CC BY
12
УДК 631.6.02:631.425:631.96 DOI 10.34736^ЫС.2019.107.4.003
СТОКОВО-ЭРОЗИОННАЯ НАПРЯЖЁННОСТЬ НА РАЗНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДЬЯХ И АГРОФОНАХ
В.И. Панов, ведущий научный сотрудник, к. г. н., aglos163@mail.ru - Поволжская АГЛОС -филиал ФНЦ агроэкологии РАН, Самарская область, Волжский район, пос. Новоберёзовский, РФ
Впервые в отечественном эрозиоведении даны комплексные объективные оценки стоково-эрози-онной напряженности (стокообразующая способность и противоэрозионная устойчивость) основных видов агрофонов (различных агротехнических обработок почв, агроценозов) и угодий (пашня, сенокосы, пастбища, сады, многолетние газоны, участки залужения, грунтовые дороги).
По этим оценкам построен условный ряд стоко-во-эрозионной напряжённости по мере возрастания их эрозионной неустойчивости, роста опасности эрозионного разрушения почв и в направлении управляемого снижения формирующегося на сельхозугодьях и агрофонах поверхностного стока (приёмами обработки почв, другими технологиче-
скими приёмами).
Стоково-эрозионная напряжённость сельхозугодий и агрофонов тесно связана с сохранением растительного покрова на поверхности почв, скрепляющей ролью корневых систем и объёмной массой верхнего (0-30 см) почвенного слоя.
Знания о нём необходимы для проектирования и проведения противоэрозионно-экологического природообустройства межхозяйственных катенно-бассейновых агроэколандшафтов.
Ключевые слова: агрофон, угодья, стоково-эро-зионная характеристика, ряд стоково-эрозионной напряжённости, объёмная масса почв и грунта, сто-кообразующая способность, противоэрозионная устойчивость, агрокатены, эрозиоведение.
Среди многих проблем аграрного природопользования важное место занимает проблема сохранения и повышения почвенного плодородия, разработки эффективных мер борьбы с водной эрозией почв, существенное повышение урожайности и стабилизация всего аграрного природопользования [1, 2]. Вся история освоения человеком массивов земель для сельскохозяйственного производства тесно связана с его активным вмешательством в первозданную природу, нарушением её эволюционно-самоорганизовавшихся высокоустойчивых и продуктивных лесных, лесостепных, степных и сухостепных зонально-географических биогеоценозов и сложных разнообразных катенно-бассейновых экогеоландшафтов [3]. Для получения продуктов питания и всего необходимого для жизни человек коренным образом нарушал естественные ландшафты - выжигал леса, распахивал степи, переводил их сначала в пастбища, а со временем в пашню. Лишённая растительного покрова и вспаханная почва оказалась незащищённой от суховеев и сильных ветров, ливней и потоков талых вод. С этого времени начались мало заметные процессы деградации и разрушения земли, «тихий пожар» потери почвенного плодородия. В.В. Докучаев [4] назвал эти разрушительные эрозионные процессы почвенного плодородия серьёзным недугом, тяжёлой болезнью земли и нашего аграрного природопользования. Им предложена уникальная, глубоко и всесторонне обоснованная природоподобная методология возрождения и стабилизации сельского хозяйства [4], в основе которой лежит ландшафтно-синергетическая парадигма, по которой происходила эволюционная самоорганизация устойчивых и биопродуктивных естественных зонально-географических биогеоценозов и катенно-бассейно-вых биогеоландшафтов, развитая оригинальными работами А.С. Козменко [2] и его последователей [1, 3, 5, 6, 7, 8, 14] в большое научное направление - эрозиоведение и противоэрозионные мелиорации. Однако в полной мере (в теории и практике) осуществить их, в силу ряда объективных и субъективных причин, не удалось [5], но неотложные требования жизни ставят задачу скорейшего перехода к наиболее прогрессивному экологическому аграрному природопользованию, основанному на
самых передовых современных методологических разработках и достижениях науки и техники [1, 3, 5, 6, 8]. Ведь в основе того, что создала природа за длительный период эволюции - устойчивые и продуктивные зонально-географические биогеоценозы и катенно-бассейновые биогеоландшафты, - лежат принципы (методологии) и законы самоорганизации и саморазвития сложных открытых систем - законы естествознания, физико-химии, биологии, синергетики, термодинамики, экологии, гидрологии и др. [3, 4, 6, 7].
