CC BY
10
жайность люцерны в условиях Западного Прикаспия // Плодородие. 2020. № 5(116). С. 21-24.
Accumulation of plant matter of alfalfa and winter wheat with stubble natural phytocenosis in grain-grass crop rotations of the Western Caspian region
A. A. Gusejnov, M. A. Arslanov
Dzhambulatov Dagestan State Agrarian University, ul. M. Gadzhieva, 180, Makhachkala, Respublika Dagestan, 367032, Russian Federation
Abstract. The studies aimed to identify the volumes of accumulation of plant matter and nutrients in alfalfa and winter wheat with stubble natural phytocenosis (SNP). The work was carried out under the conditions of the Western Caspian region in 201702022 in three grain-grass crop rotations saturated with alfalfa from 25 to 75 % and with the same ratio of winter wheat with SNP, in comparison with their monocultures. The largest amount of phytomass was formed during the monoculture of winter wheat with stubble natural phytocenosis for green manure (14.89 t/ha) and in the crop rotation of winter wheat with SNP 75 % + alfalfa 25 % (13.81 t/ha). The increase in phytomass yield in this crop rotation, in relation to the alfalfa monoculture, was 167.4 %. The maximum amount of products not alienated from the soil in the experiment was recorded in the variant with alfalfa and winter wheat with SNP for green fertilizer in the ratio of 75:25 % - 5.92 t/ha, which was
42.0 % more than with alfalfa monoculture. The largest amount of nutrients in the product was observed when sowing winter wheat monoculture with SNP: N - 21.01 t/ha, P2O5-9.59 and K2O - 18.09 t/ha. In crop rotations with varying degrees of saturation with crops, the accumulation of nutrients in plants increased as the share of winter wheat with SNP in the structure of sown areas increased: nitrogen - from 18.32 to 19.90 t/ha; P2O5- from 5.84 to 7.96; K2O - from 12.48 to
15.1 t/ha. In the areas of irrigated agriculture in the Western Caspian region, the stubble natural phytocenosis can play the role of green manure fallow, contributing to the enrichment of the soil with organic substances and nutrients.
Keywords: alfalfa; winter wheat; SNP; total phytomass; phytomass not alienated from the soil; crop rotation; monoculture; nutrients.
Author Details: A. A. Gusejnov, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: arsmurat@ yandex.ru);M. A. Arslanov, D. Sc. (Agr.), prof. (e-mail: arsmurat@yandex.ru).
For citation: Gusejnov AA, Arslanov MA [Accumulation of plant matter of alfalfa and winter wheat with stubble naturalphytoceno -sis in grain-grass crop rotations of the Western Caspian region]. Zemledelie. 2023;(6): 10-13. Russian. doi: 10.24412/0044-39132023-6-10-13.
doi: 10.24412/0044-3913-2023-6-13-1 i УДК 631.6.02:631.95
Особенности формирования поверхностного стока талых вод на чернозёмах обыкновенных
И. Н. ИЛЬИНСКАЯ1, доктор
сельскохозяйственных наук,
главный научный сотрудник (e-mail:
izidaar@mail.ru)
Е. В. ПОЛУЭКТОВ2, доктор
сельскохозяйственных наук,
зав. кафедрой
Э. А. ГАЕВАЯ1, кандидат
биологических наук,
ведущий научный сотрудник
С. А. ТАРАдИн1 , старший научный
сотрудник, зав. лабораторией
И. В. БАТИЩЕВ1, младший научный
сотрудник
Федеральный Ростовский аграрный научный центр, ул. Институтская, 1, пос. Рассвет, Аксайский р-н, Ростовская обл., 346735, Российская Федерация 2Донской Государственный аграрный университет, ул. Кривошлыкова, 24, пос. Персиановский, Октябрьский р-н, Ростовская обл., 346493, Российская Федерация
Исследование проводили с целью анализа размеров поверхностного стока талых вод в севооборотах и испарения снежного покрова в период снеготаяния на эрозионно-опасных склонах чернозёмов Ростовской области. Работу выполняли в трех севооборотах. Структура посевных площадей одного из них предусматривала 20 % чистого пара, второго и третьего - соответственно 20 % и 40 % многолетних трав. В опыте рассматривали влияние двух вариантов основной обработки почвы - вспашки и безотвальной (чизельной) обработки на глубину 23...27 см. В условиях аридного климата более предпочтительной с точки зрения накопления влагозапасов в снеге была чизельная основная обработка почвы. Это позволило аккумулировать в почве перед посевом ячменя в севообороте с чистым паром больше воды, чем при отвальной обработке, в среднем на 10,6 %, в поле озимой пшеницы в эти же сроки - на 7,8 %. При этом в посевах озимой пшеницы наблюдали снижение стока талых вод, относительно вспашки, на 23,5 %, на поле, обработанном под ячмень,- на 19,4 %. В среднем за 2008-2022 гг. запасы воды в снеге в поле озимой пшеницы были выше, чем на поле, подготовленном под посев ячменя, на 31,9 %, при уменьшении стока талых вод в 2,6 раза. В зависимости от конструкции севооборота наименьший сток в среднем за годы исследований отмечен при чизельной обработке. В севообороте с чистым паром он был ниже, чем при вспашке, на 28,9 %, при наличии
в структуре посевных площадей 20 и 40 % многолетних трав - на 21,4 и 21,5 % соответственно. Независимо от способа основной обработки почвы отэрозионно-опасного, содержащего 20 % чистого пара, к почвозащитному с 40 % многолетних трав севообороту отмечено снижение поверхностного стока при его 5 %-ной обеспеченности на 38...54 %, при 95 %-ной - на 69.100 %.
