Защита почв от эрозиии

почвы в результате смыва. На более плотных почвах влияние смытости может и не проявиться, так как уменьшение водопрочности структуры смытых почв компенсируется увеличением их сцепления, возникающим в результате увеличения плотности сложения.

Для развития линейной эрозии большое значение имеют не только свойства почв, но и свойства материнских и подстилающих пород, и в первую очередь их противоэрозионная стойкость.

149

ТЕМА №2

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭРОЗИИ ПОЧВ

Для изучения влияния отдельных факторов и их сочетаний на проявление эрозии, опенки интенсивности эрозии, эффективности различных противоэрозионных мероприятий в эрозиоведении применяются различные методы полевых и лабораторных исследований: стоковые площадки на склонах и учет эрозии по малым водосборным бассейнам; различные по конструкции дождевальные установки для изучения эрозии в полевых условиях; дождевальные установки и гидрологические лотки для изучения эрозии в лабораторных условиях; методы оценки интенсивности проявления эрозии для больших территорий. Методов очень много. Рассмотрим наиболее важные из них.

Методы изучения эрозии можно разделить на натурные исследования и моделирование эрозии в поле и на лабораторных установках.

НАТУРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Учет эрозии по замеру объема струйчатых размывов.

Этим методом определяют объем смытой почвы за период стока талых вод, после выпадения одного или нескольких ливней. После стока талых вод или выпадения ливня поперек склона – перпендикулярно линии тока (рис. 9) – на протяжении, например, 100 м вдоль протянутой мерной ленты замеряется ширина и глубина всех образовавшихся струйчатых размывов и затем вычисляется их суммарное сечение. Предположим, что на протяжении 100 м было зафиксировано и замерено 55 струйчатых размывов с суммарным сечением 12 750 см2. Считая, что это сечение водороин характерно для полосы склона шириной 10 м (5м вниз и 5 м вверх), мы вычисляем объем смытой почвы на площади 0,1 га. Получаем цифру 12,7 м3; в пересчете на гектар – 127 м3. При средней плотности почвы 1,2 это будет 152 т/га. Обычно на склоне закладывается несколько профилей, например через 10, 20 или 30 м друг от друга, и подсчитывается смыв почвы как по отдельным частям, так и по всему склону. На рисунке 6 показаны

150

размещение учетных площадок вдоль продольного профиля склона, а также план и поперечный профиль одной из площадок со струйчатыми размывами. В журнале в числителе записывают глубину струйчатого размыва, а в знаменателе – ширину. Замеры проводятся с точностью до 0,5 см. Если на площадке встречаются намывы, то замеряются и они.

Рис. 9. Замер струйчатых размывов по профилям (по С. С. Соболеву)

I – расположение профиля ВГ на склоне, пересекающего горизонтали а под прямым углом к учетным площадкам б, II– учетная площадь, АБ – линия посредине площадки, по которой проводились измерения объема струйчатых размывов и отложений про дуктов эрозии; числитель – глубина размывов, знаменатель – ширина размывов, точки – насосы

151

Применяя описанный метод, можно получить разные величины смыва почвы на том или ином склоне. Объясняется это несколькими причинами:

–во-первых, это зависит от количества профилей, по которым учитывались струйчатые размывы. Так, если на склоне длиной 250 м будет заложено 10 профилей, то мы получим один объем смытой почвы, а если 20 – то другой. При этом разница может составлять 20, 40% и более;

–во-вторых, при замере объема струйчатых размывов в значительной мере проявляется субъективный фактор. Разница

всуммарном замере объема струйчатых размывов, выполненном разными исследователями, иногда достигает 20–30%. Связано это с разной точностью замера сечений струйчатых размывов и степенью учета мельчайших размывов и намывов;

–в-третьих, замеряя сечения струйчатых размывов через 10 или 20 м и подсчитывая на основании этих замеров объем смытой почвы, мы как бы предполагаем прямолинейное расположение струйчатых размывов вниз по склону, хотя в действительности оно извилистое. И чем больше извилистость струйчатых размывов, тем выше ошибка в сторону занижения объема смытой почвы. Поэтому иногда рекомендуется подсчет смытой почвы проводить с учетом коэффициента на извилистость струйчатых размывов. Значение этого коэффициента в зависимости от крутизны, длины склона, а также от других факторов может колебаться от 1,1 до 1,4;

–в-четвертых, при подсчете объема струйчатых размывов условно принимается их прямоугольное сечение, хотя в действительности они имеют самые разнообразные формы: прямоугольные, треугольные, трапецеидальные и др.

