Эрозия почвы и приемы почвозащитного земледелия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия имени М.М. Джамбулатова

Кафедра земледелия, почвоведения и мелиорации

Лаборатория почвенных ресурсов ПИБР ДНЦ РАН

Эрозия почвы и приемы почвозащитного земледелия

учебное пособие для студентов по специальности 110400 - агрономия

Махачкала - 2011

УДК 631.4 т. 551.31

ББК 40.46

К -

Авторы: С.А. Курбанов, д.с.-х.н., профессор; Д.У. Джабраилов, к.с.-х.н., доцент; М.А. Баламирзоев - ведущий научный сотрудник лаборатории почвенных ресурсов ПИБР ДНЦ РАН, к.с.-х.н.

Рецензент - зав. кафедрой почвоведения Дагестанского государственного университета, доктор биол. наук, профессор Залибеков З.Г.

Одобрено и рекомендовано к изданию: кафедрой земледелия и почвоведения (протокол № 1 от 1 сентября 2011 г.), методкомиссией факультета агротехнологии и землеустройства (протокол № 1 от 20 сентября 2011 г.) и методическим советом академии (протокол № 1 от 20 сентября 2011 г.)

В учебном пособии рассмотрены причины и закономерности проявления эрозии, факторы определяющие эрозионную опасность земель, ущерб, наносимый эрозией народному хозяйству, а также направления почвозащитного земледелия, включая организацию территории, дифференцированные приемы обработки почв, почвозащитные севообороты. Особое внимание уделено вопросам проявление эрозионных процессов в Дагестане и мероприятиях по защите почв от эрозии.

Для студентов агрономических специальностей, аспирантов и специалистов сельского хозяйства.

© С.А. Курбанов, Д.У. Джабраилов, М.А. Баламирзоев © Даггоссельхозакадемия, 2011

Оглавление

Введение

1. Вред, причиняемый эрозией

2. Факторы, влияющие на развитие эрозии

3. Эрозия почв и ее виды

3.1 Водная эрозия и формы ее проявления

3.2 Ветровая эрозия и формы ее проявления

4. Эродированные почвы и классификация

5. Защита почв от эрозии

5.1 Организационно-хозяйственные мероприятия

5.2 Агротехнические мероприятия по защите почв от водной эрозии и дефляции

5.2.1 Почвозащитная обработка под яровые культуры

5.2.2 Почвозащитная обработка под озимые культуры

5.2.3 Мероприятия по снижению ветровой эрозии

5.2.4 Почвозащитные севообороты

5.3 Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия

5.4 Гидротехнические противоэрозионные мероприятия

6. Особенности защиты почв от эрозии в многолетних насаждениях

6.1 Подготовка почвы к закладке многолетних насаждений в условиях эрозии

6.2 Содержание почвы в междурядьях многолетних насаждений

6.3 Противоэрозионные мероприятия на многолетних насаждениях

6.4 Орошение на склоновых землях

7. Особенности проявления эрозии в Дагестане и меры борьбы с ней

7.1 Виды и формы проявления эрозионных процессов на территории Дагестана

7.2 Зона проявления ветровой эрозии

7.3 Зона проявления ирригационной эрозии

7.4 Зона проявления водной эрозии

Заключение

Литература

Глоссарий

Тестовые задания

Введение

На протяжении всего периода развития человеческого общества разрушение почвенного покрова - одна из важнейших проблем сельскохозяйственного производства, в первую очередь в области земледелия и растениеводства. Этот процесс охватил земли многих стран и создал серьезное препятствие для обеспечения населения продуктами питания. Эрозия наносит огромный ущерб не только сельскому хозяйству, но и другим средам человеческой деятельности, резко ухудшая экологическую ситуацию. В настоящее время вследствие интенсификации антропогенного воздействия на окружающую среду, пагубные последствия эрозии возрастают.

Согласно прогноза Института наблюдений за состоянием мира (Нью-Йорк), при существующих темпах развития эрозии, к 2030 году плодородной земли на планете станет меньше на 960 млрд. т и если сейчас на каждого жителя планеты приходится в среднем на 0,28 га плодородной земли, то через 20 лет площадь сократится до 0,19 га.

