CC BY
52
12. Kudinov A. N., Tsvetkov V. P., Tsvetkov I. V. Catastrophes in the Multi-Fractal Dynamics of Social-Economic Systems // Russian Journal of Mathematical Physics. - 2011. - Vol. 18. - № 2. - P. 149-155.
13. Maslovskaya A.G., Osokina T.R., Barabash T.K. Usage of fractal methods for the analysis of dynamic data // Vestnik of the Amur state university: Ser. Natural and economic sciences. - 2010. - Iss. 51 - P. 13-20.
14. Khabarova E.I., Rozdin I. A., Nikitina S.V., Leontjeva S.V. Calculation and assessmenr of ecologically significant parameters: tutorial. - M.: MITHT, 2010. - 64 p.
15. Hygienic requirements to surface water protection: SanPiN2.1.5.980-00. -M.: Minzdrav of Russia, 2000. - 23 p.
Received on July 24, 2015.
Information about the authors Nasonov Andrey Nikolaevich, candidate of technical sciences, associate professor of the chair «Organization and technology of building objects of environmental engineering»; FSBEI HE RSAU-MAA named after C.A. Timiryazev; 127550, Moscow, ul. Boljshaya Academicheskaya, 44; tel.: +7926-207-09-54; e-mail: [email protected].
Nikiforov Alexander Vladimirovich, master ZOS FSBEI HE RSAU-MAA named after C.A. Timiryazev;tel.: +7-968-957-8966; e-mail: [email protected].
Tsvetkov Ilya Victorovich, doctor of technical sciences, professor of the chair «Economics and management of production»; FSBEI HE TvGU; tel.: +7-910646-12-30; e-mail: mamcu@ maii.ru.
УДК 502/504 : 630.266 А. И. ПЕТЕЛЬКО
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Новосильская зональная агролесомелиоративная опытная станция имени А. С. Козменко Всероссийского научно-исследовательского агролесомелиоративного института», г. Мценск
А. Т. БАРАБАНОВ
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт», г. Волгоград
ПОКАЗАТЕЛИ СТОКА ТАЛЫХ ВОД ЗА 1959-2008 ГОДЫ
В статье приводятся научные исследования по снегозапасам, стоку талых вод на зяблевой вспашке, уплотненной пашне за 50 лет. На Новосильской зональной агролесомелиоративной опытной станции впервые применен комплексный подход по защите почв от водной эрозии предложена противоэрозионная организация территории по рациональному использованию эродированных земель. Из агротехнических мероприятий наиболее эффективной оказалась глубокая зяблевая вспашка. Углубление пахотного слоя на 1 см обеспечивает уменьшение поверхностного стока от 4 до 41 м3/ га. Сильное увлажнение почвы с осени,период глубоких оттепелей зимой,образование ледяной корки в отдельные годы способствуют снижению эффективности глубокой вспашки. Происходит увеличение весеннего стока из-за глубокого промерзания почвы и образования ледяного экрана. Испытание агротехнических водоудерживающих обработок показало, что уменьшение поверхностного стока талых вод на серых лесных почвах происходит на глубокой зяблевой обработке. Наблюдения за 50 лет показали,что осредненный сток с зяби равнялся 20,5 мм,коэффициент стока - 0,217,а на уплотненной пашне эти показатели,соответственно,несколько выше - 29,3 мм и 0,300. Увеличение стока произошло на 8,8 мм коэффициента стока - 0,083 по сравнению с зябью. В многолетних рядах выявлены величины поверхностного стока на разных агрофонах. Полученные многолетние материалы необходимы при проектировании комплекса противоэрозионных мероприятий.
Эрозия почв, зяблевая вспашка, уплотненная пашня, запасы снега, поверхностный сток, коэффициент стока.
Водная эрозия почв приносит значительный ущерб сельскому хозяйству и является экологическим бедствием.
