CC BY
12
УДК 631.86:631.459 DOI 10.24411/0235-2516-2019-10053
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ВЫНОСА ИЗ АГРОЛАНДШАФТОВ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ С ВЕСЕННИМ СТОКОМ
И.В. Подлесных, к.с.-х.н., Т.Я. Зарудная, к.с.-х.н.
Курский федеральный аграрный научный центр, e-mail: [email protected]
Представлены многолетние исследования влияния противоэрозионного комплекса на черноземных почвах состоящего из узкой двухрядной лесной полосы с канавой в междурядье и валом по нижней опушке, а также вала-террасы на сокращение весеннего стока и вынос биогенных веществ в гидрографическую сеть. В зависимости от состава противоэрозионного комплекса и агрофона высота снежного покрова и общие запасы воды в снеге всегда были выше и достигали в отдельные годы до 100% по сравнению с контролем. Сток же всегда на преобразованных водосборах был ниже и в зависимости от года и погодных условий сокращался от 26 до 78%, что приводило к сокращению смыва почвы на 58-97%. В годы с отсутствием смыва почвы вынос биогенных веществ на наиболее насыщенном противоэрозионными комплексами (лесная полоса с валом канавой плюс вал-терраса был ниже чем на контроле и достигал сокращения на 87%. В годы с наблюдением смыва почвы вынос биогенных веществ был ниже на варианте с лесной полосой и валом канавой и достигал сокращения на 69%, а в варианте лесная полоса с валом канавой плюс вал-терраса всего 58%.
Ключевые слова, агроландшафт, эрозия почв, биогенные вещества, весенний сток.
ASSESSMENT OF THE IMPACT OF EROSION CONTROL SYSTEMS FOR THE REDUCTION OF THE REMOVAL OF NUTRIENTS WITH SPRING RUNOFF FROM AGRICULTURAL LANDS
Ph.D. I.V. Podlesnykh, Ph.D. T.I. Zarudnaya
Kursk Federal Agricultural Research Centre, e-mail: [email protected]
A long-term study of the effect of anti-erosion complex on chernozem soils consisting of a double row narrow forest shelter belt with a ditch in between the rows and a bank at the lower edge and a ridge terrace to reduce spring runoff and removal of biogenic substances into the drainage network. Depending on the composition of the anti-erosion complex and agricultural background the snow depth and total water supplies in the snow were always higher and reached in some years up to 100% compared to the control. The runoff was always lower in the transformed catchments and, depending on the year and weather conditions, decreased from 26 to 78%, which led to the reduction in soil loss by 58-97%. In the years with the absence of soil loss, the removal of nutrients at the most saturated with anti-erosion complexes: a forest belt with a bank and a ditch plus a ridge terrace was lower than at the control and reached the reduction of 87%. In the years of observed soil loss the removal of nutrients was lower in the variant with a forest belt and a bank with a ditch and achieved the reduction by 69%, in the variant with a forest belt bank and a ditch plus a ridge terrace was only 58%.
Keywords. agrolandscape, soil erosion, nutrients, spring runoff.
Современные процессы интенсификации сельскохозяйственного производства привели к тому, что не только в почву, но и в водные объекты попадает значительное количество биогенных веществ, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Одна из основных расходных статей в балансе биогенных веществ на пахотных землях - это их потери в результате эро-зионно-гидрологических процессов. Вынос биогенных элементов из почвы и их аккумуляция в гидрографической сети приводит к снижению плодородия почв, химическому загрязнению и эвтро-фикации водных объектов. С продуктами эрозии происходит безвозвратная потеря питательных ве-
ществ [1]. Эрозия почв отличается большой масштабностью, громадными площадями, на которых происходит смыв различной интенсивности. Так, на территории ЦЧР в среднем за год эрозионные потери азота, фосфора и калия с жидким и твердым стоком составляют 8,7, 4,5 и 50 кг/га, возрастая в многоводные годы в полтора - два раза до 13-26 кг/га азота, 7-15 кг/га фосфора и 77-170 кг/га калия соответственно. Большая часть продуктов эрозии переотлагается и аккумулируется на нижних нераспаханных участках склонов, днищах ложбин и балок [2]. Тенденции формирования техногенного типа развития ведут к экологическому кризису, поэтому в современных условиях главным направле-
нием развития в сельском хозяйстве должно стать экологическое земледелие [3-8].