Ключевые слова: поверхностный сток, талые воды, испарение снега, эрозионно-опасный склон, обеспеченность стока.
Для цитирования: Особенности формирования поверхностного стока талых вод на чернозёмах обыкновенных / И. Н. Ильинская, Е. В. Полуэктов, Э. А. Гаевая и др. // Земледелие. 2023. № 6. С.13-18. с1о1:10.24412/0044-3913-2023-6-13-18.
На территории Ростовской области около 65.. .70 % земель сельскохозяйственного назначения подвержены деградации разной степени под воздействием водной эрозии в результате стока талых вод. Степень опасности почвенной эрозии определяется климатическими условиями, рельефом местности, растительным покровом, хозяйственным использованием земель, ландшафтными особенностями и другими факторами. Отсутствие информации о количественных характеристиках процессов, протекающих в агроландшафтах (водная эрозия и дефляция почвы, снижение содержания гумуса, нарушение водного режима и др.) и приводящих к негативным последствиям, понижает эффективность почвозащитных мероприятий по их предотвращению [1, 2].
Эрозионные процессы ведут к снижению плодородия почв, увеличивают расчленённость сельскохозяйственных угодий оврагами, ухудшают водный режим и влагообеспеченность полей.
Основные причины развития эрозионных процессов: высокая степень сельскохозяйственной освоенности земель, интенсивная обработка почв на склонах, недостаточный учёт степени влагообеспеченности года, факторов стокообразова-ния, конструкции севооборотов при сельскохозяйственном использовании земель и способов основной обработки почвы, возделывание эрозионно-неустойчивых сельскохозяйственных культур на эрозионно-опасных землях [1, 3].
СО (D S ь
(D
g
(D il S
(D
О) 2 О N> 3
Водная эрозия наносит огромный ущерб землепользователям и государству. Для восстановления плодородия почвы, нарушенного в результате даже одного ливневого дождя высокой интенсивности, нередко требуются годы [4, 5].
На сегодняшний день проведены исследования условий и закономерностей формирования поверхностного стока талых, дождевых и ирригационных вод с земель сельскохозяйственного назначения, рассмотрены методы определения ущерба (вреда), наносимого поверхностным водным объектам и предложены мероприятия по предотвращению эрозии и вредного воздействия на поверхностные водные объекты [5, 6], в том числе с учётом изменения климата [7].
Выявлено влияние глубины промерзания почвы на формирование стока талых вод в Белгородской области, а также связанная с ним инфильтрация в почву талых вод на пашне в лесостепной и степной зонах восточно-европейской равнины [8, 9]. Исследованы вопросы формирования стока на пахотных землях Нижнего Дона и разработаны научные основы и методика прогнозирования поверхностного стока талых вод на водосборах бассейнов рек Волги и Дона [10, 11]. В опытах по контурно-мелиоративному земледелию определено влияние посадки лесной полосы на впитывающую способность почвы на эрозионно-опасном склоне чернозёма типичного Курской области [12].
В условиях Центральночернозёмного района в 2011-2021 гг. произведена агроэкологическая оценка пахотных земель на склонах чернозёмов типичных и выщелоченных для прогнозирования стока воды, где выявлена возможность наиболее интенсивного стока на склонах северо-западной, северо-восточной и юго-восточной экспозиций [13].
В Нечерноземье в 1991-2016 гг изучены причины и закономерности формирования поверхностного стока талых вод на различных агрофонах склоновых земель. В результате разработаны теоретические основы и практические рекомендации по повышению эффективности адаптивно-ландшафтного земледелия [14].
С той же целью на эродированном склоне выщелоченных и типичных чернозёмов снеготаяние и сток талых вод изучали на фоне зяби, посевов озимой пшеницы и многолетних трав. В течение 13 лет (из 31 года исследова-п ний) отмечали сток талых вод, который о 11 лет сопровождался смывом почвы. м Установлено, что под озимой пшеницей ® величина стока была в 3,4 раза больше, 2 чем на зяби, и в 5,2 раза больше, чем 5 в посевах многолетних трав [15].
Поверхностный сток талых вод Ч на склонах происходит не каждый год, ^ что обусловлено, в том числе, инфиль-| трацией в оттаявшую почву и физиче-М ским испарением с поверхности снега.
Во Всероссийском НИИ агролесомелиорации и Российском НИИ проблем мелиорации определены важнейшие природные факторы, влияющие на сток: снегозапасы, увлажнение и глубина промерзания почвы. Если почва оттаявшая или промёрзла на глубину не более 50 см, сток либо не формируется, либо он незначительный [2].
В этой связи возникла необходимость проведения анализа наблюдений за параметрами испарения снега и стока талых вод в севооборотах на эрозионно-опасных склонах чернозёмов Ростовской области для планирования почвозащитных мероприятий.
Цель исследований - изучить стоко-регулирующую роль способов основной обработки почвы в севооборотах различных конструкций, их влияние на поверхностный сток и особенности его формирования на эрозионно-опасных склонах чернозёмов обыкновенных.
