CC BY
109
УДК / UDC 631.6.02.634
ИЗУЧЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СТОКА ТАЛЫХ ВОД
(2010-2013 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ГОДЫ)
STUDY OF ENVIRONMENTAL FACTORS IN THE FORMATION OF MELTED WATER FLOW (2010-2013 HYDROLOGICAL YEARS)
Петелько А.И., доктор сельскохозяйственных наук Petelko A.I., Doctor of Agricultural Sciences Новосильская зональная агролесомелиоративная опытная станция имени А.С. Козменко, Орловская область, Россия
Novosilsky Zonal Agroforestry Experimental Station named after A.S. Kozmenko,
Orel region, Russia E-mail: tomavk@mail.ru
АННОТАЦИЯ
На Новосильской зональной агролесомелиоративной опытной станции Орловской области проводятся разносторонние исследования процессов эрозии и испытание противоэрозионных приёмов. К настоящему времени накоплен значительный научный материал, характеризующий эффективность комплекса противоэрозионных мероприятий. В статье приведены результаты многофакторного стационарного опыта по изучению влияния снегозапасов, промерзания и влажности почвы на формирование весеннего стока.
ABSTRACT
On Novosilskoye Zonal Agroforestry Experimental Station Orel region held versatile research processes of erosion and erosion test methods. To date, the accumulated significant scientific material, characterizing the efficiency of complex anti-erosion measures. The article presents the results of multivariate stationary experiment on the effect of snow cover, soil moisture freezing and the formation of spring runoff.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Эрозия, талые воды, противоэрозионные мероприятия, Орловская область. KEY WORDS
Erosion, snowmelt water, anti-erosion measures, Orel region.
Современное интенсивное земледелие на склонах не мыслимо без защиты почвы от водной эрозии и повышения продуктивности эродированных земель. Охрана почв от эрозии - одна из главных проблем природопользования. Актуальность её возрастает в связи со всё более интенсивным использованием старопахотных земель, вовлечением в сельскохозяйственный оборот ранее малопригодных размытых земель.
Для успешной защиты почв от смыва и размыва необходимо познать эрозионные процессы, изучить особенности их проявления в зависимости от совокупности определяющих факторов. Надо расширить применение почвозащитных методов обработки земли и проведения противоэрозионных мероприятий.
Используя традиционные методы и средства научных исследований противоэрозионной агролесомелиорации, мы перешли на постановку многофакторных опытов, позволяющих получать наиболее полную и объективную характеристику зависимости изучаемых природных факторов.
Водная эрозия почв на склонах проявляется заметно, когда подвергается систематической обработке. Во время поверхностного стока происходит смыв и размыв почвы, что приводит к уменьшению почвенного плодородия. Поэтому возникла необходимость изучить противоэрозионные мероприятия и характер их влияния на сокращение весеннего стока и смыва почвы.
В проводимых многофакторных опытах проанализированы материалы научных исследований по формированию стока талых вод на различных агрофонах.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Многофакторный стационарный опыт заложен на Новосильской ЗАГЛОС. Стоковые площадки размером 2*8 м оборудованы устройствами для объёмного замера стока талых вод весной. Агрофоном на стоковых площадках являются многолетние травы и зябь (контроль). Экспозиция склона северо-западная, крутизна 1,5-2о. По агрохимическим и некоторым физико-механическим показателям почва опытного участка серая лесная. Подстилающей породой является мергелистый щебень (по данным с.н.с., агрохимика Н.Е. Петелько).
Целью научной работы является изучение стока талых вод, смыва почвы и других процессов на различных агрофонах. Это очень сложная задача, требующая проведения большого объёма работ в условиях осенне-зимнего периода и весенней распутицы, а также в летний сезон, с применением различных методов исследований.
На стационарном опыте изучали снегозапасы, промерзание и влажность почвы, формирование поверхностного стока на различных агрофонах. В качестве основного был принят балансовый метод с применением стоковых площадок, обеспечивающий высокую точность результатов. Этот метод использовали в своих исследованиях И.А. Шаров [1], С.И. Небольсин [2], Г.П. Сурмач [3], А.И. Субботин [4], А.Т. Барабанов [5], Е.А. Гаршинёв [6], А.И. Петелько [7,8], Н.Е. Петелько [9] и другие.
Изучение вопросов формирования стока и смыва почвы, увлажнительной и противоэрозионной роли агротехнических приёмов проводили согласно методики ВНИАЛМИ (10). Использовали и другие методики, методические рекомендации.
Снегомерную съёмку на опыте измеряли по двум профилям, через 2 м в 5-кратной повторности. Плотность снега определяли весовым снегомером ВС-43 на каждой стоковой площадке в 6-ти точках в 2-кратной повторности с равномерным их размещением. Запасы воды в снеге вычисляли по формуле: Q = 10. нd , где н -высота снежного покрова, см; d - плотность снега, г/см3.