Необходимо постоянно вести борьбу с ней на государственном уровне. Для решения этой задачи нужно использовать
разработку теоретических основ управления эрозионно-гидрологических процессов, влияние на них природных и антропогенных факторов. Важно знать, на какие природные факторы нужно воздействовать. Многолетними исследованиями на Новосильской ЗАГЛОС установлено, что основными природными факторами стока талых вод являются увлажнение и глубина промерзания почвы, снегозапасы.
В России водной эрозии подвержено 43,7 млн га, ветровой - 13 млн га. Смытые почвы составляют: в лесной зоне - 32 %, в лесостепной - 41 % и в степной - 43 %. Такое положение связано с тем, что более половины сельхозугодий в Российской Федерации расположено на склонах различной крутизны. Общеизвестно, что склоновые земли особенно ранимы к нерациональному и бесхозяйственному использованию. Дело в том, что при нарушении технологических требований на пахотных землях с крутизной более 1° (иногда даже 0,5°) уже начинаются эрозионные процессы.
Мировой опыт свидетельствует о том, что сохранение плодородия почв, расширенное воспроизводство продуктивности земель невозможно без экологической оптимизации структуры агролесоландшаф-тов. Этим требованиям отвечают системы земледелия с противоэрозионной организацией территории.
Основной задачей противоэрозион-ной организации территории является такое распределение земель для использования, которое обеспечивает наилучшую защиту почв от эрозии, повышение их плодородия и получение наибольшего количества сельскохозяйственной продукции.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Новосиль-ская зональная агролесомелиоративная опытная станция им. А. С. Козменко в Орловской области - старейшее научное учреждение (95 лет), занимающееся разработкой системы противоэрозионных мероприятий. Территория опытного хозяйства Новосильской ЗАГЛОС расположена в бассейне реки Зуши и составляет около 5000 га. Рельеф волнистый. Вся территория расчленена густой сетью лощин и суходолов (13 гидрографических стволов протяженностью от 1,3 до 15,8 км), впадающих в долину реки Зуши. На речных и суходольных склонах домини-
руют береговые овраги, количество которых в границах Новосильского района 152 шт. Склоновые овраги распространены значительно меньше, их число составляет 51 шт. Донных оврагов всего 6 шт. Площади с высоким показателем густоты оврагов (от 0,1 до 0,5 км/км в квадрате). Овраг - это самая разрушительная форма линейной эрозии, выражающаяся в образовании глубинных размывов разнообразных очертаний, из которых вместе с почвой вынесена значительная масса грунта в нижележащие звенья гидрографической сети. Он имеет характерную внешнюю форму.
Размыв происходит с началом земледельческой культуры и, особенно, с периода распашки склонов водосбора и вырубки лесных площадей. Современным размывам наиболее подвержены местности с глубоко расчлененным гидрографической сетью рельефом. Размыв поверхности суши, как и смыв почвы, в определенных условиях протекает постоянно, если не проводить почвозащитных мероприятий.
На Новосильской ЗАГЛОС была сформулирована оригинальная теория рельефообразования, на основе которой разработаны научные основы противоэро-зионной мелиорации: впервые применен комплексный подход к защите почв от эрозии на водосборных площадях; разработаны основы ландшафтного системного обустройства территории. На станции созданы уникальные объекты, отвечающие современным требованиям систем земледелия на ландшафтной основе.
В последние годы агрономической наукой в качестве основы ландшафтно-экологического земледелия предложена контурная организация территории по рациональному использованию земель. На опытной станции лесные контурные полосы из дуба заложили еще в 1926 г. На станции длительное время изучают про-тивоэрозионные агротехнические приемы. Дана оценка агроприемов по влиянию их на поверхностный сток, как главный фактор водной эрозии, а в агрономическом отношении по влиянию на увлажнение полей и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Как показали наблюдения, зяблевая вспашка поперек склона по сравнению со вспашкой вдоль склона сокращает сток талых вод в пределах 70 м3/га. В
большинстве случаев водозадерживающая
роль ее проявляется меньше.
Большое значение придавалось изучению эффективности глубокой зяблевой вспашки.