Работу проводили в 1992-2022 гг на базе стационарного опыта, заложенного на склоне балки Большой Лог Аксайского района Ростовской области крутизной до 3,5...4о юго-восточной экспозиции. Он зарегистрирован в Географической сети опытов с удобрениями как длительный, продолжающийся с 1986 г. (аттестат № 169). В исследовании использовали данные за 2008-2022 и за 1992-2022 гг
Почва опытного участка - чернозем обыкновенный, тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке, среднеэро-дированпый. Среднегодовой сток составляет 20 мм (максимальный 34,4 мм). Среднегодовой смыв почвы 18,5 т/га (максимальный - 42 т/га). Мощность гумусового слоя - 25.30 см, вместе с эллювиальным и иллювиальным горизонтами составляет от 40 до 90 см в зависимости от степени смытости. Пористость пахотного горизонта - 61,5 %, подпахотного - 54 %, наименьшая влагоёмкость - 33.35 %, влажность завядания - 15,4 % (Доспехов Б. А., Васильев И. П., Туликов А. М. Практикум по земледелию (учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений). М.: Колос, 1987. 384 с.).
Климат приазовской зоны - засушливый, умеренно жаркий, континентальный. Приход ФАР за вегетацию 3,5.4,0 млрд ккал/га. Среднее многолетнее количество осадков 492 мм, распределение их в агрономической оценке часто неблагоприятное. За весенне-летний период выпадает 260.300 мм. Накопление влаги в почве начинается в основном поздней осенью и максимальный её запас отмечают ранней весной. Среднегодовая температура составляет 8,8 °С, безморозный период длится 175.180 дней. Сумма активных температур 3210.3400 °С. Частые явления - суховеи, бывают пыльные бури различной интенсивности (Климат и агроклиматические ресурсы Ростовской области/Ю. П. Хру-сталёв, В. Н. Василенко, И. В. Свисюк
и др. Ростов-на-Дону: Батайское книжное издательство, 2002. 184 с.).
В полевом опыте изучали: севообороты (фактор А) - севооборот 1 (чистый пар, озимая пшеница, озимая пшеница, подсолнечник, яровой ячмень), севооборот 2 (горох, озимая пшеница, подсолнечник, яровой ячмень, многолетние травы выводное поле), севооборот 3 (кукуруза на зерно, озимая пшеница, яровой ячмень, многолетние травы, многолетние травы (два последних поля выводные); способ основной обработки почвы (фактор В) - отвальная вспашка и безотвальная (чизельная) обработка.
Особенность конструкции севооборотов на склоне состоит в их почвозащитном эффекте от эрозионной опасности. В первом севообороте вводили 20 % чистого пара, во втором 20 % многолетних трав без пара, в третьем 40 % многолетних трав, что позволяет дифференцировать степень эрозионной опасности как высокую, среднюю и низкую.
Основную обработку осуществляли осенью после уборки предшествующей культуры, при этом отвальную вспашку - плугом ПЛН-4-35, чизельную обработку - чизельным плугом ПЧ-2,5. Глубина отвальной и чизельной обработки почвы в зависимости от культуры севооборота составляла: под кукурузу и подсолнечник 23.25 см, под ячмень, горох и многолетние травы 20.22 см, под паровое поле 27.30 см. Под посев озимых после непаровых предшественников проводили дискование бороной БДН-3х4 на глубину 12 см.
Методика исследований предусматривала учёт параметров поверхностного стока талых вод в динамике на различном агрофоне (озимой пшенице и зяби под ячмень яровой) в севообороте 1 с чистым паром. Она включала измерение высоты и плотности снега в 10-кратной повторности перед снеготаянием на озимой пшенице и зяби под ячмень по общепринятым методикам (Методические рекомендации по учёту поверхностного стока и смыва почвы при изучении водной эрозии. Л.: Гидроме-теоиздат, 1975. 88 с.). В течение зимне-весеннего периодапроводили комплекс наблюдений за влажностью почвы, её промерзанием, запасом воды в снеге, ходом снеготаяния в соответствии с типовыми методиками для водно-балансовых наблюдений (Кузьмин П. П. К методике исследования и расчета с поверхности снежного покрова / Труды ГГИ. 1953. Вып. 41(95). С. 34-52.; Кузнецов В. И. Испарение со снежного покрова /Труды ГГИ. 1964. Вып. 109. С. 3-57.). Определение стока талой воды осуществляли методом микроплощадок на фоне различных способов обработки почвы (Методические рекомендации по учёту поверхностного стока и смыва почвы при изучении водной эрозии. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.88 с.).
Испарение с поверхности снега - важный компонент стока, формирующегося в условиях изменчивости
1. Основные параметры поверхностного стока талых вод в динамике на различном агрофоне (озимой пшенице и зяби под ячмень яровой) в севообороте с чистым паром в зависимости от способа основной обработки почвы на склоне чернозёмов обыкновенных
Период Способ обработки (фактор В) Высота снегового покрова, см Запасы воды в снеге, мм Осадки за месяц, мм Сток, мм
Озимая пшеница (фактор А)
2008-2012 гг. чизельная 11,6 29,8 32,1 4,3
отвальная 11,7 27,0 5,5
2013-2017 гг. чизельная 15,2 40,5 24,1 7,3
отвальная 14,6 38,1 9,7
2018-2022 гг. чизельная 12,0 4,0 36,6 0,0
отвальная 11,8 3,8 0,0
Среднее за период чизельная 12,9 24,8 30,6 3,9
отвальная 12,7 23,0 5,1
Обработанное поле (фактор А)
2008-2012 гг. чизельная 10,6 25,8 32,1 7,4
отвальная 9,8 24,9 8,2
2013-2017 гг. чизельная 15,6 26,9 24,1 16,7
отвальная 13,2 22,8 22,0
2018-2022 гг. чизельная 11,4 3,8 36,6 5,8
отвальная 9,6 3,3 6,9
Среднее за период чизельная 12,5 18,8 30,6 10,0
отвальная 10,9 17,0 12,4
НСР05 по фактору А 0,6 5,3 3,1
В 0,6 5,7 3,3
метеорологических и почвенных параметров. Этот процесс будет происходить, если упругость водяного пара в воздухе меньше, чем насыщающая упругость водяного пара при температуре, способствующей снеготаянию, то есть при температуре подстилающей поверхности > 0 °С [16]. В условиях не промерзания почвы отмечено разделение количества растаявшего снега на инфильтрацию и сток. При замёрзшей поверхности почвы инфильтрация воды невозможна и общее количество растаявшего снега считается стоком. В степных районах из-за сухости воздуха и интенсивной солнечной радиации возможно его прямое испарение, без перехода в жидкую фазу.
