Защита почв от эрозиии

краем и внешней диафрагмой весь поток из борозды отводится в приямок, где отбирают пробы и измеряют расход воды объемным способом. Лоток устанавливают с таким уклоном, который обеспечивает пропуск потока при постоянном уровне верхнего бьефа. Для обеспечения стабильного расхода воды, подаваемого в голову борозды, был сконструирован и изготовлен автоматический регулятор расхода поплавкового типа.

Измерение расхода воды и отбор проб проводится в промерных створах, расположенных через 15-20 м по длине борозды через 5 мин после добегания струи, а затем через каждый час. Измерения ведутся от нижнего створа к верхнему. Такой порядок позволяет избежать возможных последствий нарушения потока в нижележащих створах.

Исследования на среднесуглинистом сероземе Джизакской степи выявили ряд закономерностей в динамике смыва почвы при бороздковом поливе. Максимальный смыв наблюдается в первые 4 ч полива. Чем дальше от начала борозды, тем позднее он наступает. Это объясняется медленным нарастанием расхода по мере отдаления от начала борозды. При большом начальном расходе пик твердого стока наступает раньше. С течением времени интенсивность смыва уменьшается и к концу опыта (через 7-8 ч) почти стабилизируется.

Смыв почвы происходит в головной части борозды. Длина зоны смыва при исследуемом диапазоне расходов(0,1-0,3 л/с) и уклонов (0,01-0,06) находится в пределах 20-40 м, при активной эрозии она иногда достигает 60 м. За зоной смыва располагается зона транзита и аккумуляции. Значительная часть твердого стока откладывается в зоне аккумуляции, образуя плотный наилок на дне борозды. Дно становится гладким, скорость потока возрастает, крупные частицы донных наносов перемещаются вдоль борозды, постепенно истираясь, и аккумулируются на последующих участках. Однако и в зоне аккумуляции можно наблюдать очаги интенсивного размыва, несмотря на плотную корочку наилка, противостоящую возросшим скоростям потоков. На этом участке размыв осуществляется за счет образования и активного перемещения уступов в днище борозды, высота которых может достигать нескольких сантиметров. Уступы в значительной степени изменяют структуру водного потока, механизм размыва ста-

199

новится аналогичным тому, который происходит при развитии линейной эрозии (Краснов, Наплеков, 1981).

Изучение эрозии в лабораторных условиях. В 30-х го-

дах А. С. Вознесенским и его учениками проводились лабораторные исследования противоэрозионной стойкости почв в Грузии. В 40-х годах большие экспериментальные лабораторные работы по изучению закономерностей поверхностной эрозии велись В. Б. Гуссаком на лотках различного типа в Почвенном институте им. В. В. Докучаева. В 50-х годах лабораторные экспериментальные исследования проводились Д.Л. Армандом в Институте географии АН СССР. В эти же годы установка лабораторного типа по изучению эрозии была создана в Одесском гидрометеорологическом институте, на которой проводил эксперименты Г. И. Швебс. Большие экспериментальные лабораторные исследования в области моделирования эрозии под руководством Н. И. Маккавеева начали осуществляться на кафедре геоморфологии Географического факультета Московского университета. Здесь на дождевальной установке Н. В. Хмелева, Б. Ф. Косов, Е. Ф. Зорина, И. И. Никольская и другие исследователи выполнили многочисленные эксперименты. В 60-х годах В. М. Сахаров создал лабораторную дождевальную установку в Молдавском институте почвоведения и агрохимии им. Н. А. Димо. С 60-х годов большие эксперименты по изучению эрозии на гидрологических лотках ведутся в Грузинском институте гидротехники и мелиорации под руководством Ц. Е. Мирцхулавы, а также на факультете почвоведения Московского университета М. С. Кузнецовым, В. Я. Григорьевым и другими учеными.

Экспериментальные лабораторные изучения эрозии ведутся во многих научных коллективах. При этом применяются различные дождевальные установки.

Так, для проведения лабораторных исследований В. М. Володиным и Г. А. Дмитриевой была усовершенствована дождевальная установка Украинского научно – исследова-тельского института лесного хозяйства. Для обеспечения лучшего дробления струи на капли и равномерного распределения дождя по площадке (1 м2) в схему введен вибратор, позволяющий обеспечить частоту колебаний в горизонтальной плоскости до 280 в минуту.

