CC BY
23
УДК 634.0.114
ОЦЕНКА ВОДНОЙ ЭРОЗИИ В КАТЕНАХ НА ТЕМНО-СЕРЫХ ПОЧВАХ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИ ИХ ПОВТОРНОМ ОСВОЕНИИ
ДАНИЛОВ АН.,
аспирант, ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет.
Реферат. Почвы по склону массива необработанной и распаханной залежи во всех точках катены относятся к темно-серым постагрогенным тяжелосуглинистым. Аккумуляция почвенной массы выше на вершине и у подножия склона обработанного массива залежи. Повышение коэффициента пространственной вариации почвенной массы поверхностного стока в конце лета и осенью указывает на неравномерность и хаотичность распределения и передвижения влаги при большом поступлении атмосферных осадков, способствующих локализации образующегося мелкозема на поверхности почвы. Проведена оценка эрозионных процессов по коэффициентам аккумуляции и сноса почвенной массы в трех точках катен по склону на чистой и обработанной залежи. Учтена доля мелкозема и биоты в эрозионном стоке с апреля по октябрь 2017-2018 гг. По коэффициенту сноса и аккумуляции почвенной массы залежь значительно меньше подвержена эрозионным процессам. Аккумуляция почвенной массы существенно выше на вершине и у подножия склона обработанного массива залежи. Доля биоты за весь период наблюдений выше на залежи за счет оптимизации эдафического фактора. Максимальная плотность сложения почвы у подножия склона препятствовала развитию почвенной биоты как на залежи, так и на пашне.
Ключевые слова: залежь, пашня, точки катены, эрозионный сток, аккумуляция, коэффициенты сноса и аккумуляции, почвенная масса, биота, мелкозем.
ESTIMATION OF WATER EROSION IN CATENS ON DARK GRAY SOILS AT THEIR REPEATED DEVELOPMENT
DANILOV A.N.,
postgraduate student, Krasnoyarsk State Agrarian University.
Essay. According to the field morphological description of the soil, the studied deposits are gray postagrogenic (dark gray) heavy loamy. The accumulation of the soil mass is higher at the top and at the foot of the slope of the treated deposit mass, that is, on arable land towards gray postagrogenic (dark gray) heavy loamy. The increase in the coefficient of spatial variation of the soil mass of surface runoff at the end of summer and autumn indicates the unevenness and randomness of the distribution and movement of moisture with large amounts of precipitation contributing to the localization of the fine earth formed on the soil surface. The assessment of erosion processes was carried out according to the coefficients of accumulation and demolition of the soil mass at three points on the catena along the slope on a clean and treated deposit. The share of fine earth and biota in the erosion flow from April to October 2017-2018 has been taken into account. According to the coefficient of demolition and accumulation of soil mass, the deposit is much less prone to erosion processes. The accumulation of soil mass is significantly higher at the top and at the foot of the slope of the treated array of deposits. The share of biota over the entire observation period is higher in the reservoir due to optimization of the edaphic factor. The maximum density of the soil at the foot of the slope hindered the development of soil biota both on the deposit and on arable land.
Keywords: fallow, cropland, Catena, erosion, runoff, accumulation, the coefficients of drift and the accumulation of soil mass, biota, humus.
Введение. Эрозионные процессы являются одним из основных факторов деградации и снижения плодородия почв. Защита почв от эрозии является составной частью проблемы
охраны почв. В большинстве регионов нашей страны эрозия почв выступает серьезным тормозом в развитии сельскохозяйственного производства. Экологические убытки при
развитии эрозии определяются потерей урожая, снижением плодородия почвы, а также уменьшением числа степеней свободы сельскохозяйственного использования почв [3]. Эрозия почв - это активный природный процесс, являющийся следствием неправильного использования почвенного покрова, не зарегулированного поверхностного стока талых, ливневых или ирригационных вод, нерационального почво-и природопользования [4].
Развитие эрозионных процессов зависит от ряда факторов и условий. В большей степени их проявление тесно связано со спецификой климатических условий региона. Факторами, определяющими эрозионную роль климата, являются атмосферные осадки, наличие длительной сезонной мерзлоты, сроки ее оттаивания и скорость ветра. Режим выпадения твердых и жидких осадков варьирует в течение года и не согласовывается между собой (например, многоснежные зимы и летние ливневые дожди). Ход оттаивания в весенний период, а также снежный покров, его мощность, плотность и запасы снега также имеют большое значение.