Поскольку в приазовской зоне Ростовской области среднемноголетние даты образования и схода снежного покрова приходятся на февраль каждого года, а процесс снеготаяния начинается при положительной температуре воздуха, основные показатели формирования стока талых вод ограничили этим месяцем. Для февраля месяца каждого года собраны ежесуточные данные максимальной температуры воздуха, относительной влажности и дефицита влажности воздуха, по которым рассчитывали испарение с поверхности снега по эмпирической формуле А. Н. Постникова [16]:
Есн =0,31nxd,
году взяты по данным местного метеопоста (до 2016 г), далее - по данным сертифицированной метеостанции Vantage Pro2, что позволило дать характеристику весны и оценить обеспеченность каждого года по величине стока.
Для проектирования эффективной системы защиты почв от эрозии на склонах необходимо располагать фактически измеренными величинами поверхностного стока талых вод по обеспеченности, то есть вероятности появления в данном статистическом ряду значений стока, равных данному значению или больше его. Для этого ряд натурных наблюдений величины поверхностного стока талых вод в каждом севообороте за период с 1992 по 2021 гг ранжирован в убывающем порядке и для каждого члена ряда определена обеспеченность (вероятность превышения) стока, рассчитанная по формуле Крицкого-Менкеля (ВладимировА. М. Гидрологические расчёты. Учебник для вузов по специальности «Гидрология суши». Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 366 с.):
F=100(m/n+1)
(2)
где F - обеспеченность, %; т - порядковый номер члена ряда; п - количество членов в ряду.
2. Расчёт испарения с поверхности снегового покрова ^ ) на склоне
Статистическую обработку данных проводили по методике Б. А. Доспехо-ва (Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 4-е перераб. и доп. М.: Колос, 1979.416 с.) и использованием пакета анализа Excel.
Поверхностный сток талых вод формируется чаще всего в результате весеннего снеготаяния. На него влияют высота снежного покрова и запас воды в снеге, которые потенциально могут стать причиной поверхностного стока воды и развития эрозионных процессов, формирующихся к началу снеготаяния. Кроме количества выпавшего снега на высоту снежного покрова оказывает влияние глубина обработки почвы, глыбистость обработанного поля, размеры и характер растительных остатков. Она также зависит от перераспределения снега в результате действия ветров. В среднем за период исследований изменения высоты снегового покрова в зависимости от способа обработки почвы на зяби под ячмень (табл. 1) статистически значимы (1,6 см при НСР05=0,6 см), а в посевах пшеницы - не достоверны (0,2 см при НСР05=0,6 см). Более высокая величина показателя отмечена при чизельной обработке почвы на всех агрофонах.
Плотность снегового покрова меняется во времени. Она постепенно нарастает от начала зимы к весне и достигает своего максимума перед снеготаянием. Поэтому запасы воды в снеге даже при одной и той же высоте снегового покрова могут быть различными. По годам плотность снега изменялась: от 0,02 до 0,29 т/м3 в посевах озимой пшеницы и от 0,02 до 0,40 т/м3 в вариантах обработки почвы на зяби под ячмень, определяя запас воды в снеге.
Применение чизельной обработки способствовало усилению противо-эрозионной устойчивости склона, (снижению стока) по сравнению с отвальной обработкой. Так, наблюдали значимые изменения, подтверждённые критерием Фишера и результатами дисперсионного анализа, в пользу чизельной обработки почвы на зяби под ячмень по следующим параметрам: высота снегового
(1)
где Есн - испарение с поверхности снега, мм; п - число суток в расчётном периоде, сут.; d - дефицит влажности воздуха на высоте 2 м над поверхностью снега (рассчитан по разности насыщенного и фактического значений давления водяного пара с учётом температуры воздуха), гПа.
