CC BY
80
***** известия ***** № т 2012
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 634.0.0.631.41
РЕГУЛИРОВАНИЕ СТОКА ТАЛЫХ ВОД ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СНЕГООТЛОЖЕНИЕ И ХАРАКТЕР ПРОМЕРЗАНИЯ ПОЧВ
А.Т. Барабанов, доктор сельскохозяйственных наук Р.Д. Балычев, младший научный сотрудник Р.Е. Смирнов, инженер
Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации
М.М. Кочкарь, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Волгоградский государственный аграрный университет
В статье рассматривается роль природных факторов в формировании стока талых вод, излагается закон лимитирующих факторов эрозионно-гидрологического процесса и даются новые приемы его регулирования.
Ключевые слова: сток талых вод, промерзание почв, снегоотложение, природные факторы стока, эрозионно-гидрологический процесс.
В настоящее время проблема регулирования поверхностного стока талых вод и пропуска чрезвычайных паводков очень актуальна для нашей страны. Она затрагивает интересы многих отраслей народного хозяйства: сельского, водного, рыбного, коммунального, энергетики и др. Для управления эрозионно-гидрологическим процессом необходимо знание закономерностей формирования стока. Нами сформулирован и апробирован закон лимитирующих факторов стока и определены природные факторы, наиболее существенно влияющие на него. Это снегозапасы, глубина промерзания и влажность почвы. Остальные факторы (продолжительность и интенсивность снеготаяния, крутизна и экспозиция склона и др.) влияют слабо и их можно не учитывать.
Суть закона лимитирующих факторов поверхностного стока талых вод заключается в том, что при некотором (лимитирующем) значении одного из них сток не формируется независимо от уровня других. Определены максимальные значения факторов, при которых сток не формируется. На юге ЦРНЗ, в ЦЧО и Поволжье, если почва талая или промерзла до глубины не более 30-50 см, стока не бывает независимо от уровня ее увлажнения и снегозапасов. Дальнейшее увеличение глубины промерзания почвы выше лимитирующего уровня не влияет на величину стока, т. е. при любой глубине промерзания выше лимитирующей он формируется одинаковый при одинаковых уровнях других факторов. Решающее влияние на него в этом случае оказывают влаго-запасы в почве и снеге. При увлажнении верхнего (0-50 см) слоя почвы до уровня менее 120-130 мм на юге ЦРНЗ и 70-95 мм в Нижнем Поволжье сток не формируется независимо от глубины промерзания почвы и снегозапасов, т. е. в данном случае лимитирующим фактором является увлажнение почвы. Дана количественная оценка влияния на сток (у) увлажнения почвы (х1) и снегозапасов (х2) при уровнях факторов выше лимитирующих. Аналитически оно выражается уравнениями типа: у = а + в1х1 + в2х2.
Установлено также, что верхний слой почвы в гидрологическом отношении является саморегулирующейся системой. Он способен поглотить и удержать определенное количество воды, максимальная величина которого в мерзлом состоянии может до-
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
№ 1(25) 2012
стигать полной влагоемкости верхнего слоя. Дефицит влаги (разница между полной вла-гоемкостью Wnв и фактическими влагозапасами Wф) обусловливает величину водопо-глощения. Слой стока У зависит от дефицита влаги в почве ДW и снегозапасов перед снеготаянием Wc. В общем виде уравнение можно записать так:
У = Wc - (№ш - Wф.) = Wc -ДW.
Главным фактором стока является глубина промерзания почвы. Воздействуя на нее, можно свести сток до безопасного минимума или полностью зарегулировать его. Предотвратить промерзание почвы можно путем регулирования снегоотложения.
Лесополосы как постоянно действующий фактор оказывают мощное влияние на накопление снега и характер снегоотложения. При этом лесополосы плотной конструкции (с одним или двумя рядами из кустарников без просветов по всему профилю), задерживая и перераспределяя на местности снег, обусловливают накопление его в самих лесополосах и в их приопушечных частях (зонах отложения снежных шлейфов), что способствует предотвращению промерзания почвы в них, а это, в свою очередь, - снижению стока и эрозии. Однако недостатком таких лесополос является то, что под их воздействием снег на полях не сохраняется, а накапливается в больших количествах (до 150-200 см и более) в самих лесополосах и на опушках, что обусловливает потерю снеговой воды с полей и перевод ее потускулярно в грунтовые воды. Кроме того, весной из-за позднего стаивания снега создаются трудности в проведении полевых работ.
Лесополосы продуваемой и ажурной конструкции без кустарников и с большим количеством просветов между стволами (35-60 %), способствуя выдуванию снега из самих лесополос и обеспечивая только частичное сохранение его на полях, не предохраняют почву от глубокого промерзания, что обусловливает резкое уменьшение впитывающей способности почв (водопроницаемость мерзлой почвы в тысячу раз меньше, чем талой) и увеличению эрозии.
Известно [1-4], что для предохранения почвы от промерзания достаточно слоя снега мощностью до 30-50 см. Такое количество снега часто накапливается в лесополосах и вблизи от них при первых же метелях. С полей без лесных полос он, как правило, уносится и почва остается незащищенной. Обобщение и анализ многолетних данных по глубине промерзания в лесных полосах, под их защитой и в открытом поле позволили выявить ряд интересных фактов и зависимостей, из которых вытекают важные следствия. Почва предохраняется от промерзания или глубина ее бывает небольшой в самих лесополосах и зонах отложения снежных шлейфов. В межшлейфовых частях межполосного пространства и в открытом поле она промерзает глубоко и примерно одинаково.