Цель исследований - изучение влияния проти-воэрозионных комплексов на гидрологические процессы, наличие и концентрацию биогенных веществ. Для достижения поставленной цели решалась следующая задача, выяснить какое сочетание противоэрозионных мероприятий оказывает наибольшее влияние на сокращение выноса биогенных веществ с весенним стоком.
Объекты и методы. Объектом исследования стал опыт по контурно-мелиоративной организации территории на трех ложбинно-балочных водосборах с площадями от 45 до 88 га. На этих водосборах были заложены три варианта противоэрозионных мероприятий: 1 - контроль; 2 - агролесогидромелиора-тивный комплекс (лесные полосы шириной 3 м на расстоянии 216 м) с горизонтальными валами - канавами в междурядьях лесных полос, глубиной 1,5 м и шириной 1,0 м; 3 - к противоэрозионным мероприятиям как в варианте 2 между рубежами лесных полос добавлены валы-террасы высотой 0,4-0,5 м с откосами 1:10, 1:12, которые обрабатывают [9].
Почвы опыта представлены черноземом (типичным и выщелоченным) малогумусным с мощностью гумусового горизонта (А+АВ) от 55 до 80 см. Вскипание от HCl в выщелоченных черноземах начинается с глубины 98-118 см. Реакция солевой вытяжки слабокислая (5,3-6,0). В типичных черноземах вскипание от HCl начинается с глубины 56-66 см. Реакция солевой вытяжки в пахотном горизонте близка к нейтральной (6,3-6,8).
В результате многолетней распашки черноземов и проявлению на этой территории достаточно высоких темпов эрозионных процессов эти почвы подверглись деградации и разрушению.
Учет стока проводили с помощью гидрометрических устройств в замыкающих створах экспериментальных водосборов водосливом Крампа и установленным в колодце самописцем уровня воды «Валдай». Пробы жидкого стока для опреде-
ления выноса биогенных веществ отбирали через каждый час пропорционально объему стока, затем индивидуальные пробы смешивали и отбирали среднюю объемом 0,5 л ежесуточно. В пробах определялось содержание NPK по общепринятым методикам. По концентрации биогенных веществ и объему стока определяли их вынос с 1 га.
Результаты исследований. Формирование поверхностного стока зависит от атмосферных осадков, выпадающих на водосборную площадь. В период весеннего снеготаяния важнейшую роль на формирование стока оказывает снежный покров и запасы воды в нем. Он служит одной из важных характеристик воздействия противоэро-зионного комплекса на пашню. С увеличением высоты снежного покрова увеличиваются и запасы воды в снеге. Высота снега на зяби гораздо выше чем на озимой пшенице, происходит четкое распределение снегонакопления по вариантам опыта, такая же тенденция прослеживается и в накоплении запасов воды в снеге с учетом выпадения осадков за период снеготаяния. Продолжительность снеготаяния в годы исследования колебалась от 15 до 20 суток. Если запасы воды в снеге увеличивались в сторону вариантов, усиленных противоэрозионными комплексами, то сток талых вод резко уменьшался (табл. 1).
Наблюдения за смывом почвы показали, что на зяби смыв отсутствовал на протяжении всех лет. За годы наблюдения смыв почвы наблюдался лишь на озимой пшенице. На контроле он существенно превышал смыв на водосборах с противо-эрозионными комплексами. Смыв определяли методом водороин.
В начальный период при создании опыта по контурно-мелиоративному земледелию при строительстве валов-террас для компенсации плодородия почвы в выемочной части вала были внесены органические удобрения. Поэтому количество вынесенных биогенных веществ практически было равно на всех вариантах. В последующие годы
1. Основные гидрологические показатели
Год исследования Вариант Показатели
средняя высота снежного покрова, см общие запасы воды в снеге, мм сток, мм коэффициент стока агрофон смыв почвы с пашни, т/га
Второй 1 29 121 32 0,26 Зябь 0
2 40 145 20 0,14 0
3 44 155 17 0,11 0
Девятый 1 20 142 120 0,84 Озимая пшеница 6,70
2 34 147 29 0,23 0,21
3 30 145 34 0,20 2,10
Одиннадцатый 1 11 81 51 0,63 Озимая пшеница 2,23
2 22 112 24 0,21 0,36
3 21 119 38 0,32 0,94
Двадцатый 1 32 88 78 0,89 Зябь 0
2 38 163 28 0,27 0
3 38 101 21 0,21 0
Примечание. 1 - контроль; 2 - лесополоса (ЛП) через 216 м; 3 - ЛП через 216 м + ВТ через 54 м.