Для определения параметров формирования стока использованы многолетние наблюдения за период с 2008 по 2022 гг. Необходимые гидрометеорологические сведения по каждому
Год Параметры расчёта испарения с поверхности снега E мм сн., I, мм/сут.
t , °С в.' n, сут. d, гПа r, % t , °С п'
2010 2011 2,85 2,75 7 4 0,66 0,58 91,3 92,3 - 0,6 0,0 1,43 0,72 0,20 0,18
2013 2014 2,0 2,50 5,0 524 512 0,48 1,81 1,38 93.2 76,9 84.3 - 0,8 0,5 нет 0,74 6,70 10,3 0,56 0,43
2015 4,52 18 1,41 83,7 данных нет данных 7,86 0,44
2016 2017 6,60 4,84 29 16 0,94 1,54 90,0 82,6 2,1 - 0,8 8,45 7,60 0,29 0,48
2019 3,07 18 21 0,56 0,97 87,4 0,4 0,6 3,12 6,31 0,30
2021 5,44 6,61 25 15 1,11 0,97 88,0 90,3 2,2 1,1 8,60 4,51 0,30
St ошибка 5,95 0,46 27 0,11 87,0 2,5 10,0 0,04
Ы (D 3 ь
(D
д
(D Ь 5
(D
О) 2 О м 3
со
СЧ О СЧ «О
Ф ^
Ш
4
Ф ^
5
ш СО
50,0
Е
40,0
30,0
а)
20,0
10,0
0,0
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0
Обеспеченность величины стока, %
100,0
30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
0,0
б)
20,0
г г
о 15,0
20,0 40,0 60,0 80,0
Обеспеченность величины стока, %
100,0
10,0
5,0
0,0
в)
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 Обеспеченность величины стока, %
Рисунок. Обеспеченность величины стока в севообороте при разных способах основной обработки почвы, %: а) с 20 % чистого пара; б) с 20 % многолетних трав; в) с 40 % многолетних трав; ♦ — отвальная обработка; ■ — чизельная обработка.
покрова выше на 14,7 %, запасы воды в снеге - на 10,6 %, сток талых вод ниже на 19,4 %. В посевах озимой пшеницы по тем же параметрам разница составила 1,5; 7,8 и 30,7 % соответственно.
На озимой пшенице в зависимости от способа обработки высота снегового покрова относительно зяби больше на 0,4.1,8 мм, запасы воды в снеге существенно выше - на 6 мм по обоим обработкам, а сток талых вод меньше на 61 % - при чизельной и на 58,8 % - при вспашке.
По периодам наблюдений выявлено резкое снижение запасов воды в снеге в последнем - 2018-2022 гг. Так, если в посевах озимой пшеницы они составили в среднем за 20082017 гг. после чизельной обработки -35,15 мм, после отвальной - 32,55 мм, то за период 2018-2022 гг. запасы уменьшились соответственно в 8,8 и 8,6 раз, а на зяби под ячмень яровой - в 6,9 и 7,2 раза, что связано
с аномально высокой среднесуточной температурой воздуха перед снеготаянием (5,44.6,61 °С) и увеличением интенсивности испарения с поверхности снега.
Сток талой воды в первую очередь определяется запасами воды в снеге и интенсивностью его таяния. В период снеготаяния испаряется от 5.10 до 20.25 мм снега и больше, что составляет до 85.95 % от суммарного
испарения снега за зиму и зависит от характера снеготаяния [17].
За период 2010-2022 гг наблюдали увеличение количества дней (п) с положительной максимальной температурой воздуха (у в феврале и рост среднемесячной температуры от 2, 0 °С в 2012 г до 6,61 °С в 2021 г. (табл. 2). При этом отмечена общая тенденция увеличения температуры поверхности почвы (У до 2,5 °С к 2022 г и интенсивности испарения с поверхности снега (I) почти вдвое. Испарение с поверхности снега (Есн) за количество дней с положительной температурой воздуха изменялось от 0,72 до 10,3 мм в зависимости от влияющих метеопараметров. При этом каждые 10 мм испарившейся влаги в среднем уменьшают высоту снега на 4 см [17].
Интенсивность испарения снега (I) за период наблюдений изменялась в интервале 0,15.0,56 мм/сутки.
По материалам натурных наблюдений за период с 1992 по 2022 гг. построены кривые обеспеченности поверхностного стока талых вод в зависимости от изучаемых факторов опыта.
Во всех видах севооборотов отмечено снижение обеспеченности (вероятности превышения) величины стока при чизельной обработке, по сравнению с отвальной. Анализируя кривые обеспеченности в севооборотах различной конструкции, прослеживали снижение величины поверхностного стока при повышении её обеспеченности(вероятности превышения) в каждом севообороте с учётом способа основной обработки почвы. Так, если в севообороте с 20 % чистого пара при 21,7 % обеспеченности сток составил при отвальной обработке 30 мм, то при чизельной он снизился до 22 мм (см. рисунок). В севообороте с 20 % многолетних трав при 39,1 % обеспеченности стока его величина в врианте вспашки - 15,7 мм, при чизе-левании - 12,4 мм. В то же время в севообороте с 40 % многолетних трав при 82,6 % обеспеченности сток талых вод составил 4,6 и 3,8 мм соответственно способам обработки почвы.
Корреляционно-регрессионный анализ выявил высокую степень достоверности аппроксимации опытных данных с расчётными, возрастающую по мере повышения почвозащитного эффекта от 0,91.0,86 в севообороте с чистым паром до 0,93.0,96 при насыщении севооборота до 40 % многолетними травами (табл. 3).
3. Результаты корреляционно-регрессионного анализа поверхностного стока талых вод в зависимости от конструкции севооборота и способов обработки почвы
Способ обработки почвы
Уравнение взаимосвязи
R2
Пределы применения уравнений при величине стока талых вод, _мм_
Севооборот 1
Чизельная У=0,0005х2-0,202х+25,855* 0,9097 Отвальная У=0,0035х2-0,5961х+41,187 0,8668
Севооборот 2
Чизельная У= - 0,0008х2-0,0592х+16,214 0,9071 Отвальная У= - 0,0011х2-0,0846х+21,325 0,9369
Севооборот 3
Чизельная У= - 0,0005х2-0,0706х+12,661 0,9251 Отвальная У= - 0,0008х2-0,0836х+16,3 0,9618
7,1. 9,0.