Учет количества смытой почвы путем замера струйчатых размывов весьма приближенный. Полученные данные могут быть занижены, так как при этом методе не учитываются очень мелкие размывы (глубиною менее 5 мм), а также смыв почвы с участков между струйчатыми размывами, который в той или иной мере все же проявляется.

Возникают сложности при использовании описанного метода на полях, где почва перед стоком талых или ливневых вод была обработана вдоль склона. В этом случае трудно устано-

152

вить количество почвы, снесенной по бороздам при струйчатом стоке осадков. Все это показывает, что метод учета смыва почвы по замеру объема струйчатых размывов является весьма приближенным и от него нельзя ожидать большой точности. Поэтому следует умело интерпретировать результаты учета смыва почвы, выполненные данным методом. Например, вряд ли можно считать достоверной разницу в смыве почвы на двух делянках (55 и 60 м3/га) полевого опыта, равную 5 м3/га.

В то же время метод учета объема струйчатых размывов позволяет без сложного оборудования на любом участке поля в первом приближении определять смыв почвы от стока талых вод, выпадения одного или нескольких ливней на различном агрофоне.

Метод шпилек.

Для оценки интенсивности многолетней поверхностной эрозии используют метод шпилек, основанный на замере изменения уровня поверхности почвы в результате эрозии. Этот метод применяется не только на малых площадках, но и для оценки интенсивности эрозии по всему склону. В последнем случае по продольному профилю склона закладывается ряд реперов, по которым ведут замеры изменения уровня почвы. Замеряя изменение уровня поверхности почвы за многолетний период, нельзя относить все удаление почвы только за счет эрозии. На склонах проявляются и другие процессы деструкции, а на обрабатываемых крутых склонах значительное количество почвы перемещается к подножию и почвообрабатывающими машинами. Поэтому все это следует учитывать при оценке интенсивности эрозии данными методами.

Метод микронивелирования

В Проблемной лаборатории эрозии почв и русловых процессов Московского университета для измерения изменения уровня поверхности почвы и замера струйчатых размывов применяется метод микронивелирования. На исследуемой площадке размещаются опорные реперы, на которые в процессе изме-

153

рения опирается жесткая дюралевая балка двутаврового сечения длиной 150 см. На балке помещается подвижная тележка с установленным на ней шпиценмасштабом. Вертикальные промеры проводятся через 2 см.

Метод фотопрофилирования

Во Всесоюзном научно-исследовательском институте кукурузы применяется метод изучения интенсивности эрозии фо-

топрофилированием. Был создан прибор – реечный профило-

граф, с помощью которого поверхность эродируемой почвы измеряется фотографированием. Профиль измеренной поверхности фиксируется на экране профилографа. В камеральных условиях по фотографиям определяют площадь поперечного сечения и вычисляют объем смытой почвы.

Метод короткодистанционной стереофотограммметрической съемки

Для детального изучения закономерностей и интенсивности эрозии на небольших площадках применяется метод ко-

роткодистанционной стереофотограмметрической съемки,

который позволяет точно определить объем смытой и намытой почвы путем учета мельчайших изменений поверхности почвы после выпадения ливня. Для этой цели используются две фотокамеры «Спутник». На площадке 1,4 X 3,5 м через 10 см натягиваются нити, и по образовавшейся квадратной сетке учитывается изменение рельефа после ливня. Затем строятся изолинии смещения почвы и подсчитываются объемы смытой почвы. Точность определения ±1,5 мм.

Все вышеперечисленные методы не дают, конечно, возможности судить об объеме поверхностного стока талых и дождевых вод, динамике стока и динамике самого процесса смыва почвы в связи с гидрографом стока. Эти задачи решаются на стоковых площадках.