Потеря почвенного плодородия, как результат ускоренной антропогенной эрозии, идёт быстрыми темпами из-за несовершенства и несоблюдения почвозащитных технологий и незнания законов развития эрозионно-гидрологических процессов (ЭГП) в агроландшафтах [1, 3, 8, 9]. Давно назрела необходимость полного и повсеместного перехода к адаптивно-ландшафтному природопользованию с учётом катенно-бассейновой самоорганизации эрозионного рельефа. Для этого необходимо проведение нового хозяйственного и межхозяйственного землеустройства или ландшафтообустрой-ства земель сельскохозяйственного назначения. Требуется внести много значительных изменений и уточнений в новые проекты. В них должны учитываться и такие вопросы, как показатели стоко-во-эрозионной напряженности агрофонов и сельскохозяйственных угодий, которые представлены в данной работе. Эти сведения мало известны специалистам-аграриям и землеустроителям - разработчикам рабочих проектов по землеустройству. Главная цель наших исследований в области защиты почв от эрозии и сохранения почвенного плодородия - создание теоретических основ устойчивого аграрного противоэрозионного и экологического природопользования на самоорганизованном ка-тенно-бассейновом рельефе [3].
Методы и объекты исследований. Экспериментальные исследования стоково-эрозионных характеристик и других показателей водного баланса талых вод различных агрофонов и угодий проводились методом водного баланса на специально созданных экспериментально-эталонных (модельных) бассейновых ландшафтах, на стационарных стоково-эрозионных полигонах с комплексом сто-
ковых площадок и опытных водосборов с разным набором различных обработок почв (зябь, плоскорезные обработки, многолетние травы, пастбища и др.) на территории опытно-экспериментального хозяйства Поволжской АГЛОС на чернозёмах Самарского Заволжья, расположенного в Волжском районе Самарской области. Опытные ландшафтные объекты исследовались водно-балансовым методом, для чего были оборудованы стоковые площадки и опытные водосборы, оснащённые измерительными водосливами с тонкой стенкой (водосливы Томпсона) и самописцами уровня воды «Валдай М». На объектах проводился полный комплекс водобалансо-вых наблюдений: наблюдения за влажностью почв, проводились снегомерные маршрутные измерения снежного покрова в конце зимы с определением высоты, плотности и влагозапаса в снеге, определялся поверхностный сток, инфильтрация талой воды в почву, сублимация снега и другие гидрологические элементы водного баланса талых вод.
Результаты исследования и их обсуждение. В любом сельскохозяйственном предприятии степного засушливого пояса на территории землепользования представлены агроценозы (поля с посевами сельхозкультур, видами различных обработок почвы, которые иногда условно называют агрофо-нами) и разными угодьями (сенокосы, суходольные пастбища, сады, дороги, поселения и др.), которые в обобщённом виде приведены в таблице. В ней привлекает внимание существенное различие разных агрофонов и угодий по их стокообразующей способности и противоэрозионной устойчивости. Г.П. Сурмач [1] произвёл их группировку в 2 категории - угодья и агрофоны с уплотнённой поверхностью (многолетние травы, стерня сельхозкультур, озимые, сенокосы и пастбища, сады, дороги, земли поселений) с рыхлой поверхностью (зяблевая вспашка, чизелевание, культивации). Угодья с уплотнённой поверхностью обладают выровнен-
Приведённые в таблице данные свидетельствуют о том, что противоэрозионная стойкость почв в большой степени зависит от прочности скрепления частиц корнями (дерниной), их защищённости густым растительным покровом. Разрыхлённые почвы (озимые, зябь, плоскорезные обработки)
ным плотным сложением верхнего 0-30 см слоя с объёмной массой 1,3-1,6 г/см3. На них почти ежегодно формируется поверхностный сток, а в средние и многоводные годы - значительный (больше 30 мм). Наличие растительности и дернины, плотное сложение почвенных частиц делает их эрозион-ноустойчивыми, противостоящими размывающему и диспергирующему действию поверхностного стока. Отвальные виды обработок разрыхляют и лишают растительного покрова поверхностный слой почвы, а следовательно, оставляют его незащищённым от дождей, ливней и поверхностного стока талых вод. Эти агрофоны обладают низкой противоэрозионной устойчивостью (эрозиоопас-ные агрофоны) [1, 3, 7, 8, 10, 11, 12].