На серых лесных почвах (слабо и среднесмытых) углубление пахотного слоя на 1 см обеспечивает уменьшение стока талых вод в пределах от 4 до 41 м3/га. В зависимости от глубины пахоты, сложившихся погодных условий и сочетания почвы, в различные годы дополнительное поглощение весеннего стока колебалось от 58 до 265 м3/га, а в некоторых случаях и больше. На снижение эффективности глубокой зяблевой вспашки в отдельные годы сказывается сильное увлажнение почвы с осени или в период зимних оттепелей с последующим замерзанием, а также при образовании ледяной корки.
Гребнистая вспашка способствует некоторому задержанию снега. Однако, в поглощении стока талых вод она мало отличается от обычной вспашки. Слабая стокопоглотительная способность гребнистой вспашки объясняется уменьшением рыхлого слоя под бороздой, что равнозначно уменьшению глубины пахоты, и, следовательно, сокращению инфильтра-ционной способности. Этот недостаток присущ и другим видам воздерживающих обработок с образованием искусственного микрорельефа.
Как показали научные исследования, перекрестное бороздование не оказывает существенного влияния на уменьшение стока талых вод. Коэффициент стока при бороздовании во все годы наблюдений был выше по сравнению с контролем. Лункова-ние зяби оказывает некоторое влияние на задержание снега и увеличение снегозапа-сов и, благодаря этому, в отдельные годы просачиванию талой воды в почву. Коэффициент стока при лунковании не уменьшается (0,42), сток 50 мм.
Как и следовало ожидать, повышение урожайности сельскохозяйственных культур от применения гребнистой вспашки, прерывистого бороздования и лункования зяби не наблюдалось.
Щелевание мерзлой зяби осенью на глубину 45...50 см с расстояниями между щелями 140 см и ширина щелей 5 см показало, что при зимних оттепелях стенки щели обрушивались и заполнялись почвой. При этом щелевание, как водозадерживающий прием, теряет свое значение.
Таким образом, испытание агротехнических водозадерживающих обработок почвы показало, что самым эффективным, а вместе с тем простым и доступным приемом уменьшения поверхностного весеннего стока на серых лесных почвах является глубокая зяблевая вспашка.
На Новосильской ЗАГЛОС режим поверхностного стока снеговых вод изучали с 1923 по 1941 годы, а затем работы прекратили из-за начала Великой Отечественной войны и возобновили в 1958 году. Наблюдения за стоком талых вод в период с 1923 по 1941 гг. проводили на водосборах площадью от 50 до 500 га. По данным А. С. Козменко и А. Д. Ивановского, показатели стока с водосборов в среднем составляли 70...80 мм при максимуме 100 мм. Коэффициент стока колебался от 0,70 до 0,93, в среднем составлял 0,85. Максимальный модуль стока достигал 11 л/с с 1 га, а средняя его величина понижалась до 3 л/с. Максимальный суточный объем стока составлял в среднем 200 м3. На основании этих данных не представляется возможным охарактеризовать весенний сток с различных видов пашни.
При проведении научных исследований использовали методику Г. П. Сурма-ча (1967 г.) по изучению водорегулирующей и противоэрозионной эффективности лесных полос и агротехнических приемов и др. Стоковые площадки закладывали осенью на выбранных и заранее подготовленных участках. Длина площадок 200 м, ширина - 20 м. Эта работа выполнялась навесным плугом с оставлением лишь второго корпуса и постановкой на него удлиненного отвала на тракторе ДТ-54 или при помощи малого плантажного плуга ПГН-40. Нарезали стоковые площадки на зяблевой вспашке и уплотненной пашне. Затем наблюдали за снегоотложением, промерзанием, влажностью почвы, стоком и смывом в холодный период.