154

Изучение эрозии на стоковых площадках

Стоковые площадки позволяют учитывать как жидкий, так и твердый сток, т. е. склоновый сток воды и смыв почвы. Кроме стоковых площадок со стенками-ограничителями, сток и смыв на склонах иногда изучают на площадках без ограничительных бортиков. Таким путем, например, может изучаться сток и эрозия на водосборе небольшой ложбины на склоне.

В.В. Сластихин отмечает, что на площадках без боковых ограничительных стенок можно без помех проводить весь комплекс агротехнических приемов, связанных с возделыванием сельскохозяйственных культур. Размер площадок зависит от величины водосборных площадей ложбин и может быть равен и десятым долям гектара, и нескольким гектарам. Площадки охватывают как приводораздельную, так и склоновую часть малого водосбора. Исключается пристенное влияние ограничителей, которое может искажать характер склонового стока и смыва. Все перечисленное дает основание считать, что результаты наблюдений на стоковых площадках без стенок-ограничителей, охватывающие водосбор одной-двух типичных для районов исследования ложбин, более всего отвечают условиям неискаженного поверхностного стока по склону.

Устройство стоковых площадок. (Рис. 10) Боковыми границами площадок служат микроводоразделы между ложбинами, находящимися на склоне. Верхняя граница совпадала с общим водоразделом склона. Водосборная площадь стоковой площадки определялась по топографическому плану крупного масштаба с горизонталями через 0,1 м и проверялась в естественных условиях после ливня. Нижней границей стоковой площадки служили стоконаправляющие стенки из толя или рубероида. Глубина заделки в почву 15–20 см; превышение над поверхностью – 15 см. Для придания им жесткости по всей длине с внешней стороны стенок забивались колышки. Центральный угол ветвей деривационных стенок около 150°. Входная часть стокоприемника выполнена в виде лотка из листового алюминия. Передняя стенка лотка заглублена в почву на 20 см. По лотку поверхностный сток поступал к водомерному ящику из листового алюминия. Для отстаивания жидкости, поступающей

155

	с лотка в ящик, последний разде-
	лен	двумя		стенками-
	успокоителями на три части Тор-
	цевая	стенка водомерного ящика
	выполнена в виде трапецеидально-
	го водослива. Размеры водослива
	позволяли измерять			расходы до
	3000 л/мин. Отбор проб на мут-
	ность проводился с помощью во-
	ронки в бутылки емкостью 0,5 л.
		Рассмотренный вариант изу-
	чения стока и смыва почвы на сто-
	ковых площадках без ограничите-
	лей применяется на склонах с бо-
	лее или менее выраженными лож-
	бинами. Такие склоны имеют
	весьма широкое распространение.
	Для изучения эрозии на выровнен-				Рис. 10. План стоковой
	ных склонах могут быть примене-
					площадки:
	ны микролотки		без	ограждения
					1 – бортик площадки 2 – водо-
	стокоформирующей			площади.
					отводящие канавы, 3 – водо-
	Этим методом в Проблемной лабо-
					приемный лоток, 4	– водо-
	ратории эрозии		почв и русловых
					подводящий лоток	(труба),
	процессов Московского универси-
					5 – измерительный павильон,
	тета изучали эрозию от стока дож-
					6 – сбросная канализацион-
	девых осадков на склоновых зем-				ная труба
	лях. Лотки имеют длину 100 см.

Делают их из жести. Лотку придается уклон к стороне, заканчивающейся трубкой с насаженным на нее резиновым шлангом. Падающий в лоток сток через шланг поступает в стокоприемник, помещенный в углублении. В качестве стокоприемника используются десятилитровые канистры.