Агрофоны с рыхлой поверхностью (варианты разноглубинной зяби, выравненной зяби, зяби с микрорельефом, плоскорезные обработки и др.) имеют рыхлое комковато-глыбистое сложение с наличием в верхнем 0-30 см слое множества крупных воздушных каналов, полостей, трещин (некапиллярная порозность), объёмную массу (0,9) 1,0-1,4 г/см3. Они обладают высокой впитывающей способностью в период весеннего снеготаяния, хорошо поглощают талые воды и формируют большой влагозапас для выращивания яровых культур. В степном поясе на зяби в каждые 6-7 лет из 10 поверхностный сток или не формируется совсем, или меньше 10 мм [1, 3, 7, 8, 9, 13, 14, 15]. На уплотняющихся и заплывающих глинистых чернозёмах Сыртового Заволжья углубление пахоты или безотвального рыхления на каждый 1 см (свыше 22 см) способствует дополнительному впитыванию от 2,4 до 4,3 мм талой влаги [13]. Все агрофоны и угодья целесообразно сгруппировать в единый ряд по их стоково-эрозионной напряжённости (в порядке сокращения стока и эрозионной устойчивости), что упростит подход к их размещению по ярусам кате-ны (таблица).
крайне неустойчивы в эрозионном отношении. Приведённые в таблице цифры связаны со стоком с самих агрофонов; при поступлении стока свыше расположенных полей смыв многократно возрастает, достигая катастрофических величин 70-100 м3/га и больше. Однако, как показали натурные на-
Таблица - Условный ряд стоково-эрозионной напряжённости агрофонов и угодий для степного пояса Европейской части России (обобщённые данные)
№ п/п Наименование агрофонов и угодий Средняя объёмная масса слоя почвы 0-30 см, г/смз Усреднённая стокообразующая способность, мм Противоэрозионная устойчивость почвы
смыв реальный, м3/га смыв относительный1),%
1. Суходольное выпасаемое пастбище 1,3-1,5(1,6) 40-52 0,1-0,3 0,05
2. Многолетние травы 1,2-1,4(1,5) 40-45 0,3-0,5 0,1
3. Стерня кукурузы и подсолнечника 1,2-1,3(1,4) 30-40 2,7 0,5
4. Стерня пшеницы (1,2)1,1-1,3(1,4) 30-35 3,2 0,5
5. Озимые (1,1)1,0-1,3 20-30 4,2 0,4-0,5
6. Плоскорезная и безотвальная обработка 1,0-1,3 15-18 4,8 0,8-0,9
7. Зябь отвальная, средняя (25 см) и глубокая (28-30см) (0,9)1,0-1,2(1,3) 10-12 > 5-7 1,0
Примечание. Данные Г.А. Ларионова [12], по книге «Актуальные вопросы эрозиоведения», под ред. А.Н. Каштанова, М.Н., Заславского, 1984.
блюдения и расчёты, проведённые на модельных вариантах сочетаний агроценозов на склоновой катене (агрокатене), даже при благоприятном размещении агрофонов и угодий стоковые нагрузки и индексы эрозионной опасности на средних и нижних участках превосходят предельно допустимые величины, особенно на зяби. Одной агротехникой не обойтись, необходимы рубежи перехвата и поглощения поверхностного стока в виде контурных (расположенных поперёк склона) стокорегулирую-щих лесных полос, усиленных простейшими гидротехническими устройствами (валами, канавами, щелями) для повышения водопоглощения стока.