2,3. 2,6.
0,0. 0,0.
28,0 .44,8
20,0 25,0
.15,0 .18,0
*У - сток талых вод, мм; х - обеспеченность,
4. Поверхностный сток талых вод на эрозионно-опасном склоне чернозёмов
обыкновенных при различной обеспеченности в зависимости от способа _основной обработки почвы и конструкции севооборота, мм_
Обеспеченность стока F, %
1
Севооборот (фактор А)
2
3
способ основной обработки (фактор В)
отвальная1чизельная I отвальная 1чизельная1отвальная1чизельная
5 44,8 28,0 25,0 20,0 18,0 15,0
10 38,2 23,1 20,9 16,1 16,6 12,6
40 26,3 20,9 22,0 17,6 16,9 15,7 13,0 12,4 10,8 8,4
80 20,2 17,8 15,8 12,4 13,9 6,5 10,5 5,2 8,9 4,6 3,8
Среднее 9,0 25,3 7,1 18,0 2,6 14,5 2,3 11,4 0,0 10,2 8,0
НСР05 по фактору А = 2,2 мм по фактору В = 2,0 мм.
Из многолетних рядов по каждому севообороту и способу обработки почвы выбраны величины стока, соответствующие 5, 10, 20, 40, 60, 80 и 90 % обеспеченности, отражающие тенденцию уменьшения стока при её повышении (табл. 4).
Наименьшую изменчивость величина стока талых вод наблюдали в группе 51.75 % обеспеченности (4,5 и 3,5 %).
В севообороте с 20 % многолетних трав и их преобладанием (40 %) высокий уровень изменчивости выявлен в группе 76.95 % обеспечен-
5. Величина поверхностного стока талых вод в зависимости от способа основной обработки почвы и конструкции севооборота,
Обеспеченность стока F, % Севооборот
1 2 3
с пособ обработки почв ы
отвальная 1чизельная отвальная 1 чизельная отвальная1чизельная
5.25 34,7 23,7 19,9 15,3 15,1 11,7
26.50 22,1 18,1 16,0 12,2 11,5 8,8
51.75 76.95 19,6 15,4 15,8 11,7 12,5 4,7 10,0 4,4 8,5 2,5 6,7 2,3
Среднее 23,0 17,3 13,3 10,5 9,4 7,4
Обработка почвы, как и конструкция севооборота оказала существенное влияние на процессы эрозии. Сформировавшийся сток в вариантах с чи-зельной обработкой меньше, чем с отвальной: в севообороте с чистым паром - на 28,9 %, в севооборотах с многолетними травами - на 21,4 и 21,5 % соответственно. При этом независимо от способа основной обработки почвы от эрозионно-опасного, содержащего 20 % чистого пара, к почвозащитному с 40 % многолетних трав севообороту отмечено снижение величины поверхностного стока на 38.54 % при 5 %-ной обеспеченности стока и на 69.100 % при 95 %-ной обеспеченности.
При разбивке величины стока по группам выявлено, что с повышением обеспеченности от 5.25 до 76.95 % применение чизельной обработки относительно отвальной снижает поверхностный сток в севообороте с чистым паром на 31,7.24,0 %, в севооборотах с долей многолетних трав 20 и 40 % соответственно на 23,1.6,4 % и на 22,5.8,0 % (табл. 5).
При анализе коэффициента вариации однородной совокупности данных поверхностного стока талых вод, дифференцированных по группам обеспеченности стока 5.25, 26.50, 51.75 и 76.95, отмечена наибольшая изменчивость (22,2 %) в севообороте с 20 % чистого пара при отвальной обработке почвы, что почти в 2 раза превышает величину показателя при чизельной и свидетельствует о высокой степени изменчивости в отношении среднего значения выборки (табл. 6).
ности - 40,7 и 67,0 % соответственно - при отвальной обработке, 46,9 и 74,0 % - при чизельной. Невысокой изменчивости в этих севооборотах подвержена величина стока талых вод в группе 26.50 % обеспеченности, составившая в севообороте с 20 % многолетних трав 4,5.3,2 %, а в се-
вокупность данных однородна (менее 33 %), а средние, рассчитанные для однородной совокупности - значимы, то есть действительно характеризуют эту совокупность. В группе 76.95 % в севооборотах с многолетними травами совокупность данных неоднородна, средние незначимы и не характеризуют совокупность из-за значительного разброса значений признака. Следовательно, определена совокупность достоверных данных по стоку талых вод в каждой группе, которые можно использовать для проектирования противоэрозионных мер.
Результаты статистической обработки величины стока талых вод в многолетнем ряду (за 22 года) выявили при чизельной обработке в севообороте с преобладанием многолетних трав наименьшую стандартную ошибку (0,77), наименьшее стандартное отклонение (3,63) и наименьшую дисперсию выборки (13,2), что характеризует незначительный разброс данных (табл. 7).