Глубину промерзания почвы определяли зимой по наличию кристаллов льда и способности комочков сопротивляться разлому; одновременно отбирали образцы на влажность. Кроме этого, проводили сопутствующие наблюдения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
2010-2011 гидрологический год. За период сентябрь - ноябрь сумма осадков составила 104,8%, в декабре наблюдались обильные снегопады и оттепели. Зима была умеренно холодная, а осадки превысили норму более чем в 2 раза (213 мм). При сильном ветре снег скапливался в гидрографическую сеть и в лесные полосы.
Перед снеготаянием промерзание почвы было слабым - до 16 см. Более увлажнённым был приповерхностный слой почвы (33,0-41,2%), а в среднем для опыта влажность почвы колебалась от 27,0 до 29,0%.
В период весеннего снеготаяния вся талая вода впитывалась в почву. При неглубоком промерзании почвы поверхностный сток не сформировался. 2011-2012 гидрологический год. Сентябрь был тёплым и влагообеспеченным. Запасы продуктивной влаги были хорошими и превышали многолетние значения. По определению на 28 сентября в пахотном слое запасы влаги в почве составили 35-45 мм.
В октябре преобладала тёплая погода. Осадков выпало меньше нормы на 13 мм. Переход среднесуточной температуры воздуха через 0о произошёл 6 ноября. 8 числа выпал первый снег, который во время оттепели растаял. Осень была теплее на 0,9оС, осадков выпало 140 мм или 115,8%.
Декабрь на редкость был тёплым, со слабыми морозами и обилием осадков в виде снега и дождя. Осадки составили 194,6% от нормы. В январе первая декада была с частичными оттепелями, во второй и третьей - слабые морозы со снегом. В целом
январь был нехолодным (-6,4оС), осадков выпало 64 мм при норме 32 мм. Февраль был морозным, с метелями. В середине месяца температура воздуха достигала -30оС, а с 22 по 28 - оттепельные дни. В феврале среднемесячная температура воздуха - 4,9оС, что на -2,5оС холоднее обычной. Зимние осадки составили 179 мм, норма 100 мм.
Перед снеготаянием в марте на стоковых площадках провели формирование различной высоты снега. На вариантах 0,5 Н высота снега - 12-14 см, на контроле - 2527 см. 1,5Н - 38-39 см и 2Н - 51-52 см. Поэтому запасы воды в снеге различны - от 36 до 148 мм. Общие запасы воды в снеге с учётом осадков за период снеготаяния составили на контроле 101 мм, на 2Н - 171 мм. Промерзание почвы было неглубоким и колебалась от 35 до 45 см. В слое 0-50 см влажность почвы была в пределах 31,0-34,8%, а после снеготаяния уменьшилась на3,3-3,7%. Период снеготаяния был растянут. С 20 марта по 6 апреля выпало 25,2 мм осадков в виде снега, мокрого снега, мороси и дождя.
Таблица 1 - Средние общие влагозапасы за 2011-2013 годы
Варианты опыта Высота Плотность снега, г/см3 Запасы Осадки за период Запасы снеговой воды + осадки за период снеготаяния, мм
снега, см воды, мм снеготаяния,
мм
К (зябь) 40 0,298 119 19 138
0,5Н(мн.травы) 18 0,297 53 19 72
1,5Н(мн.травы) 53 0,298 158 19 177
2Н (мн.травы) 71 0,291 207 19 226
Таблица 2 - Динамика влажности почвы, %
Глубина взятия Дата Номера стоковых площадок
образца, см 1 3 4 6 7
зябь многолетние травы
перед снеготаянием
0 44,5 37,8 42,8 41,3 41,8
12 30,8 31,5 32,3 37,9 31,3
20 Март 2011-2013 гг. 29,7 31,6 30,5 30,9 28,6
30 40 27,6 27,0 28,0 25,2 26,4 25,2 27.2 24.3 25,1 23,4
50 23,6 22,5 23,6 24,2 21,4
0-50 30,5 29,4 30,0 31,0 28,6
после снеготаяния
0 35,6 38,5 36,7 36,6 37,3
10 32,1 32,9 32,5 32,6 32,0
20 Апрель 2011-2013 гг. 28,6 31,7 31,2 30,0 30,1
30 26,2 32,5 26,8 26,6 26,8
40 26,0 26,4 25,8 25,7 25,9
50 25,5 23,6 26,4 24,5 23,3
0-50 29,0 30,9 29,9 29,3 29,2
Таблица 3 - Элементы водного баланса (2011-2013 гг.)