Одно из ведущих значений имеет также рельеф местности [4]. Специфика земледельческой части Красноярского края заключается в наличии склоновых земель, особенно в лесостепной и подтаежной зонах. Во второй половине 20 века, в связи с ростом промышленности и населения Сибирского региона, в пашню вовлекались площади, расположенные даже на крутых склонах. Перенос агротехники равнинных территорий на склоновые земли привел к развитию эрозионных процессов.
От экспозиции склона зависит различие в скорости оттаивания массы снега и оттаивание верхнего слоя почвы. На северной части склона снеготаяние замедленное, на южной -более быстрее. Поверхностный сток в основном образуют талые воды снежного покрова. Сдерживающим фактором развития эрозионных процессов является длительное сохранение мерзлоты и очень медленное оттаивание почвы, наступающее в поздние весенние даты (середина-конец апреля). Талые воды в этот период либо не мутные, либо слабомутные. В северной части Красноярской лесостепи, где проводились наши исследования, верхний слой почвы находится в мерзлотном состоянии и не способен поглощать и фильтровать талую воду, формирование поверхностного стока этих вод происходит, преимущественно, к середине апреля.
Кроме указанных факторов большое значение имеет длительность (степень) распа-ханности и гранулометрический состав почв.
Изучение постагрогенного изменения почв залежей при повторном освоении актуально с позиции дальнейшего их рационального использования не только для сельского и лесного хозяйства, но также для экологического обустройства агроландшафтов [2].
Цель работы заключается в оценке интенсивности эрозионных процессов в катенах на темно-серых почвах залежи при повторном ее освоении.
Материал и методика исследования. Исследование проводилось на территории Ман-ского района на залежных землях бывшего совхоза «Рассвет» в 2016-2018 гг. Данная территория относится к Красноярскому лесостепному округу. На массиве залежи (склон восточной экспозиции) заложили почвенную катену в трех точках: вершина, середина и подножие склона восточной экспозиции. Разбили два участка, на одном из которых площадью 2,8 гектара ввели сельскохозяйственное освоение. В течение двух лет проводили обработку почвы поперек склона с последующей посадкой картофеля в каждой точке площадью 0,001 гектара.
Для изучения поверхностного стока и аккумуляции почвенной массы на каждой точке катены в почву вкопали сосуды - «почвенные ловушки». Повторность определения трехкратная. Экспозиция сосудов-ловушек проходила в два периода 2017-2018 гг. (с 16.04. по 16.07. и с 16.07. по 16.10.). После высушивания и взвешивания содержимого ловушек рассчитали по формуле аккумуляцию почвенной массы в т/га, а также коэффициенты пространственного варьирования этого показателя (Су, %). Интенсивность сноса и аккумуляции установили по рассчитанным коэффициентам при сопоставлении разных точек склона (подножие - вершина; середина - вершина; подножие - середина). Почвенную массу, освобожденную из сосудов, разобрали на две фракции: мелкозем и биоту, представленную почвенную мезофауной. Определили долю каждой фракции в массе поверхностного стока.
Результаты исследования. По полевому морфологическому описанию почвы изучаемых залежей относятся к серым постагроген-ным (темно-серым) тяжелосуглинистым. Общее строение профиля - Апа-А1-А1В-В§-ВС§-С§. В каждой точке катены установлено, что профили почв полноразвитые. Во всех поч-
венных разрезах отчетливо выделяется бывший пахотный (Апа) слой, свидетельствующий о постагрогенной стадии развития почв. Слабые признаки оподзоливания имеет верхняя часть профилей почв. Почвы по всей глубине не вскипают. Генетические горизонты во всех профилях почв характеризуются наличием признаков поверхностного оглеения, особенно хорошо выраженного в зоне иллю-виирования и материнской породе. В средней и нижней точке катены отмечается самая высокая морфологически выраженная степень гумусированности почв, а степень оподзоли-вания более выражена в почве верхней точки катены. Признаки оглеения почвы наиболее сильно проявляются в нижней точке катены за счет более высокого уровня капиллярной каймы [1].
Аккумуляция почвенной массы выше на вершине и у подножия склона обработанного массива залежи, то есть на пашне (таблица 1). Особенно сильно она проявляется в нижней части склона залежи. Вершина и середина склона здесь менее подвержена сносу, вследствие задернованности их поверхности. Однако в нижней точке склона поверхностный сток достаточно высок, что, скорее всего, вызвано большей его крутизной в этой точке катены относительно других частей естественных угодий, никогда не вовлекавшихся в пашню. Обработанный участок в середине склона меньше подвержен смыву в сравнении с залежью, за счет поперечной нарезки гребней под картофель и более лучшей аккумуляции влаги почвой, вызванной почвозащитной обработкой. Получено незначительное пространственное варьирование эрозионной почвенной массы во всех точках катены как на пашне, так и на залежи, что свидетельствует о пространственной равномерности поверхностного стока влаги при небольшом количестве осадков в первый период наблюдений.