200

	Установка			снабжена		уст-
	ройством для определения расхо-
	да, обеспечена возможность из-
	менения	высоты		расположения
	рамы дождевателя. Орошаемая
	площадка выполнена в виде ме-
	таллического лотка с приемным
	желобом.	Почва		укладывается
	слоем 10-15 см и утрамбовывает-
	ся до необходимой плотности.
	На лабораторных установ-
	ках проводится дождевание мо-
	нолитов, а также дождевание с
	одновременным напуском воды,
	имитирующим		подток		стекаю-
	щей воды. На такой дождеваль-
	ной установке, описанной В. М.
	Сахаровым (1974), нами в 60-х
	годах изучалось влияние на про-
Рис. 18. Схема лаборатор-	явление эрозии		степени		увлаж-
ной дождевальной уста-	ненности,	уплотненности			и	ост-

новки	руктуренности почвы (рис. 18).
	На большом и среднем гид-

рологических лотках на факультете почвоведения Московского университета М. С. Кузнецов и В. Я. Григорьев провели большие исследования по выявлению размывающих скоростей потоков.

На дождевальной установке в лаборатории экспериментальной геоморфологии Географического факультета Московского университета проведены важные исследования по выявлению механизма оврагообразования. На основании этих исследований И. И. Никольской (1980) были сделаны важные выводы по динамике развития различных параметров оврага в разные периоды времени.

В течение ряда лет изучение эрозии в лабораторных условиях проводит Г. В. Бастраков (1979). Он полагал, что длину моделей в 1-1,5 м можно считать минимально допустимой. При этом увеличение модели в любом случае способствует повышению

201

точности результатов исследований.

В лабораторных условиях изучается водопрочность структурных агрегатов, влияние химического состава, физикохимических и физических свойств почв на их противоэрозионную устойчивость.

Следовательно, в эрозиоведении применяется много специфических методов исследований. Необходимо их совершенствование, с тем чтобы они обеспечивали получение объективных результатов, отражающих закономерности проявления эрозионных процессов и эффективность изучаемых противоэрозионных мероприятий.

202

ТЕМА №5

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ И ПРОТИВОДЕФЛЯЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Экономическая целесообразность проектных предложений -важнейший принцип проектирования мероприятий по охране почв. Проект мероприятий по охране почв должен содержать глубокое экономическое обоснование этих мероприятий. В нем должны быть скрупулезно подсчитаны предполагаемые расходы и доходы.

Расходные статьи складываются из затрат на проектирование и осуществление мероприятий по охране почв. Эти статьи расхода определить довольно легко, для этого существуют апробированные методы. Доходные статьи складываются из прибыли от прироста продукции, обусловленного мероприятиями по охране почв, из экономии сил и средств, а также из предотвращенного ущерба. Доходные статьи рассчитать сложнее. Если для расчета сэкономленных средств и сил существуют апробированные методы, то методы расчета предотвращенного ущерба еще только разрабатываются. Экономисты прибегают к косвенным методам. Например, приравнивают стоимость ущерба стоимости удобрений, которыми можно возместить потерю питательных веществ в смытой почве. Недостатки такого подхода очевидны, а результатом его применения будет недооценка фактического ущерба. Результаты расчета эффективности мероприятий по предупреждению эрозии почв, выполненные с использованием имеющихся методик, свидетельствуют о том, что в арсенале проектировщиков имеется целый ряд мероприятий, осуществление которых оказывается экономически выгодным. К ним относятся многие агротехнические мероприятия, выполняющие не только почвозащитные, но и водо- и снегорегулирующие функции. Они обеспечивают прибавку урожая за счет улучшения водного режима почв. Ряд мероприятий позволяет не только защитить почву, но и сэкономить ресурсы. Например, выращивание сельскохозяйственных культур на фоне нулевой

203

обработки требовало затраты всего 8,5 л/га дизельного топлива, на фоне минимальной обработки - 23, тогда как в условиях обычной обработки - 50,3 л/га.

Другой существенный принцип проектирования - комплексность. Он предполагает взаимную увязку мероприятий, направленных на предупреждение разных видов эрозии - при дождях, снеготаянии, орошении, а также дефляции. Кроме того, проектные предложения по противоэрозионным и противодефляционным мероприятиям должны быть увязаны с проектами по мелиорации и инженерными проработками по рекультивации, строительству дорог, водохозяйственных объектов, производственных и жилых массивов, т.е. задачи предупреждения эрозии почв решаются только в комплексе с другими задачами землеустройства.