Между тем в истории имеется множество фактов, когда разрушение и утрата плодородных почв, в результате активных эрозионных процессов, приводила к упадку и полной гибели высокоразвитых цивилизаций.

По оценкам научных учреждений, сельскохозяйственные угодья страны вследствие проявления эрозии ежегодно теряют около 1,5 млрд. т плодородного слоя почвы. Годовой прирост площади эродированных почв составляет 0,4…1,5 млн. га, оврагов - 80…100 тыс. га, а снижение урожая на этих почвах в среднем составляет 36…47%.

Сельскохозяйственное производство на большей части территории России ведется в сравнительно неблагоприятных климатических и почвенно-гидрологических условиях. И главными бедами являются эрозия почв и засуха. Эрозия - естественный геологический процесс, который нередко усугубляется неосмотрительной хозяйственной деятельностью человека. Более 54% сельскохозяйственных угодий и 68% пашни в настоящее время эродировано или эрозионно опасно, а оврагами разрушено 6,6 млн. га земель (В.И. Кирюшин, 2010).

Скорость эрозии превышает скорость естественного формирования и восстановления почвы, поэтому площадь пашни ежегодно сокращается на десятки тысяч гектаров, а площадь смытых земель увеличивается на сотни тысяч гектаров.

Не лучшим образом обстоит дело с проявлением эрозии в Республике Дагестан. Учитывая сложное геоморфологическое строение территории республики, здесь получили распространение различные виды и формы проявления эрозионных процессов. Суммарная площадь подверженных эрозии земель составляет 2,7 млн. га (51% площади республики). Из этой площади водной эрозии подвержено 1,52 млн. га, в т.ч. ирригационной эрозии - 0,21 млн. га и ветровой эрозии - 1,18 млн. га. Около 44% территории Дагестана на 1 км² имеют овражно-балочную и речную сеть более 1 км длины, что указывает на сильную расчлененность рельефа и предрасположенность ее к развитию эрозионных процессов. В целом, эрозионно-опасные земли составляют около 80% территории республики.

В этой связи, знание природы эрозионных процессов и осуществление эффективных противоэрозионных мероприятий имеет огромное значение для всех отраслей хозяйственной деятельности, особенно для устойчивого развития сельского хозяйства.

В учебном пособии рассмотрены пути решения задач почвозащитного земледелия направленных на: получение высококачественной продукции; сохранение и обеспечение расширенного воспроизводства плодородия почв, как необходимой основы дальнейшего роста урожайности сельскохозяйственных культур; охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. В пособии рассматриваются причины и закономерности проявления эрозии, классификация эродированных почв, особенности ее проявления в Дагестане и меры защиты почв.

Учебное пособие по эрозии - не сборник готовых решений, но оно раскрывает многие вопросы, связанные с освоением почвозащитных технологий возделывания сельскохозяйственных культур в сложных геоморфологических условиях Дагестана. Предлагаемые тестовые задания позволят глубже понять причины и закономерности проявления различных форм эрозии и творчески подойти к выбору того или иного приема (или комплекса приемов) противоэрозионной защиты с целью рационального использования природных ресурсов.

1. Вред, причиняемый эрозией

Эрозия почв наносить большой ущерб не только сельскому, но и всему народному хозяйству. Она приводит к деградации почвы и сокращению сельхозугодий, снижению потенциального плодородия почв, ухудшению ее химических и агрофизических свойств, водного режима, снижению биологической активности и, в конечном итоге, снижению урожайности и ухудшению качества продукции (Д.Л. Арманд, 1955; Х.Х. Беннет, 1958; Д.Е. Ванин и др. 1987; А.Н. Каштанов, М.Н. Заславский, 1984; В.И. Кирюшин, 2010).

Потери гумусового слоя во время пыльных бурь составляют от 1 до 10 см, тогда как на создание 1 см гумусового слоя в обычных природных условиях требуется 100 лет и более.