Из приведенных выше материалов видно, что варианты сочетаний агроценозов по ярусам склоновой агрокатены можно условно распределить на две группы:
1. Эрозионно-опасные сочетания размещений, когда формируются варианты, усиливающие стоковую нагрузку и высокую эрозионную опасность, вплоть до катастрофических форм.
2. Закономерно эрозионно-безопасные с расчётным (запланированным) и заведомо предусмотренным размещением ценозов, обеспечивающие допустимые стоковые нагрузки, и с недопущением размещения агрофонов, с разрыхленным состоянием почвы в нижних частях склоновой агрокатены, когда формируется большой консолидированный поверхностный сток с нескольких высотных ярусов полей верхней части склоновой агрокатены.
В практическом эрозионно-безопасном аграрном природопользовании надо стремиться сводить до минимума неблагоприятное размещение агрофо-нов и угодий по всем высотным ярусам склоновой катены, приводящим к высоким вероятностям формирования катастрофической эрозионной опасности. Поэтому целесообразно разместить агрофоны и угодья в упорядоченный ряд в порядке убывания противоэрозионной устойчивости (или увеличения эрозионной опасности) угодий и агрофонов - в так называемый условный ряд их стоково-эрозион-ной напряжённости.
Используемые в практике сельского хозяйства агрофоны и угодья образуют так называемый ряд стоково-эрозионной напряжённости. В нём каждый агрофон или сельхозугодье оцениваются комплексно по двум показателям - по его стокообразующей способности и по противоэрозионной устойчивости. В направлении увеличения средних величин формирующегося на них весеннего поверхностного стока и противоэрозионной устойчивости они располагаются в следующем порядке: глубокая (27-35 см) зябь -обычная (23-25 см) отвальная зябь - плоскорезная и безотвальная обработки - озимые (слабо раскустившиеся, с редким травостоем) - стерня зерновых -стерня кукурузы и подсолнечника - озимые с густым хорошо развитым травостоем - многолетние злаковые травы - выпасаемое суходольное пастбище.
Знание распределения агрофонов и угодий в ряду стоково-эрозионной напряжённости очень важно для недопущения непреднамеренного возникновения сильных и катастрофических форм разрушительной антропогенной эрозии, когда на длинных склонах, на полях верхних ярусов, размещают стокообразующие агрофоны и угодья, а на нижних - распаханные и разрыхлённые, с низкой противо-эрозионной устойчивостью. Это особенно важно в тех случаях, когда на продольных (горизонтальных, контурных) границах высотно-ярусных полей нет
рубежей перехвата стока (нет стокорегулирующих лесных полос с гидроусилением и водоотводящим осушительно-увлажнительным дренажом).
Заключение. Каждые из используемых в аграрном природопользовании агрофонов (обработки почв, посевы сельхозкультур) и угодий (естественные пастбища, сенокосы, сады, дороги и др.) обладают двумя характеристиками, важными в противоэрозионной защите и сохранении почвенного плодородия: стокообразующей способностью и противоэрозионной устойчивостью. По этим показателям их целесообразно расположить в условный ряд стоково-эрозионной напряжённости для учёта и использования при проектировании и практическом их размещении по длине агрокатены для недопущения катастрофических форм антропогенной эрозии. Для глинистых обыкновенных чернозёмов Среднего Поволжья ряд стоково-эро-зионной напряжённости имеет вид: глубокая (2735 см) зябь - обычная (23-25 см) отвальная зябь
- плоскорезная и безотвальная вспашка - озимые (слабо раскустившиеся, с редким травостоем) -стерня зерновых - стерня кукурузы и подсолнечника - озимые с густым хорошо развитым травостоем
- многолетние злаковые травы - выпасаемое суходольное пастбище. Стоково-эрозионная характеристика каждого агроценоза тесно связана степенью защищённости поверхности почвы растительным покровом (или мульчирующим материалом), закреплённостью почвенных частиц корневыми системами и объёмной массой верхнего 0-30см почвенного слоя. Ряд стоково-эрозионной напряжённости позволяет правильно размещать агрофоны и сельхозугодья на длинных склоновых агрокатенах, не допускать их неблагоприятных сочетаний, приводящих к катастрофическим формам антропогенной эрозии. Но и при соблюдении этих условий на контурных границах полей необходимо создавать рубежи перехвата и поглощения поверхностного стока с вышерасположенных агрокатенных полей в виде контурных стокорегулирующих (стокопогло-щающих) лесных полос.