Многолетние наблюдения за стоком талых вод на зяблевой вспашке показали, что углубление пахотного слоя способствует уменьшению поверхностного весеннего стока. Во влажные и суровые зимы устойчивый эффект ее снижается из-за сильного переувлажнения и глубокого промерзания почвы. Сток увеличивается. Из всех водозадерживающих агроприемов лучшей является глубокая зябь до 25...30 см. Изучением агротехнических приемов на стоковых площадках занимались на
станции Г. П. Сурмач, А. Т. Барабанов, Н. Е. Петелько, А. И. Петелько, Е. Я. Тубольцев и др. [1-5].
Авторы расмотрели фактические данные по стоку с различных сельскохозяйственных угодий на Новосильской ЗАГЛОС за период 1959-2008 гг. Наблюдения за стоком проводили: Г. П. Сурмач,
Обобщенные данные за многолетний период показали, что сток талых вод (по шкале интенсивности Г. П. Сурмача) на зяби очень сильный был 3 года, сильный - 5 лет, умеренный - 13 лет, слабый -5 лет, очень слабый - 10 лет, из 50-ти годонаблюдений 14 лет сток отсутствовал. Вся вода поглотилась почвой. На уплотненной пашне (многолетние травы,
В. Н. Дьяков, В. Л. Сухов, Л. Я. Королева, Е. А. Гаршинев, А. Т. Барабанов, Н. Е. Петелько, А. И. Петелько, В. П. Борец, Е. Я. Тубольцев и др. Формирование стока изучали на зяблевой вспашке, озимых и других сельскохозяйственных угодьях.
Сведения о весеннем стоке представлены в таблице.
озимые и др.) сток за указанный период не сформировался в 1975, 1989, 1992, 1998, 2001, 2002, 2004, 2006, 2007, 2008 годах, то есть 10 лет поверхностного стока не было. В остальные годы величина стока была разной интенсивности. За 50 лет осредненный сток с зяби составил 20,5 мм, коэффициент стока 0,217, запасы снеговой воды - 94,5 мм.
Осредненные показатели стока с разных угодий (1959—2008 гг.)
Годы Зябь Уплотненная пашня
запасы снега, мм сток, мм коэф. стока запасы снега, мм сток, мм коэф. стока
1959 156 113 0,724 133 112 0,842
1960 127 75 0,591 152 112 0,737
1961 32 7 0,219 22 12 0,545
1962 22 13 0,591 23 21 0,913
1963 116 61 0,526 115 72 0,626
1964 121 58 0,479 113 91 0,805
1965 64 37 0,578 75 31 0,413
1966 77 4 0,052 105 3 0,029
1967 150 78 0,520 147 107 0,728
1968 169 1 0,006 145 26 0,179
1969 66 24 0,364 80 51 0,638
1970 192 83 0,432 221 94 0,425
1971 127 66 0,520 82 32 0,390
1972 56 15 0,268 56 15 0,268
1973 62 29 0,468 53 31 0,585
1974 50 29 0,580 49 44 0,898
1975 86 0 0 89 0 0
1976 137 0 0 160 3 0,019
1977 138 12 0,087 149 20 0,134
1978 91 0 0 177 20 0,113
1979 128 37 0,289 135 45 0,333
1980 135 29 0,215 153 42 0,275
1981 162 0 0 132 15 0,114
1982 100 2 0,020 100 5 0,050
1983 97 2 0,021 91 27 0,297
1984 41 12 0,293 67 18 0,269
1985 168 9 0,054 168 64 0,381
1986 72 49 0,681 79 49 0,620
1987 160 31 0,194 149 33 0,221
1988 107 23 0,215 127 35 0,276
1989 81 0 0 116 0 0
1990 39 21 0,538 63 38 0,603
1991 58 3 0,052 53 21 0,396
1992 54 0 0 66 0 0
1993 40 9 0,225 42 22 0,524
1994 119 37 0,310 127 50 0,393
1995 107 0,3 0,002 114 4 0,035
1996 73 29 0,397 81 26 0,320
1997 56 1,1 0,019 71 26 0,367
1998 48 0 0 46 0 0
1999 144 0 0 114 1,9 0,016
2000 57 0,5 0,007 26 2,0 0,076
2001 81 0 0 11 0 0
2002 81 0 0 66 0 0
2003 97 24,1 0,249 66 37 0,560
2004 58 0 0 97 0 0
2005 71 0 0 109 5,3 0,095
2006 136 0 0 111 0 0
2007 51 0 0 62 0 0
2008 67 0 0 83 0 0
п = 50 94,5 20,5 0,217 97,5 29,3 0,3
Примечание: приведены многолетние данные Г. П.Сурмача, А. Т. Барабанова, Н. Е.