Повышение коэффициента пространственной вариации почвенной массы поверхностного стока в конце лета и осенью указывает на неравномерность и хаотичность распределения и передвижения влаги при большом поступлении атмосферных осадков, способствующих локализации образующегося мелкозема на поверхности почвы.
Установлено существенное увеличение поверхностного стока на пашне во второй период наблюдений с 16.07.2017 г. по 16.10.20l7 г. Такое большое увеличение сноса мелкозема на пашне связано с условиями года исследования. За это время наблюдения выпало очень большое количество осадков (более 230 мм), что усилило проявление эрозионных процессов на пашне.
По коэффициенту сноса и аккумуляции почвенной массы установлено, что залежь значительно меньше подвержена ее переносу (таблица 2). В то же время процесс аккумуляции здесь выше, что свидетельствует о положительной роли травянистой растительности, предотвращающей смыв плодородного слоя почвы и развитие эрозионных процессов.
Достаточно существенное повышение коэффициента сноса почвенной массы на пашне требует особого внимания, свидетельствуя о том, что при повторном освоении массива залежи требуется почвозащитная технология обработки почвы и посев (посадка) противо-эрозионных сельскохозяйственных культур.
Величины коэффициентов сноса и аккумуляции почвенной массы, приведенные в таблице 2, также указывают на необходимость применения в дальнейшем противоэрозион-ной обработки с целью сохранения плодородия и предотвращения потерь питательных веществ почвы и вносимых удобрений. Только такие приемы могут гарантировать стабильный и высокий урожай культурных растений без утраты плодородия.
Таблица 1 - Аккумуляция почвенной массы (т/га, ср. из 3 опр.) с поверхностным стоком и
коэффициент ее пространственного варьирования (Су, %), 2017 г.
Точки склона Период
С 16.04. по 16.07. С 16.07. по 16.10.
залежь пашня залежь пашня
т/га СУ, % т/га СУ, % т/га СУ, % т/га СУ, %
Вершина 15,5 21,0 32,9 22,1 49,0 2,3 184,2 30,8
Середина 14,5 5,9 153,1 24,0 19,9 11,3 118,2 18,8
Подножие 126,0 7,4 18,1 12,5 68,5 5,1 120,0 14,3
Таблица 2 - Коэффициенты сноса (потерь) и аккумуляции почвенной массы в катене на чистой и обработанной залежи, 2017 г._
Сопоставляемые точки склона Период
С 16.04. по 16.07. С 16.07. по 16.10.
залежь пашня залежь пашня
снос аккумуляция снос аккумуляция снос аккумуляция снос аккумуляция
Подножие -вершина 0,1 8,1 1,8 0,6 0,7 1,4 1,5 0,7
Середина -вершина 1,1 0,9 0,2 4,6 2,5 0,4 1,6 0,6
Подножие -середина 0,1 8,7 8,5 0,1 0,3 3,4 1,0 1,0
Таблица 3 - Соотношение мелкозема и биоты (%) в эрозионном стоке почвы, 2017 г.
Точки склона Период
С 16.04. по 16.07. С 16.07. по 16.10.
залежь пашня залежь пашня
мелкозем биота мелкозем биота мелкозем биота мелкозем биота
Подножие 98,9 1,1 85,0 15,0 95,7 4,3 95,7 4,3
Середина 61,2 38,8 98,8 1,2 94,6 5,4 94,6 5,4
Вершина 68,2 31,8 94,8 5,2 96,7 3,3 96,7 3,3
В весенний период и начале лета доля био-ты самая высокая в середине склона на залежи (таблица 3). На пашне она выше в нижней точке катены. Такое распределение доли почвенной биоты на залежи, скорее всего, связано с более лучшим структурным состоянием почвы. Различия в содержании агрономически ценных фракций в почве подножия склона относительно вершины и середины склона составляют около 20 %. Определяющее значение имеют также более высокие запасы подземных и наземных растительных остатков в этих точках, составляющих энергетическую основу развития почвенной биоты. На пашне доля биоты в почве у подножия склона больше относительно других точек вследствие лучшей прогреваемости (различия до 30С) и более высокого содержания влаги (на 3-5 %), оптимизирующих условия обитания почвенных организмов.
Ко второму сроку наблюдений существенно возрастает доля биоты в эрозионном стоке, практически, на всех точках катены. Особенно это характерно для залежи, где в этот период идет отмирание растений и поступление органической массы в почву, существенно улучшающей эдафические условия жизнедеятельности почвенной биоты. Зафиксирована довольно значительная доля биоты в верхней
точке катены на залежи, где почва лучше прогревалась и была суше, чем в середине склона и у подножия. Это могло способствовать миграции организмов в данную точку катены.