Варианты опыта Запасы снеговой воды + осадки за период снеготаяния, мм Сток, мм Коэффициент стока Водопоглощение, мм
К (зябь) 128 0 0 128
0,5Н(мн.травы) 72 0 0 72
1,5Н(мн.травы) 178 0 0 178
2Н (мн.травы) 227 0 0 227
Незначительное промерзание почвы перед таянием снега, чередование отрицательных температур в ночные часы и положительных днём, и другие природные факторы способствовали медленному таянию снега и просачиванию всей снеговой воды в нижележащие горизонты. Сток талых вод не сформировался в основном из-за слабого промерзания почвы. Водопоглощение составило на контроле 101 мм,. 0,5Н -63 мм,. 1,5Н - 139 мм и 2Н -171 мм.
2012-2013 гидрологический год. Осень была тёплой и дождливой. Средняя температура воздуха за сезон - 7,5оС, что на 2,5оС теплее нормы, а осадки превысили средние многолетние на 104 мм. Зима была многоснежной, с морозами и кратковременными оттепелями. Дули ветры переменных направлений, а преобладал восточный. Перед снеготаянием почва талая на всех агрофонах. Приповерхностный слой почвы 0-3 см имел влажность 30,5-38,8%, а в слое 0-50 см на контроле - 29,1%, на многолетних травах от 27,8-30,3%. Наблюдается такая закономерность, что с увеличением глубины бурения влажность почвы уменьшается. За период снеготаяния выпало 18 мм осадков. На стоковых площадках общие запасы воды в снеге имели колебания - 88-291 мм.
Таким образом, изучение природных факторов (снегозапасы, влажность и промерзание почвы) за 3 года показали, что при неглубоком промерзании почвы, независимо от агрофонов, сток талых вод отсутствует.
Анализ данных подтверждает, что если перед снеготаянием почва талая, то сток талых вод не формируется, независимо от уровня увлажнения почвы и снегозапасов.За годы наблюдений сложились благоприятные условия для впитывания талых вод в почву на всех агрофонах.
Рассмотрим средние данные по влагозапасам за 3 года. В зависимости от мощности снежного покрова менялась и его структура. После снегопадов происходило увеличение высоты снега, а при оттепелях происходило медленное таяние и оседание его. В табл.1 показано, что запасы воды в снеге зависят от высоты и плотности снега. Общие среднегодовые снегозапасы на многолетних травах достигли 226 мм, а на контроле 138 мм. Что касается динамики влажности почвы, то перед снеготаянием она в основном выше. После снеготаяния происходит перераспределение влаги. Например, в слое 0-50 см перед снеготаянием на зяби она равнялась 30,5 мм, а после снеготаяния уменьшилась на 1,5 мм (см.табл.2).
Наблюдения за стоком талых вод показали, что в годы, когда почва перед снеготаянием талая или слабо промёрзшая, поверхностный сток не формируется. При этом создаются хорошие условия для впитывания талой воды в почву. Водопоглощение на вариантах приведено в табл.3. Здесь видно, что стока на зяби и многолетних травах нет. Хотя в сточные годы величина стока на зяблевой вспашке меньше по сравнению с уплотнённой пашней (травами).
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Шаров И.А. Увлажнение и сток. - М., 1923, вып. 27. - 36 с.
2. Небольсин С.И., Надеев П.П. Элементарный поверхностный сток. - Л. - М.: Гидрометеоиздат, 1937. - 63 с.
3. Сурмач Г.П. Классификация смытых почв и её применение при составлении крупномасштабных почвенно-эрозионных карт //Почвоведение.- 1954.- №1.- С.71-80.
4. Субботин А.И. Сток талых и дождевых вод. - М.: Гидрометеоиздат, 1966. - 376 с.
5. Барабанов А.Т. Изучение водозадерживающих приёмов обработки светло-каштановых почв на склоновых землях Волгоградской области: автореф.дис... канд. с.-х. наук. - М., 1968. - 17 с.
6. Гаршинёв Е.А. Эрозионно-гидрологический процесс. Теория и модели. - Волгоград, 1999. - 196 с.
7. Петелько А.И. Агролесомелиорация в адаптивно-ландшафтном земледелии в лесостепи Центрального Нечерноземья: автореф. дис.доктора с.-х. наук. -Волгоград, 2012. - 39 с.
8. Петелько А.И., Новиков Н.Е. Предложения по защите почв от водной эрозии в Центральных районах Нечерноземья. - Орёл, 1999. - 31 с.
9. Петелько Н.Е. Влияние противоэрозионной лесомелиорации на свойства смытых серых лесных почв центральной лесостепи. Лесомелиорация склонов. Сборник научных трудов. - Волгоград, 1985. - Вып. 3 (86). - С. 29-43.
10. Сурмач Г.П. и др. Методика изучения водорегулирующей и противоэрозионной роли лесных полос и агротехнических приёмов. - Волгоград, 1967. - 39 с.