Петелько, А. И. Петелько, Е. Я. Тубольцева, В. А. Ивановой, О. В. Богачевой, В. П. Борца, Е. А. Гаршинева.
Показатели стока талых вод с уплотненной пашни увеличивались и равнялись, соответственно, 29,3 мм, 0,300 и 97,5 мм. Сток с уплотненной пашни по сравнению с зяблевой вспашкой увеличился на 8,8 мм.
По полученным многолетним данным можно рассчитать и построить кривые обеспеченности склонового стока для центральной лесостепи на серых лесных почвах. Весенний сток за 50 лет смотрите на рисунке 1.
1959 1962 1965 1968 1971 1974 1977
1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007
Годы наблюдений, 1959 - 2008 гг.
Рис. 1. Сток талых вод: - зябь; уплотненная пашня
Таким образом, в многолетних рядах по стоку выявлены нормированные по обеспеченности величины поверхностного стока на зяби и с уплотненной пашни. Полученные научные материалы являются необходимыми для расчетных методов разработки и проектирования противоэрозионных комплексов.
На рисунке 2 приведены кривые вероятности превышения стока с зяби и уплотненной пашни. На графике видно, что на зяблевой вспашке сток 20%-ной обеспеченности составляет 39 мм, а 70%-ной обеспеченности - около 1 мм. На уплотненной пашне сток 70%-ной обеспеченности превышает 7 мм, 20%-ной обеспеченности он больше - 50 мм. Отсюда следует, что уплотненная пашня способствует увеличению стока талых вод по сравнению с зябью.
Выводы
Система мер защиты почв от эрозии должна строиться на основе знания закономерностей эрозионно-гидрологи-
ческих процессов под влиянием природных и антропогенных факторов.
Рис. 2. Кривые вероятности превышения (Р, %) поверхностного стока талых вод (У, мм) с отвальной зяби и уплотненной пашни на серых лесных почвах ЦРНЗ: - зябь отвальная; - - - уплотненная пашня
Анализ многолетних исследований закономерностей формирования поверхностного стока талых вод за 50-летний период, построение теоретических и эмпирических кривых вероятности превышения позволили оценить его уровень разной обеспеченности, создать нормативную базу для гидрологических расчетов, прогнозирования весеннего стока, разработки систем проти-воэрозионных мероприятий для управле-
ния эрозионно-гидрологическим процессом.
Библиографический список
1. Сурмач Г. П. Водная эрозия почв и борьба с ней. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 235 с.
2. Барабанов А. Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии. Волгоград, 1993. - 156 с.
3. Петелько Н. Е., Петелько А. И. Целесообразность применения удобрений
на эродированных почвах и их влияние на урожайность и качество зерна // Научно-технический бюллетень.
Курск, 1990. - Вып. 2 (65). - С. 6-12.
4. Тубольцев Е. Я. Противоэрозионная эффективность агрономических приемов и лесных насаждений на склонах юга Нечерноземной зоны: автореф. дис...канд. с.-х. наук: 06.03.04. - Волгоград, 1989. - 24 с.
5. Петелько А. И. Весенний сток с различных агрофонов // Эрозия почв: проблемы и пути повышения эффективности растениеводства: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Ульяновск, 2009. - С. 105-108.
Материал поступил в редакцию 16.01.2015.
