процессов эрозии. Перспективными противоэрозионными приемами могут быть такие приемы, которые сильно влияют на эти факторы стока, особенно на промерзание почвы, которое наиболее мощно воздействует на водопоглощение. Это необходимо учитывать при разработке и оценке эффективности новых противоэро-зионных приемов. Наибольшее воздействие на эти факторы оказывают стокорегулиру-ющие лесополосы. Важную роль играет сочетание их с другими приемами, направленными на локальное водозадержание или регулируемый безопасный отвод по залуженным ложбинам с помощью водозадерживающих и водоотводящих валов, канав, борозд и других приемов.
Библиографический список
1. Агролесомелиоративный эталон защиты почв от эрозии: Справочник-путеводитель по Новосильской зональной агролесомелиоративной опытной станции им. А.С. Козменко / К. Н. Кулик, А. С. Рулев, А. Т. Барабанов, А. И. Петелько, Н. Е. Новиков, А. В. Кулик, А. В. Вы-пова. Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2018. 52 с.
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. Картографирование ручейковой эрозии пахотных почвпо данным с беспилотных летательных аппаратов / А. Н. Каштанов, Ю. И. Вернюк, И. Ю. Савин, В. В. Щепотьев, П. А. Докукин, Д. В. Шарычев, К. А. Ли // Почвоведение. 2018. № 4. С. 506-512.
4. Кирюшин В. И. Система научно-инновационного обеспечения технологий адаптивно-ландшафтного земледелия // Земледелие. 2022. № 2. С. 3-7.
5. Коронкевич Н. И., Георгиади А. Г., Ясинский С. В. О гидрологических изменениях // Вопросы географии. 2018. № 145. С. 739-744.
6. Кулик К. Н. Агролесомелиоративное обустройство степных ландшафтов - пережиток прошлого или экологический императив современности // Степи Северной Евразии: материалы VII международного симпозиума. Оренбург: ИС УрОРАН, Печатный дом «Димур», 2015. С. 57-60.
7. Моделирование процессов противоэрозионного земледелия и агролесомелиорации / А. В. Панфилов, П. Н. Проездов, А. В. Розанов, А. В. Карпушкин // Аграрный научный журнал. 2017. № 9. С. 19-23.
8. От основ противоэрозионной мелиорации школы А. С. Козменко - Г.П. Сурмача к современным системам адаптивно-ландшафтного земледелия (история эрозиоведения ВНИ-АЛМИ) / А. Т. Барабанов, А. И. Петелько, В. И. Панов, А. В. Кулик, О. А. Гордиенко, М. Р. Шайфуллин // Научно-агрономический журнал. 2021. № 3. С. 6-19.
9. Панов В. И. Оптимизация соотношения основных ландшафтных угодий (кластеров) в бассейновом агроэколандшафте степного засушливого пояса России // Научно-агрономический журнал. 2021. № 2. С. 6-16.
10. Панов В. И. Ландшафтный лесной кластер в ландшафтно-синергетическом экологическом агроприродопользовании в засушливом степном поясе России // Научно-агрономический журнал. 2022. № 2 (109). С. 4-12.
11 Панфилов А. В., Попов В. Г. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия и агролесомелиорации в степной и сухостепной зонах Поволжья // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2018. Т. 1. № 3. С. 217-222.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
12. Петелько А. И. Противоэрозионные защитные насаждения в Центральном Нечерноземье // Агроэкология, мелиорация и защитное лесоразведение: матер. науч.-практ. конф. Волгоград: ФнЦ агроэкологии РАН, 2018. С. 144-149.
13 Шабаев А. И. Избранные труды. Эрозия почв и адаптивно-ландшафтное земледелие. Саратов: ФГБНУ «НИИСХЮВ», 2017. 648 с.
14. Lawson G., Dupraz C., Watts J. Cac Silvoarable Systems Maintain Yield, Resilience, and Diversity in the Face of Changing Environments // Agroecosystem Diversity: Reconciling Contemporary Agriculture and Environmental Quality. Elsevier Inc. 2019. Р. 145-168.
15. Pimentel D., Burgess M. Soil erosion threats food production // Agriculture. 2013. № 3 (3). P. 443-463.
Информация об авторе
Барабанов Анатолий Тимофеевич, главный научный сотрудник - заведующий лабораторией защиты почв от эрозии ФНЦ агроэкологии РАН (РФ, 400062, г. Волгоград, пр-т Университетский, 97), доктор сельскохозяйственных наук, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9945-654X barabanova@vfanc.ru тел. 8-961-694-08-44
DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-04 VARIETY SPECIFICITY OF THE INFLUENCE OF SALT AND OSMOTIC STRESS ON THE MORPHOLOGICAL SIGNS OF SPRING WHEAT SEEDLS
I. N. Besaliev1, A. L. Panfilov1, N. S. Reger1
1Federal Scientific Center for biological Systems and agricultural Technologies of Russian Academy of Sciences, Orenburg
Received 22.11.2022 Submitted 12.02.2023
The studies "Variety specificity of the influence of salt and osmotic stress on the morphological characteristics of spring wheat seedlings" were carried out in accordance with the research plan for 2021-2030. FGBNUBSTRAS on the topic No. FNWZ-2022-0014
Summary
The article presents the results of a laboratory experiment on the study of the influence of various variants of salt and osmotic stress on the morphological parameters of seedlings of varieties of spring soft and durum wheat. As a result of the research, a negative effect of osmotic stress and salinity on the sowing qualities of seeds and morphological parameters of seedlings of the studied spring wheat varieties was revealed.
Abstract
Introduction. One of the factors that have a negative impact on the formation of productivity of agricultural crops is soil salinization. In recent years, due to the increase in aridity and lack of moisture, the negative impact of excess salt in the soil has been increasing. The study and evaluation of the resistance of varieties to the salinity factor against the background of sufficient and insufficient moisture makes it possible to establish their genetic fitness. Object. The objects of research were varieties of spring soft and durum wheat. Materials and methods. The studies used data from a laboratory experiment conducted at the Center for Collective Use of the Federal State Budget Scientific Institution of the Federal Scientific Center of the Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences» on methods for assessing plant resistance to salinity and osmotic stress. To assess salt resistance, the seeds were treated with sodium chloride salts at a dose of 8.7 g/l (150 mM); to create osmotic stress, the seeds were kept in a sucrose solution at a dosage of 16 atm. In the control, the seeds were treated with distilled water. Seed germination was carried out in a TSO-1M thermostat. Results and conclusions. Germination energy and seed germination were determined, as well as morphological parameters of seedlings - length, number and weight of roots, length and weight of seedlings. The treatment of seeds with sodium chloride had a more significant inhibitory effect on the sowing qualities of the seeds of the studied varieties, compared with the modified drought stress, and the indicators of the root system of seedlings decreased more under osmotic stress. Spring soft wheat varieties Oren-