При этом расчёт показал, что данные по севообороту с чистым паром имеют правостороннюю асимметрию и островершинное распределение, в то время как в севооборотах с многолетними травами отмечена левосторонняя асимметрия с плосковершинным распределением при отвальной обработке и островершинным при чизельной. Коэффициент вариации (Су), незначительно повышаясь с изменением конструкции севооборота, имел меньшие значения при чизельной обработке почвы (0,27.0,49), что характеризует большую стабильность величины стока талых вод при этом способе в различ-
вообороте с долей 40 % - 8,1.7,2 % 6. Вариабельность величины поверхностного стока талых вод в зависимости от способа основной обработки почвы и конструкции севооборота при разной
обеспеченности, %
Обеспеченность стока F, % Севооборот
112 13
с пособ обработки почв ы
отвальная1чизельная отвальная1чизельная отвальная 1чизельная
5.25 26.50 51.75 176.95
22,2 8,6 4,5 8,7
11,3 6,9 3,5 9,8
17,0 4,5 17,4 40,7
18,2 3,2 11,2 46,9
14,9 8,1 16,7 67,0
18,1 7,2 12,5 74,0
с меньшей вариабельностью при чизельной обработке почвы.
В целом в первых трёх группах со-
ных погодных условиях.
Таким образом, чизельная основная обработка повышала содержание влаги
7. Результаты статистической обработки величины поверхностного стока талых вод в зависимости от способа основной обработки почвы и конструкции
Показатель Севооборот
1 2 3
с пособ обработки почв ы
отвальная |чизельная отвальная|чизельная отвальная|чизельная
Среднее 22,75 17,3 13,35 10,54 9,45 7,42
Стандартная 1,69 0,98 1,25 0,91 1,02 0,77
ошибка
Медиана Стандартное 20,54 7,94 16,7 4,59 14,74 5,88 11,64 4,26 10,45 4,80 8,11 3,63
отклонение
Дисперсия 63,12 21,07 34,52 18,18 23,07 13,20
выборки
Эксцесс 2,15 0,71 -0,18 0,41 -0,30 0,18
Асимметричность Интервал 1,30 35,85 0,21 20,9 -0,32 22,68 -0,33 17,47 -0,39 17,93 -0,36 14,53
Минимум Максимум 8,98 44,83 7,1 28,0 2,63 25,31 2,30 19,77 0,00 17,93 0,00 14,53
0,35 0,27 0,44 0,40 0,51 0,49
(О Ф
Ш, ь
Ф
д
ф ь
Ф
О) 2 О м и
в почве весной, по сравнению с отвальной, в поле, подготовленном под посев ячменя, в среднем на 10,6 %, в посевах озимой пшеницы - на 7,8 %, что имеет большое значение в условиях аридного климата. Одновременно происходило снижение стока талых вод соответственно на 19,4 % и 23,5 %.
В среднем за 2008-2022 гг запасы воды в снеге в севообороте с чистым паром в варианте с чизельной обработкой в посевах озимой пшеницы были выше, чем в поле, подготовленном под посев ячменя, на 31,9 %, при уменьшении стока талых вод в 2,6 раза, что усилило противоэрозионную устойчивость склона.
Выявлена динамическая тенденция снижения запасов воды в снеге. К 2022 г. они уменьшились, относительно уровня в 2008 г., в посевах озимой пшеницы до 4,0 мм при чизельной обработке и 3,8 мм в варианте со вспашкой, на поле перед посевом ячменя ярового - до 3,8 мм и 3,3 мм соответственно, что привело к полному отсутствию поверхностного стока в 2018-2022гг
Существует тесная зависимость испарения с поверхности снега и интенсивности испарения от максимальной температуры воздуха 0,64 и 0,96 соответственно) и дефицита его влажности 0,83 и 0,99).
Во всех видах севооборотов происходит снижение обеспеченности (вероятности превышения) величины стока при чизельной обработке, по сравнению с отвальной: в севообороте с чистым паром - на 28,9 %, в с 20 и 40 % многолетних трав - на 21,4 и 21,5 % соответственно. При этом независимо от способа основной обработки почвы от эрозионно-опасного, содержащего 20 % чистого пара, к почвозащитному с 40 % многолетних трав севообороту отмечено снижение величины поверхностного стока при 5 %-ной его обеспеченности на 38.54 %, при 95 %-ной -на 69.100 %.
Литература
1. Зональные системы земледелия Ростовской области на 2022-2026 гг. / А. И. Клименко, А. В. Гринько, А. И. Грабовец и др. Ростов-на Дону: ФГБНУ ФРАНЦ, 2021. 738 с.
2. Полуэктов Е. В., Батищев И. В. Мониторинг водопроницаемости и эрозионных процессов при различных способах основной обработки черноземов юга России //
СО Научный журнал Российского НИИ проблем О мелиорации. 2021. Т 11. № 2. С. 158-173. скн сд 10.31774/2222-1816-2021-11-2-158-173. о, 3. Безуглова О. С., Назаренко О. Г., Ильин-
2 ская И. Н. Динамика деградации земель
3 в Ростовской области // Аридные экосисте-§ мы. 2020. Т. 26. № 2(83). С. 10-15.
4. Шевченко Д. А. Влияние стока талых ^ вод на водную эрозию почвы // Междуна-^ родный научно-исследовательский журнал. (0 2015. № 7-2(38). С. 133-135.
5. Условия формирования поверхностного стока. Прогноз причиняемого ущерба. Компенсационные мелиоративные мероприятия: монография / В. Н. Щедрин, Г Т. Балакай, Е. В. Полуэктов, и др. Новочеркасск: РосНИИПМ, 2016. 450 с.
6. Шевченко Д. А., Балакай Г. Т. Формирование поверхностного стока талых вод с рыхлой и уплотнённой пашни на чернозёмах обыкновенных в условиях Ставропольского края // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2017. № 2(26). С. 19-36.