Роль лесополос в предохранении почвы от промерзания очень высока (табл.).
Таблица - Показатели средней и разной вероятности превышения глубины промерзания почвы в лесополосах в открытом поле, см
Место определения Средняя глубина промерзания, см Вероятность превышения, % а с8
1 10 30 50 70 90
Западная Сибирь, оподзоленный чернозем
Лесополоса 34 110 70 45 30 20 5 0,75 1,00
***** известия ***** № т 2012
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Открытое поле 114 220 170 135 110 90 65 0,35 0,41
Юг Ц РНЗ, серая лесная почва
Лесополоса 33 105 70 45 30 15 0 0,87 0,37
Открытое поле 72 195 135 95 70 45 10 0,58 0,33
Нижнее Поволжье, каштановая почва
Лесополоса 26 85 45 20 10 0 0 1,7 1,10
Открытое поле 59 190 120 80 55 30 0 0,81 0,47
Нижнее Поволжье, светло-каштановая почва
Лесополоса 20 70 35 15 5 0 0 2,20 1,50
Открытое поле 70 190 120 80 55 30 5 0,79 072
Примечание. Коэффициенты С и Сц - вариации и асимметрии.
В Западной Сибири на незащищенных полях и в межшлейфовых частях межполосных пространств в системе стокорегулирующих лесополос почва замерзала ежегодно и только один год из 30-ти глубина ее промерзания не превышала 50 см, а в лесополосах 1 год в 20 лет почва была совсем талой, а глубина промерзания до 50 см была 7-8 лет из 10. На юге ЦРНЗ глубина промерзания меньше 50 см бывает в открытом поле 4 года в десятилетие, а в лесополосах - 6-7 лет. В Нижнем Поволжье каштановая почва в открытом поле совсем не замерзает один раз в десять лет, а на светло-каштановой -один раз в 20 лет, в лесополосах 3-4 года в десятилетие. Промерзание почвы меньше 50 см в лесополосах бывает в годы с 90-97 % вероятностью превышения, т. е. почти ежегодно она бывает талая или промерзает на небольшую глубину. В открытом поле в таком состоянии почва бывает в годы с 40-50 %-ной вероятностью превышения, т. е. 4-5 лет в десятилетие.
Для создания условий, при которых в лесополосах накапливалось бы количество снега, необходимое для предохранения почв от промерзания (30-50 см), а остальное распределялось бы относительно равномерно по полю, мы разработали прием регулирования снегоотложения (патент № 2248116). Он предусматривает создание на водосборе системы лесных полос комбинированной конструкции.
Целью его является регулирование снегоотложения, обеспечивающее предохранение почвы от промерзания, повышение снегозапасов в поле, увеличение водопроницаемости почв, уменьшение стока и эрозии. Для этого создается система стокорегулирующих лесополос из 2-3 рядов деревьев и 1 ряда низкорослых кустарников. При этом продуваемость их по профилю формируют следующую: в нижней части (до 0,3-0,5 м от поверхности земли) лесополоса должна быть плотная (до 10 % просветов и до 25-30 % ветропроницаемость), в средней (до 1,5-2 м) - продуваемая (свыше 60 % просветов и более 70 % ветропроницаемость) и в верхней (выше 2 м) ажурная или плотная (до 1535 % просветов и 25-75 % ветропроницаемость). Плотную нижнюю часть лесополос создают методом подбора низкорослого кустарника при посадке или путем подрезки высокорослого кустарника до необходимой высоты в существующих лесополосах. Продуваемую часть профиля лесополосы формируют подбором пород без сучьев или с небольшим количеством на высоте до 2 м при посадке или путем обрезки сучьев на деревьях в существующих лесополосах.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
№ 1(25) 2012
В качестве низкорослого кустарника можно использовать разные виды жимолости, боярышника, кизильника, кустарниковой вишни, японскую айву, ежевику, бобовник, спирею и др.
В результате лесополоса комбинированной конструкции наиболее оптимально распределяет снег на водосборе. В самой лесополосе он откладывается мощностью до 50 см (по высоте кустарника), необходимой для предотвращения почвы от промерзания, а остальной снег распределяется по полю, что способствует повышению ее увлажнения.
Таким образом, предохраняя почву от промерзания путем регулирования снего-отложения с помощью стокорегулирующих лесополос, можно управлять эрозионногидрологическим процессом.
Библиографический список
1. Барабанов, А.Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии [Текст] / А.Т. Барабанов. - Волгоград: 1993. - 156 с.
2. Дюнин, А.К. Механика метелей (вопросы теории проектирования стокорегулирующих средств) [Текст] / А.К. Дюнин. - Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1963. - 378 с.
3. Рихтер Г.Д. Использование снега и снежного покрова в целях борьбы за высокий урожай [Текст] / Г.Д. Рихтер // Роль снежного покрова в земледелии. - М.: Изд-во АН СССР, 1953. - С. 6-61.
4. Сурмач, Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. [Текст] / Г.П. Сурмач. - Л. : Гидрометео-издат, 1976. - 256 с.
E-mail: vnialmi [email protected]