Литература:
1. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. Гидроме-теоиздат. Ленинград. - 1976. - 254 с.
2. Козменко А.С. Основы противоэрозионной мелиорации. -Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. М. - 1954. - 424 с.
3. Кочетов И.С., Барабанов А.Т., Гаршинёв Е.А. и др. Агролесомелиоративное адаптивно-ландшафтное обустройство водосборов. Волгоград, ВНИАЛМИ. - 1999. - 84 с.
4. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь (1892). М.-Л., ОГИЗ-Сельхозгиз. - 1936. - 118 с.
5. Зонн С.В. Наши степи прежде и теперь (через 100 лет после экспедиции В.В. Докучаева / Почвоведение, 1992, № 12. - С. 5-12.
6. Панов В.И. Синергетическое эрозиоландшафтоведе-ние (теория и практика самоорганизации гидрологических и эрозионных процессов, рельефа и ландшафтов): матер. научно-практ. конфер., Волгоград, 17-19 октября 2011 г. Волгоград, ВНИАЛМИ. - 2011. - С. 231-240.
7. Львович М.И. Человек и воды. - М.: Географиздат. -1963. - 567с.
8. Барабанов А.Т. Эрозионно-гидрологическая оценка взаимодействия природных и антропогенных факторов формирования поверхностного стока талых вод и адаптивно-ландшафтное земледелие. - Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН. - 2017. - 188 с.
9. Барабанов А.Т., Долгов С.В., Коронкевич Н.И., Панов В.И., Петелько А.И. Поверхностный сток и инфильтрация в почву талых вод на пашне в лесостепной и степной зонах восточно-европейской равнины / Почвоведение,
2018. - № 1. - С. 62-69.
10. Кузнецов М.С. Противоэрозионная стойкость почв.
- М.: Изд-во МГУ. - 1981. - 135 с.
11. Бастраков Г.В. Оценка и прогноз противоэрозион-ной устойчивости склоновых земель / Г.В. Бастраков. -Брянск: Брянское книжное изд-во. - 1983. - 45 с.
12. Ларионов Г.А. Методика средне- и мелкомасштабного картографирования эрозионноопасных земель. / Учебное пособие «Актуальные вопросы эрозиоведения», под ред. А.Н. Каштанова и М.Н. Заславского, М.: Колос. -1984. - С. 41-66.
13. Панов В.И. Водный баланс и эрозия на чернозёмах степного Заволжья: Автореферат дис. М. - 1975. - 31 с.
14. Кузник И.А. Агролесомелиоративные мероприятия, весенний сток и эрозия почв. - Л.: Гидрометеоиздат.
- 1962. - 220 с.
RUNOFF-EROSIVE INTENSITY WITHIN DIFFERENT AGRICULTURAL LANDS AND UNDER DIFFERENT SOIL CONDITIONS
V. I. Panov, leading research scientist, candidate of geographical science, aglos163@mail.ru - Volga-area agroforestry experimental station - affiliate of FSC of agroecology RAS, Samara region, Volzhsky district, Novoberyozovskiy rural settlement, Russian Federation
It provides comprehensive objective assessments of runoff-erosive intensity (runoff-forming capacity and erosion resistance) of the main types of agricultural backgrounds (various agrotechnical soil processings, agrocenoses) and land (arable lands, hayfields, pastures, gardens, multi-year lawns, ploughing areas, unpraved roads) in the national erosion science for the first time. According to these estimates, a conditional series of runoff-erosive intensity is constructed as their erosion instability increases, the risk of erosion destruction of soils increases and in the direction of controlled reduction of surface runoff formed on farmland and agricultural backgrounds (by soil processing techniques, other technological methods). Runoff-erosive intensity of farmland and agricultural backgrounds is closely related to the saving of vegetation cover on the soil surface, the bonding role of root systems and the volumetric mass of the upper (030 cm) soil layer. Knowledge about that is necessary for the design and implementation of anti-erosion and environmental management of inter-farm soil-basin agroecolandscapes.