При быстром нарастании весенних температур, что характерно для резко континентального климата района исследований, происходит резкое оттаивание верхнего слоя почвы и нарастание стока. Талая вода мигрирует за оттаявшим слоем почвы, увеличивая поверхностный сток. В целом снос почвенной массы незначительный, что связанно с длительным сохранением мерзлоты.
В 2018 г. весенне-летний период исследования значительно отличался по характеру эрозии в точках склона катен. В сравнении с 2017 г. эрозионный сток в целом не увеличивается за этот период. Однако очень четко прослеживается увеличение стока вниз по склону на пашне, что вполне естественно для склоновых земель. Такой тип аккумулирования мелкозема на пашне вызван характером выпадения осадков. В 2018 г. осадки на данной территории выпадали на достаточно высушенный верхний слой почвы в виде редких непродолжительных ливней, не успевая промачивать поверхность, быстро стекая.
На залежи проявляется аккумулятивная функция середины склона. Это вполне объяс-
няет характер распределения и накопления элементов питания в данной части склона и более лучшую оструктуренность почвы относительно других точек. Коэффициенты варьирования почвенной массы на залежи несколько увеличиваются в сравнении с 2017 г., что также может быть вызвано характером выпадения осадков и неравномерностью проявления стоковых процессов в условиях куртини-стого травяного покрова залежи. На пашне коэффициент варьирования массы аккумулированного мелкозема остается на прежнем уровне, свидетельствуя о слабом и среднем варьировании (таблица 4).
Аккумуляция почвенной массы в летне-осенний период имеет тот же характер, но несколько уменьшается в количественном отношении. В сравнении с 2017 г. поверхностный сток существенно ниже. Например, на пашне 2017 г. на вершине склона аккумуляция составляет 184 т/га против 40,5 т/га в 2018 г. На залежи в 2017 г. (вершина) склона аккумулирование составляло. 49,01 т/га, а в 2018 г. 29,1 т/га
Коэффициенты сноса и аккумуляции почвенной массы с апреля по июль в 2018 г. значительно отличаются от этого же периода 2017 г. (таблица 5). На залежи повышается снос при коэффициентах от 0,12 до 4,14 в со-
поставлении точек - подножие-вершина и от 0,10 до 11,2 в сопоставлении точек подножие-середина. Середина склона, как указывалось ранее, проявляет функции аккумулятора почвенной массы вследствие относительной пологости этой точки катены. На пашне снос почвенной массы снижается по всему склону, коэффициенты аккумуляция практически на одном уровне на всех точках рельефа.
Снижение проявления эрозионных процессов в 2018 г. вызвано существенно меньшим количеством выпадающих осадков в виде коротких ливней (в два раза меньшим по сравнению с 2017 г.)). На пашне оправдала себя почвозащитная технология, так как нарезка гребней осуществлялась поперек склона.
В сравнении с 2017 г. изменился характер распределения почвенной биоты в различных точках склона катен на пашне и залежи. Из-за меньшего выпадения осадков в 2018 г. и высокой температуры существенно снизились процессы сноса и аккумуляции почвенной массы, и уменьшилась доля почвенной биоты. У подножия склона на пашне она совершенно отсутствовала. В этот период основная масса насекомых мигрировала, находя безопасную нишу, «прячась» от высоких температур в более влажных нижележащих слоях почвы.
Таблица 4 - Аккумуляция почвенной массы (т/га) с поверхностным стоком и коэффициент ее пространственного варьирования (Су, %), 2018 г._
Точки склона Период
С 16.04. по 16.07. С 16.07. по 16.10.
залежь пашня залежь пашня
т/га СУ, % т/га СУ, % т/га СУ, % т/га СУ, %
Вершина 21,1 17,5 57,4 24,1 29,1 29,0 40,5 17,0
Середина 57,0 12,8 98,7 16,6 47,0 3,7 73,5 14,4
Подножие 5,1 22,0 105,6 24,3 16,6 6,9 79,7 8,4
Таблица 5 - Коэффициенты сноса (потерь) и аккумуляции почвенной массы в катене на чистой и обработанной залежи, 2018 г._
Сопоставляемые точки склона Период
С 16.04. по 16.07. С 16.07. по 16.10.