2. Вынос биогенных веществ с поверхностным стоком
Год исследования Вариант Объем стока, м3 Вынос биогенных веществ, г/га Суммарный вынос биогенов, кг/га % от контроля
ч-чоз Ч-ЧШ Р2О5 К2О Са^
Второй 1 14028 792,5 818,0 254,7 980,2 325,1 3,17 100
2 10284 699,5 562,0 330,0 799,5 216,7 2,61 82
3 14765 738,3 630,0 472,1 1095,7 209,6 3,15 99
Девятый 1 53194 816,4 1306,3 1126,3 1992,4 432,6 5,67 100
2 1282 132,3 374,2 534,4 580,5 115,0 1,74 31
3 2880 178,4 501,9 471,9 1075,8 132,5 2,36 42
Одиннадцатый 1 22733 282,2 820,0 433,2 2161,7 247,8 3,94 100
2 11018 91,3 295,3 173,5 895,0 121,3 1,58 40
3 32676 144,6 440,3 307,5 1450,9 184,5 2,53 64
Двадцатый 1 3458 49,3 28,9 104,0 346,4 140,7 0,67 100
2 1314 11,0 5,6 31,9 110,0 52,7 0,21 31
3 1032 4,3 0,4 13,6 52,9 21,6 0,09 13
Примечание. 1 - контроль; 2 - лесополоса (ЛП) через 216 м; 3 - ЛП через 216 м + ВТ через 54 м.
прослеживается четкая тенденция положительного влияния лесогидромелиоративного комплекса на вынос биогенных веществ. В нашем случае идет прямая зависимость между сокращением стока и выносом биогенов с защищаемой пашни (табл. 2).
Содержание химических элементов в воде во многом объясняется динамикой жидкого стока. Максимальная концентрация этих элементов зафиксирована при минимальных расходах поверхностного стока. С возрастанием расхода воды кон-
^ ^ ^ # ^ ^ ^ с?' <У О' '
ч1-
V
V
■Объем стока
а) на контрольном водосборе
25 20 15 10 5 О
О
2000 1800 1600 I
- 1400 ^ 1200 1000 | 800 5 Н 600 I
400 - 200 О
, Т?1 V У "Й1 -У1 У № -У , V
V ($>" О-" ¿V О -У
■ Объем стока
б) на водосборе с лесными полосами и вал-канавой в междурядье
в) на водосборе с лесными полосами с валом-канавой в междурядье + вал-терраса Рис. 1. Динамика объема стока и суммарная концентрация выноса биогенных веществ с зяби
в) на водосборе с лесными полосами с валом-канавой в междурядье + вал-терраса Рис. 2. Динамика объема стока и суммарная концентрация выноса биогенных веществ с полей озимой пшеницы во время весеннего стока
14000
-объем стока
а) на контрольном водосборе
О. о. о. о. о. о. о. о. О. о. о. о.
го го го го го го с с С с с с
:> :> ^ ^ го га га га га га
иэ Г-. 00 СТЧ о х-И тН Г%1 го ш иэ
<-N1 гч гч т т
• объем стока
б) на водосборе с лесными полосами и вал-канавой в междурядье
центрация биогенных веществ уменьшается. Графически анализ закономерностей изменения концентрации биогенных веществ в весеннем стоке по вариантам опыта в зависимости от расхода воды представлен на рисунках 1 и 2.
За годы исследований наблюдалось сокращение объема стока на 26-86% за счет гидромелиоративного комплекса, это способствовало и существенному сокращению суммарного выноса биогенов на 40-87% в зависимости от погодных условий года.
Таким образом, проведенные исследования показали, что формирование поверхностного стока приводит к развитию эрозионных процессов и способствует выносу питательных веществ в гидрографическую сеть. Зяблевая вспашка, выполненная по контуру, увеличивает снегонакопление и одновременно создает условия, приводящие к отсутствию смыва почв в весенний период. На уплот-
ненной пашне поверхностный сток вызывает раз-витие эрозионных процессов, что приводит к выносу питательных веществ в гидрографическую сеть. Поверхностный сток талых вод и смыв почвы зависит от запасов воды в снеге и температурного режима. Использование в качестве противо-эрозионного комплекса узкой лесной полосы с валом канавой расположенные по контуру, привело к сокращению смыва почвы на 97% и выноса биогенных веществ на 69%. Более насыщенный противоэрози-онный комплекс, включающий наравне с лесной полосой и напашные валы-террасы с обрабатываемыми откосами, привел к снижению смыва почвы на 69% и выноса биогенных веществ на 87% соответственно. Это говорит о необходимости использования на склоновых землях подверженных эрозии почвозащитной системы земледелия с контурно-мелиоративной организацией территории.