Сведения об авторах Петелько Анатолий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, директор; ФГБ-НУ «Новосильская зональная агролесомелиоративная опытная станция имени А. С. Коз-менко ВНИАЛМИ»; 303035, Орловская обл., г. Мценск, ул. Семашко, д. 2а; тел.: 8 (48646) 2-87-55; e-mail: [email protected].
Барабанов Анатолий Тимофеевич, доктор сельскохозяйственных наук; главный научный сотрудник; ФГБНУ ВНИЛ-МИ; 400062, г. Волгоград, пр. Университетский, 97; тел 8 (844-2) 46-25-67.
A. I. PETELJKO
The Federal state budget scientific institution
«The Novosiljskaya zonal agro forest reclamation experimental station named after A. S. Kozmenko The All-Russian research agro-forest-reclamation institute», Mtsensk
A. T. BARABANOV
The Federal state budget scientific institution
«The All-Russian research agro-forest-reclamation institute», Volgograd
INDICES OF THAW WATER RUNOFF FOR THE 1959-2008 YEARS
In the article there are given scientific researches on snow stocks,thaw water runoff on the autumn plowing, compacted land for 50 years. At the Novosiljskaya zonal agro-forest- reclamation experimental station there was used for the first time an integrated approach on soils protection from water erosion , there was proposed an erosion-preventive arrangement of the territory on rational use of eroded lands. Among agro technical measures deep autumn plowing was found to be the most effective one. Deepening of the plowing layer by 1 cm provides decreasing of the surface runoff from 4 to 41 m3/ha. Great soil moistening from autumn, period of deep thawing in winter, formation of ice crust during some years promotes to the efficiency reduction of deep plowing. There occurs increasing of spring runoff due to deep soil freezing and formation of ice screen. Testing of agro technical water-retaining treatments showed that decreasing of the surface runoff of thaw water on grey forest soils occurs on the deep autumn treatment. Observations for 50 years showed that the average runoff from the land plowed in autumn was 20,5 mm. runoff coefficient - 0,217,and on the compacted land these indices were correspondingly higher - 29,3 mm and 0,300. Runoff increase was by 8,8 mm,runoff coefficient - 0,083 in comparison with the land plowed in autumn. In long-term records there were revealed values of surface runoff on different agrophons. The obtained materials of many years are necessary when planning a complex of erosion-preventive measures.
Soils erosion, autumn plowing, compacted land, snow stocks, surface runoff, runoff coefficient.
References
1. Surmach G. P. Water erosion of soils and its control. - L.: Hydrometeoizdat, 1976. - 235 p.
2. Barabanov A. T. Agro-forest-reclamation in the soil protective farming. - Volgograd, 1993. - 155 p.
3. Peteljko N. E., Peteljko A. I. Reason-ability of applying fertilizers on eroded soils and their influence on crop capacity and grain quality // Scientific - technical bulletin. -Kursk, 1990. - Iss. 2 (65). - P. 6-12.
4. Tuboljtsev E. Ya. Erosion-preventive effectiveness of agronomic methods and forest plantings on the slopes of the south of the Nechernozemnoy zone: author's abstract of the candidate of agricultural sciences: 06.03.04. - Volgograd, 1989. - 24 p.
5. Peteljko A. I. Spring flow from different
agrophons // Erosion of soils: problems and ways of raising efficiency of plant growing: Materials of the International theoretical - practical conference. - Ulianovsk, 2009. - P. 105-108.
Received on January 01, 2015.
Information about the authors Peteljko Anatolij Ivanovich, doctor of agricultural sciences, director; The Federal state budget scientific institution «The Novosiljskaya zonal agro-forest-reclamation experimental station named after A.S. Kozmenko VNIALMI»; 303035, Orlovskaya area, Mtsensk, ul. Semashko, 2a; tel.: 8 (48646) 2-87-55; e-mail: [email protected].
Barabanov Anatolij Timofeevich, doctor of agricultural sciences; chief researcher; FSBSI VNILMI; 400062, Volgograd, pr. Universitetsky, 97; tel. 8 (844-2) 46-25-67.