залежь пашня залежь пашня
снос аккумуляция снос аккумуляция снос аккумуляция снос аккумуляция
Подножие -вершина 4,1 0,2 0,5 1,8 1,8 0,6 0,5 2,0
Середина -вершина 0,4 2,7 0,6 1,7 0,6 1,6 0,6 1,8
Подножие -середина 11,2 0,1 0,9 1,1 2,8 0,4 0,9 1,1
Таблица 6 - Соотношение мелкозема и биоты (%) в эрозионном стоке почвы, 2018 г.
Точки склона Период
С 16.04. по 16.07. С 16.07. по 16.10.
залежь пашня залежь пашня
мелкозем биота мелкозем биота мелкозем биота мелкозем биота
Подножие 81,3 18,7 100,0 0,0 100,0 0,0 100,0 0,0
Середина 99,4 0,6 96,9 3,1 76,1 23,9 95,4 4,6
Вершина 100,0 0,0 98,6 1,3 99,2 0,8 83,4 16,6
В летне-осенний период 2018 г. в сравнении с этим же периодом 2017 г. доля биоты значительно ниже на всех точках склона пашни (таблица 6). В почве подножия склона пашни и залежи биота отсутствовала. Как указывалось выше, это вызвано небольшим количеством осадков, высокими температурами воздуха и почвы, ее пересыханием. В этот период максимальная биомасса организмов мезофауны обнаружена в средней выпо-ложенной увлажненной части склона, выполняющей функцию "ловушки". Максимальная плотность сложения почвы у подножия склона препятствовала развитию почвенной биоты как на залежи, так и на пашне.
В целом степень разрушения пахотно-пригодных почв района исследований, за сравнительно короткий срок использования их в пашне, невысокая. На старых пашнях склоновых земель преобладают слабосмытые варианты почв. Среднесмытые почвы встречаются редко, практически не встречаются сильносмытые. В то же время для устранения проявления водной эрозии при повторном освоении массивов залежей на склонах необходимо применять противоэрозионные обработки с целью сохранения плодородия и предотвращения потерь питательных веществ почвы и вносимых удобрений.
Выводы. 1. Темно-серые почвы района исследований отличаются тяжелым грануломет-
рическим составом, высокой степенью гуму-сированности, содержат много кальция. Орга-номинеральные коллоиды хорошо коагулируют, склеивают механические элементы, образуя водопрочную структуру, препятствующую сносу почвенной массы.
2. Интенсивность проявления эрозионных процессов в катенах на темно-серых почвах необработанной и распаханной залежи зависит от положения точек по склону. Зафиксирована аккумулирующая функция середины выположенного склона массива залежи и пашни.
3. Установлено существенное увеличение поверхностного стока и его пространственного варьирования на пашне с июля по октябрь в оба года исследований, что связано с большим количеством осадков, выпавших в этот период.
4. Коэффициенты сноса и аккумуляции почвенной массы свидетельствуют о значительно меньшей подверженности ее переносу на необработанной залежи по сравнению с распаханным вариантом.
5. Минерализация большого количества органических остатков и богатой почвенной биоты способствует коагуляции почвенных коллоидов, что приводит к сцеплению почвенной массы и сдерживает развитие эрозионных процессов.
Список использованных источников
1. Данилов А.Н. Изменение плодородия почвы в катене на залежи (на примере Манского района Красноярского края) // Вестник государственного университета им. Н.Ф. Катанова. -2017. - № 20. - С. 52.
2. Иванов Д.А., Кулагина М.А. Почвенно-агроэкологическое исследование процессов трансформации агроэкосистем при различном использовании // Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота: материалы Всероссийской научной конференции. - М., 2008. - С. 299-303.
3. Савич В.И., Гукалов Е.Н., Мансуров Б.А. Агроэкологическая оценка развития эрозии во времени и пространстве // Плодородие. - 2016. - № 3. - С. 40-42.
4. Танасиенко А.А. Специфика эрозии почв в Сибири. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. - 176 с.
List of used sources
1. Danilov A.N. Change in soil fertility in the catena on the deposit (on the example of the Mansky region of the Krasnoyarsk Territory) // Bulletin of the State University. N.F. Katanova. - 2017. - № 20. - P. 52.
2. Ivanov D.A., Kulagina M.A. Soil-agro-ecological study of the transformation processes of agro-ecosystems with different uses // Agroecological status and prospects for the use of the lands of Russia that have left active agricultural turnover: materials of the All-Russian Scientific Conference. - M., 2008. - P. 299-303.
3. Savich V.I., Gukalov E.N., Mansurov B.A. Agroecological assessment of the development of erosion in time and space // Fertility. - 2016. - № 3. - P. 40-42.
4. Tanasienko A.A. Specificity of soil erosion in Siberia. - Novosibirsk: Publishing House of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 2003. - 176 p.