Принцип комплексности предполагает также применение для охраны почв от эрозии определенных агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мероприятий, дополняющих друг друга. Это, конечно, не значит, что везде необходимо использовать весь комплекс этих мероприятий, однако применение лесомелиоративных мероприятий должно непременно сочетаться с применением агротехнических, а использование наиболее дорогостоящих гидротехнических мероприятий с применением всех остальных.

Зональность или, другими словами, необходимость полного учета местных условий - третий принцип проектирования. Только полный учет факторов эрозии позволяет правильно подобрать мероприятия по их предупреждению, поскольку одни и те же мероприятия в разных природных условиях приводят к разным результатам. Природная зональность делает невозможным применение единых для всех зон типовых решений при проектировании противоэрозионных и противодефляционых мероприятий.

В районах недостаточного увлажнения противоэрозионные мероприятия направлены на задержание влаги на полях, в районах избыточного увлажнения - на безопасный сброс излишков воды. В связи с этим мероприятия по поделке микрорельефа характерны для районов недостаточного и неустойчивого увлажнения, тогда как вспашка под небольшим углом к

204

горизонталям и нарезка водоотводных борозд - для районов достаточного и избыточного увлажнения. Щелевание более подходит для засушливых районов, а кротование - для избыточно увлажненных. Есть, однако, и интразоаальные противоэрозионные мероприятия, например, глубокая вспашка и вспашка с почвоуглублением.

Определенное значение имеет также источник стока: дождь или тающий снег. Наблюдения ряда авторов показали, что в северных районах и в средней полосе Русской равнины средний в севообороте смыв почвы талыми водами в два и более раза превосходит дождевой смыв, южнее изолинии среднего стока с зяби 15 мм интенсивность обоих типов смыва сравнивается, а в более южных, особенно юго-западных районах, дождевая эрозия начинает преобладать.

Тип склона (простой; односкатный или многоскатный) также оказывает влияние на выбор противоэрозионных мероприятий. Поделка замкнутых микронеровностей особенно эффективна на сложных склонах в целях недопущения концентрации воды в потяжинах. В то же время простое бороздование неприменимо на сложных склонах.

Крутизна склона в значительной мере определяет емкость микроформ рельефа. Поэтому лункование и прерьшистое бороздование, а также поделка микролиманов более эффективны на пологах склонах (не более 3°). Щелевание, полосное рыхление и кротование особенно эффективны на более крутых склонах, где другие мероприятия не дают должного эффекта.

Большое значение имеет водопроницаемость почв. Любые мероприятия по ее повышению сами по себе или в комплексе с водозадерживающими мероприятиями очень полезны. Их почвозащитная эффективность тем больше, чем меньше исходная водопроницаемость почвы.

Важнейшим принципом является необходимость охвата противоэрозионными мероприятиями одновременно всей территории водосбора от водораздела до базиса эрозии. При невозможности одновременного осуществления противоэрозионных мероприятий на всей территории водосбора необходимо планировать их последовательное осуществление, начиная с приводораздельных пространств и заканчивая подножием скло-

205

на. Это требование следует из механизма формирования стока на склоне. На любом участке склона приходная часть стока состоит из двух частей: 1) сформировавшейся на этом участке; 2) поступившей с вышележащего участка. Чем дальше от водораздела расположен участок склона, тем больше доля стока, поступающего с вышележащих участков. Следовательно, прежде, чем приступать к регулированию стока, формирующегося на данном участке склона, необходимо зарегулировать его на вышележащем участке. Для него, как и для каждого следующего, вплоть до приводораздельного, справедливо это же требование. Следовательно, регулировать сток необходимо сразу на всем склоне. Аналогичное требование справедливо и при размещении противодефляционных мероприятий на территории района проявления дефляции.