7. Полуэктов Е. В., Балакай Г. Т. Влияние изменения климата на юге России на сток талых вод // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2020. № 4 (40). С. 88-102. ^ 10.31774/2222-1816-20204-88-102.
8. Петелько А. И. Влияние глубины промерзания почвы на формирование стока талых вод // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2017. № 18(267). С. 149-156.
9. 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. Ко-ронкевич, и др. // Почвоведение. 2018. № 1. С. 62-69. Са 10.7868^0032180X18010069.
10. Сидаренко Д. П. Поверхностный сток талых вод на пахотных землях Нижнего Дона // Мелиорация и гидротехника. 2021. Т. 11. № 4. С. 174-186. Сок 10.31774/2712-93572021-11-4-174-186.
11. Барабанов А. Т. Научные основы и методика прогнозирования поверхностного стока талых вод на водосборах бассейнов рек Волги и Дона (перераб. и доп. издание). Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2021. 92 с.
12. Оценка водопроницаемости чернозёма типичного в депрессивной зоне водорегулирующей лесной полосы / А. В. Прущик, Т Я. Зарудная, В. А. Вытовтов и др. // Земледелие. 2023. № 2. С. 3-7. Сок 10.24412/00443913-2023-2-3-7.
13. Глазунов Г. П., Афонченко Н. В., Золотухин А. Н. Агроэкологическая оценка пахотных земель в склоновых агроланд-шафтах // Земледелие. 2022. № 2. С. 19-24. Сок 10.24412/0044-3913-2022-2-19-24.
14. Петелько А. И., Барабанов А. Т., Выпо-ва А. В. Весенний сток талых вод на юге Нечерноземья // Земледелие. 2021. № 1. С. 1619. Сок 10.24411/0044-3913-2021-10104.
15. Почвозащитная эффективность сформированных культурами севооборота агрофонов в системе гидролесомелиорации на склонах Центрального Черноземья / С. А. Тарасов, А. В. Прущик, Т. Я. Зарудная и др. // Земледелие. 2020. № 6. С. 6-10. Сок 10.24411/0044-3913-2020-10602.
16. Постников А. Н. Испарение с поверхности снежного покрова за период его залегания на территории России // Учёные записки РГГУ. 2016. № 42. С. 55-63.
17. Калюжный И. Л. Особенности испарения со снега при снегонакоплении и снеготаянии // Гидрометеорология и экология. 2022. № 68. С. 422-434. DOI 10.33933/27133001-2022-68-422-434.
Features of the formation
of surface snowmelt runoff on ordinary chernozems
I. N. Il'inskaja1, E. V. Polujektov2, Je. A. Gaevaja1, S. A. Taradin1, I. V. Batishhev1
federal Rostov Agrarian Scientific Center, ul. Institutskaya, 1, pos. Rassvet, Aksaiskii r-n, Rostovskaya obl., 346735, Russian Federation 2Don State Agrarian University, ul. Krivoshlykova 24, pos. Persianovskii, Oktyabr'skii r-n, Rostovskaya obl., 346493, Russian Federation
Abstract. The study aimed to analyse the size of the surface snowmelt runoff in crop rotations and the evaporation of snow cover during the snowmelt period on the erosion-dangerous slopes of the chernozems of the Rostov region. The work was carried out in three crop rotations. The structure of sown areas of one of them provided for 20 % of black fallow, the second and third - 20 % and 40 % of perennial grasses, respectively. In the experiment, the influence of two variants of the main tillage was considered - ploughing and non-mouldboard (chisel) tillage to a depth of 23-27 cm. In arid climate, chisel basic tillage was more preferable in terms of moisture reserves accumulation in the snow. This made it possible to accumulate in the soil before sowing barley in a crop rotation with black fallow more water than during mouldboard cultivation, by an average of 10.6 %, in the field of winter wheat at the same time - by 7.8 %. Moreover, in winter wheat crops, a decrease in the flow of melt water was observed, relative to ploughing, by 23.5 %, in a field cultivated for barley - by 19.4 %. Average for 2008-2022 the water reserves in the snow in the field of winter wheat were higher than in the field prepared for sowing barley by 31.9 %, with a decrease in the flow of melt water by 2.6 times. Depending on the design of the crop rotation, the lowest runoff on average over the years of research was observed during chisel processing. In crop rotation with bare fallow, it was lower than during ploughing by 28.9 %, with the presence of 20 and 40 % perennial grasses in the sown area structure - by 21.4 and 21.5 %, respectively. Regardless of the method of the main tillage from erosion-dangerous, containing 20 % of black fallow, to soil-protective crop rotation with 40 % of perennial grasses, a decrease in surface runoff was observed at its 5 % supply by38-54 %, at 95 % - by 69-100 %.
Keywords: surface runoff, melt water, snow evaporation, erosion-dangerous slope, runoff availability.
Author Details: I. N. Il'inskaja, D. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: izidaar@ mail.ru); E. V. Polujektov, D. Sc. (Agr.), head of department, Je. A. Gaevaja, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; S. A. Taradin, senior research fellow, head of laboratory; I. V. Batishhev, junior research fellow.
For citation: Il'inskaja IN, Polujektov EV, Guevara JeA, et al. [Features of the formation of surface snowmelt runoff on ordinary chernozems]. Zemledelie. 2023;(6):13-18. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-20236-13-18. ■