Key words: agricultural background, farm lands, runoff-erosive characteristic, series of runoff-erosive intensity, volumetric mass of soils and ground, runoff-forming capacity, erosion resistance, agricultural catena, erosion science
УДК 631.92 DOI 10.34736^МС.2019.107.4.004
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАХОТНЫХ УГОДИЙ ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ
ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Е.В. Денисова, к.г.н., denisova-e@vfanc.ru - ФНЦ «Агроэкологии РАН», г. Волгоград, Россия
Сохранение естественного, природного свойства земли - свойства плодородия становится одной из важных проблем не только в нашей стране, но и во всем мире. Это вызывает необходимость пересмотра сложившихся подходов к решению проблемы защиты и рационального использования плодородия земель. Черноземная зона Волгоградской области является особенной для сельскохозяйственного использования. Деградационные процессы различного характера происхождения приводят к разрушению не только отдельных компонентов, но
и всего агроландшафта. Значительная доля пахотных угодий черноземной зоны подвержена эрозии и дефляции (47 % и 91 % соответственно). Применение современных методик исследования - ГИС-технологий позволит получить объективные и достоверные сведения о каждом конкретном участке пашне для каждой природной зоны Волгоградской области.
Ключевые слова: геоинформационные системы, деградация, земельные ресурсы, пашня, плодородие, угодья, эрозия.
Основной целью проведения мероприятий по восстановлению земель является предотвращение дальнейшего развития процессов деградации на этих землях и их восстановление до нормального экологического состояния.
Анализ состояния земельных ресурсов Волгоградской области позволяет выявить ряд негативных процессов и явлений, происходящих на земле. Это водная и ветровая эрозия, опустынивание и затопление земель, загрязнение почв остатками пестицидов, повышение запасов тяжелых металлов и гумуса в почве. В результате деградации земель снижается эффективность капитальных вложений в сельскохозяйственное производство, возрастают риски для всех отраслей, усиливается агроэкологи-ческая напряженность на всей территории [7].
Материалы и методика исследований. Методы исследования территории основываются на использовании аэрокосмических исследований в сочетании с геоинформационными технологиями и компьютерным моделированием. Данная методика позволяет с высокой точностью определить характер угодья, его использование, присущие только ему характеристики (уклон, рельеф, тип почв и др.), распространение процессов эрозии, защищенность лесополосами, их состояние, а также четкие границы и площадь.
Все это в совокупности дает полную картину о каждом конкретном землепользовании, что позволяет не только проводить наблюдения и анализировать состояние угодий, но и составлять прогнозы, необходимые для эффективного управления земельными ресурсами каждого региона.
Для уточнения границ земельных участков и их состояния использовались геоинформационные и локальные источники данных, электронные обзорные космокарты, отображающие общее состояние и положение объекта мониторинга. Карта создается на основе цифровой топографической модели по космоснимкам в среде ГИС в виде тематических картографических и атрибутивных слоев (в программах МарМо, GlobalMapper и др.) [4].
Результаты и обсуждения. Изучение качественных характеристик пахотных угодий черноземной зоны Волгоградской области имеет приоритетное значение. Это особо плодородные земельные угодья, ценность которых в аграрном секторе страны просто незаменима. Черноземная зона занимает лишь пятую часть всей области (20,9 %) и представлена двумя подтипами почв: черноземами обыкновенными и южными.
Наибольший вес пахотнопригодных земель приходится именно на черноземную зону, в которую входят Еланский, Михайловский, Нехаевский, Но-