Литература
1. Керженцев А.С., Майснер Р., Демидов В.В. Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна - М.: Изд-во Наука, 2006. - 224 с.
2. Литвин Л.Ф., Кирюхина З.П. Почвенно-эрозионная миграция биогенов и загрязнение поверхностных вод / Эрозия почв и русловые процессы, вып. 14. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 45-63.
3. Черкасов Г.Н. Основные направления экологизации земледелия / Экологизация земледелия и оптимизация аг-роландшафтов. - Курск: Изд-во ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2014. - С. 3-8.
4. Турусов С.И. Агроэкологические проблемы современного земледелия и пути их решения / Экологизация земледелия и оптимизация агроландшафтов. - Курск: Изд-во ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2014. - С. 8-15.
5. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв: учебник, изд. 2-е перераб. и дополн. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - 352 с.
6. Кузнецов М.С., Демидов В.В. Эрозия почв лесостепной зоны Центральной России: Моделирование, предупреждение и экологические последствия. - М.: Изд-во Полтекс, 2002. - 184 с.
7. Демидов В.В., Мушаева Т.И. Миграция химических веществ в период весеннего снеготаяния на территории аграрного ландшафта // Агрохимия, 2016, № 7. - С. 66-71.
8. Демидов В.В. Закономерности формирования эрозионных процессов при снеготаянии в лесостепной зоне Центральной России: теория и экспериментальные исследования. - Новосибирск: Изд-во ЦРНС, 2016. - 62 с.
9. Подлесных И.В., Зарудная Т.Я. Аккумуляция простейшими гидротехническими сооружениями биогенных веществ во время весеннего стока / Сборник статей X Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда». - Курск: Изд-во ЮЗГУ, 2018. - С. 188-191.
УДК 631.41:553.543 DOI 10.24411/0235-2516-2019-10054
СОСТАВ И СВОЙСТВА ГОРНОЙ ПОРОДЫ СЕРПЕНТИНИТ И ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ В КАЧЕСТВЕ МЕЛИОРАНТА ПОЧВ
В.П. Власенко, д.с.-х.н., А.В. Осипов, к.с.-х.н., В.В. Костенко
Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина, е-mail: [email protected]
Приведены результаты исследования возможности применения серпентинита молотого в качестве мелиоранта почв и предложены пути расширения сферы его использования. Площадь почв с кислой реакцией среды в Краснодарском крае в 2012 г. составляла 323300 га (4,3% от площади края), причем кислые (в разной степени) почвы выделены в подавляющем большинстве на землях сельскохозяйственного назначения, на которых (особенно при использовании под пашню) повсеместно отмечается подкисление почв вследствие применения удобрений. Установлено, что в существующем виде серпентинит молотый целесообразно использовать на кислых почвах (рННО < 5,5), при смешивании его с кальцийсодержащими веществами (доломитовая мука) сфера возможного применения расширяется до нейтральных почв (рНы2О 5,5-7,0), при добавлении фосфогипса (рНыО 2,2-4,5) использование серпентинита в качестве удобрения целесообразно на всех типах почв.
Ключевые слова. кислотность почв, мелиорация, утилизация отходов, порода, серпентинит.
THE COMPOSITION AND PROPERTIES OF THE SERPENTINE ROCK AND THE POSSIBILITY OF USING IT AS A MELIORANT OF SOILS
Dr.Sci. V.P. Vlasenko, Ph.D. A.V. Osipov, V.V. Kostenko
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin, e-mail: [email protected]
The results of the study of the possibility of using ground serpentinite as a soil ameliorant are presented and the ways of expanding the scope of its use are proposed. The area of soils with acidic reaction of the environment in the Krasnodar region in 2012 was 323300 hectares (4.3% of the area of the region), and acidic (to varying degrees) soils are allocated in the vast majority on agricultural land, which (especially when used under arable land) everywhere there is acidification of soils due to the use offertilizers. Established in its current form serpen-tinite ground should be used on acidic soils ФНН2О < 5.5), when mixed with calcium-containing substances (dolomite powder) scope of possible applications is extended to neutral soils ФНН2О 5.5 and 7.0), adding phos-phogypsum ФНН2О 2.2-4.5), the use of serpentinite as fertilizers suitable for all soil types.
Keywords. soil acidity, reclamation, wastes utilization, parent rock, serpentinite.