С помощью микролотков можно изучать влияние длины склона на проявление эрозии. В этом случае микролотки по ступенчатой схеме устанавливают на различном расстоянии от водораздела, например на расстоянии 50, 100, 150, 200м. В каждом створе размещают по три – пять лотков. Чем их больше, тем надежнее средние результаты. Микролотки могут быть исполь-

156

зованы также для изучения влияния крутизны или экспозиции склонов, а также других факторов на эрозию. Такие лотки наиболее целесообразно применять на склонах с естественной растительностью и при незначительном объеме стока, хотя в принципе возможно их использование на обрабатываемых склонах с выровненной поверхностью. Недостатком этого метода является ограниченный объем стокоприемника, не позволяющий изучать эрозию в условиях большого стока.

Непременным условием изучения эрозии является тщательная крупномасштабная топографическая съемка участка, картографирование почв, установка плювиографа для измерения слоя и интенсивности дождей. При изучении эрозии от стока талых вод проводится снегомерная съемка, оцениваются запасы воды в снеге и ведутся наблюдения за температурным режимом, сезонным состоянием почв (промерзание, оттаивание, степень водонасыщенности почв и др.).

Государственным гидрологическим институтом и Всесоюзным научно-исследовательским институтом земледелия и защиты почв от эрозии разработаны «Методические рекомендации по учету поверхностного стока и смыва при изучении водной эрозии» для натурных измерений смыва в условиях стационарных наблюдений на специализированных станциях. Эта методика является обязательной для сети воднобалансовых станций гидрометеорологической службы и опытных сельскохозяйственных станций Министерства сельского хозяйства РФ. Методикой предусматривается комплексное изучение гидрологических показателей эрозии и обусловливающих ее факторов.

Методическими рекомендациями по учету поверхностного стока и смыва почв при изучении эрозии предъявляются следующие требования к участкам, на которых оборудуются стоковые площадки со стенками-ограничителями: типичность по отношению к склонам экспериментального водосбора; наличие необходимых почвенно-растительных, агротехнических и других условий, обеспечивающих решение поставленной задачи; отсутствие резких переломов рельефа и препятствий (канав, бугров, западин и др.), искажающих формирование стока на исследуемом склоне; отсутствие выхода подземных вод на дневную поверхность; возможность отвода воды от измерительных устройств.

157

В зависимости от протяженности склонов и цели опыта уст-

раиваются площадки размером: 50X400; 50X300; 50X200; 40X200;

40X150; 30X200; 30X150; 30X100; 30X50 м. По контуру стоковая площадка ограждается бортиками кроме нижней стороны. По всей длине нижней стороны оборудуется водоприемный лоток с козырьком, обеспечивающий поступление воды в измерительное устройство. Бортики стоковых площадок рекомендуются бетонные, металлические, деревянные или земляные.

Большинство исследователей считает, что стоковые площадки целесообразно создавать длиной 150–300 м Особенно необходимы длинные стоковые площадки в районах, где эрозия вызывается стоком талых вод и на длинных склонах имеет место неравномерное распределение снежного покрова. Наилучшим вариантом можно считать стоковые площадки, имеющие длину, соответствующую длине типичных склонов (если не преследуется цель изучения смыва почвы по отдельным частям склона) В случае, если преобладают склоны большой длины и с выпуклой формой профиля, а эрозия проявляется как от стока талых вод, так и ливневых осадков, применяются стоковые площадки, охватывающие всю длину склона или не короче 600 м. Большие размеры стоковых площадок определяются особенностями отложения снега, наибольшие запасы которого к началу снеготаяния сосредоточиваются на приводораздельных частях склона. По длинным сторонам и в верхней части стоковая площадка ограничивается валиками высотой 30 и шириной у основания 60 см. Иногда применяются стоковые площадки небольшой длины – 20, 40, 60 м Результаты изучения эрозии на таких площадках не отражают закономерности процесса по всей длине реальных склонов

Иногда площадки делают очень узкими – шириной 4–5 м. В этом случае боковые стенки площадок могут существенно влиять на распределение снега и режим снеготаяния, на формирование сети струйчатых размывов при поверхностном стоке как талых, так и дождевых вод. В системе гидрометеорологической службы постоянные стоковые площадки оборудуются мерными баками с водосливными вырезами, крючковыми рейками и самописцами уровня воды типа «Валдай». Измерительное оборудование помещается в специальный павильон.

158