Проектирование мероприятий по охране почв от эрозии, как и все другие виды землеустроительного проектирования, ведется стадийно, методом последовательных приближений, от общего к частному. Первая стадия - составление генеральной схемы противоэрозионных и противодефляционных мероприятий на область, край или республику, вторая -составление схемы противоэрозионных и противодефляционных мероприятий на ряд взаимосвязанных хозяйств, расположенных на одном водосборе или в одном районе дефляции, третья - составление проекта противоэрозионных и противодефляционных мероприятий на отдельное хозяйство, четвертая - разработка проект- но-сметной документации на строительство гидротехнических сооружений и создание лесных насаждений. Каждая из стадий проектирования предназначена для решения специфических для нее задач, выполняется особыми методами и отличается специфичным составом.

Принципы осуществления противоэрозионных мероприятий на землях сельскохозяйственного фонда

Земли сельскохозяйственного фонда в зависимости от их использования делятся на пахотные, используемые под севообороты, и внесевооборотные (пастбища, сенокосы, выводные поля и т.п.). Содержание системы почвозащитных мероприятий в зна-

206

чительной степени определяется особенностями использования земли, на пахотных землях -характером системы земледелия.

Каждая система земледелия представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов. Набор элементов и степень их выраженности изменяются в зависимости от природных условий зоны, специализации хозяйства, его обеспеченности людскими и материальными ресурсами, определяя характер и особенности системы земледелия. Чаще всего этот набор включает следующие элементы:

1)порядок использования земли в севооборотах и на внесевооборотных участках,

2)систему механической обработки почвы,

3)систему удобрения,

4)мелиорацию,

5)систему борьбы с сорняками, а также болезнями и вредителями сельскохозяйственных растений,

6)систему противоэрозионных и противодефляционных мероприятий,

7)систему мероприятий по охране окружающей среды,

8)систему сортового семеноводства,

9)специальные агротехнические мероприятия.

В почвозащитных системах земледелия особая роль отводится системе противоэрозионных и противодефляционных мероприятий. Отличительной чертой почвозащитных систем земледелия является то, что и остальные их элементы могут "по совместительству" выполнять наряду со своими основными функциями и почвозащитные. Для этого, конечно, они требуют соответствующего видоизменения, и связанной с этим реконструкции машин и механизмов.

Так, во многих случаях задачи охраны почв от эрозии решаются умелым подбором севооборота и правильным размещением его полей, т.е. приданием почвозащитных функций центральному элементу любой системы земледелия - порядку использования земли в севообороте. Почвозащитный характер может быть придан полевым и кормовым севооборотам путем насыщения их посевами многолетних трав, чередования полос многолетних трав с однолетними культурами и т.д.

207

Особенно широкие возможности в придании почвозащитного характера открываются в случае со вторым элементом - системой механической обработки почвы. Например, почвозащитного эффекта можно добиться всего лишь изменением направления основной обработки, пахоты. Конечно, обрабатывать почву в направлении, копирующем горизонтали, сложнее, чем прямолинейно, увеличиваются трудности с обработкой посевов. Тем не менее опыт мирового земледелия свидетельствует о том, что будущее - за контурными системами земледелия. Почвозащитного эффекта можно добиться также увеличением глубины пахоты, поскольку при этом увеличивается впитывающая способность почвы, сокращается поверхностный сток и смыв почвы.

Возделывание зерновых в настоящее время требует проведения 10-15 операций, а пропашных - до 20-25. При этом только в период предпосевной обработки и сева следы колес почвообрабатывающих машин покрывают от 30 до 80% поверхности поля. При этом почва переуплотняется, уменьшается ее впитывающая способность, что увеличивает вероятность смыва. Следовательно, уменьшение числа обработок за счет совмещения операций, путем применения широкозахватной техники и перехода к новым, так называемым экологически чистым системам земледелия, положительно скажется на впитывающей способности почвы и уменьшит вероятность смыва.

Система удобрения может оказать влияние на процессы эрозии лишь постольку, поскольку она способствует развитию сельскохозяйственных растений. Хорошо развитые, равномерные насаждения - лучшее средство от эрозии почв. В то же время система удобрения должна строиться с учетом эродированности почв.

Мелиоративные приемы в большинстве случаев прямо или косвенно способствуют повышению противоэрозионной и противодефляционной стойкости и уменьшению разрушительной способности водных и воздушных потоков. Это относится к регулированию водного режима почв, к оросительным мелиорациям, к снегомелиорациям, к агролесомелиорациям и многим другим видам мелиорации.

Связь между проблемами охраны почв от эрозии и проблемами борьбы с сорняками, болезнями и вредителями очень

208