По подсчетам научных учреждений, в нашей стране в результате смыва с полей и пастбищ ежегодно теряется около 5,4 млн. т азота, 1,8 млн. т фосфора и 36 млн. т калия. При утрате 1 мм слоя южного чернозема с 1 га теряется 76 кг азота, 24 кг фосфора, 80 кг калия. Этого количества элементов питания достаточно для формирования урожая в 2…2,5 т сухого зерна.

Из-за ухудшения физических свойств эродированных почв (уменьшение количества структурных агрегатов, связности, водопоглотительной и водоудерживающей способности и др.) снижается их способность усваивать талые и дождевые воды. В связи с этим, коэффициент стока на них нередко возрастает до 0,8…0,9. Кроме того, на эродированных почвах с плохими физическими свойствами увеличиваются потери влаги на испарение, резко сокращаются запасы воды в почве и наступает, так называемая, «эрозионная засуха».

В результате эрозии происходят наибольшие потери гумуса, содержание и запасы которого, с увеличением смытости почв, значительно сокращаются. Уменьшение запасов гумуса, доступных питательных веществ, ухудшение физических свойств большинства эродированных почв обусловливает пониженную их биологическую активность.

Рис.1. Вред, причиняемый эрозией сельскому хозяйству

На эродированных склоновых землях значительно изменяется фитосанитарный потенциал. На них развивается характерный агрофитоценоз, значительно отличающийся от равнинных земель. На смытых почвах увеличивается засоренность, повышается зараженность различными болезнями.

В результате ухудшения агрономических свойств эродированных почв, урожайность сельскохозяйственных культур снижается на слабосмытых почвах на 10…30%, на среднесмытых - на 30…50% и сильносмытых - на 50…70%.

Огромный ущерб сельскому хозяйству наносит и ветровая эрозия. Самое крупное зло этого вида эрозии заключается в потере плодородия почв вследствие выдувания из верхнего гумусового слоя мелкозема, содержащего наибольшее количество питательных веществ. Сильный ветер может снести с полей весь пахотный слой вместе с семенами и молодыми растениями, которые еще не успели в достаточной мере развиться и закрепить собой почву. Часто посевы засекаются несущимися в воздухе частицами мелкозема или засыпаются ими. Вследствие засекания, вместо зеленых растений на посевах остаются поврежденные стебли, лишенные листьев. Засыпанные песком поля в некоторых случаях после пыльных бурь превращаются в бросовые земли.

От эрозии страдает не только сельское хозяйство. Почва, смываемая и сдуваемая с полей, откладывается в прудах, озерах, водохранилищах, попадает в каналы и реки. Заиливание водоемов и повышение мутности воды в реках затрудняет действие гидроэлектростанций, работу систем водоснабжения и водного транспорта (рис. 1).

эрозия почвозащитный земля севооборот

2. Факторы, влияющие на развитие эрозии

На возникновение и интенсивность эрозии влияет ряд факторов, которые делятся на две группы: естественноисторические и социально-экономические, связанные с хозяйственной деятельностью человека.

К важнейшим естественноисторическим (природным) факторам относятся: климат, рельеф, материнские породы, почва, растительность.

Климат. Из климатических факторов, оказывающих непосредственное влияние на развитие водной эрозии, ведущая роль принадлежит осадкам, которые формируют поверхностный сток. При этом смыв почвы зависит от количества, интенсивности и продолжительности выпадения осадков, а также распределения их в течение года.

Дождевые капли, попадая на поверхность почвы, разрушают и распыляют почвенную структуру, что, в конечном счете, приводит к снижению водопроницаемости почвы и образованию поверхностного стока даже при дождях невысокой интенсивности, так как почва не успевает поглотить воду.

Кроме того, немаловажную роль в образовании поверхностного стока и смыва почвы играет наличие снежного покрова, его мощность и характер снеготаяния. При интенсивном снеготаянии поверхностный сток возрастает и за несколько дней разрушает почву на склоновых землях вплоть до образования оврагов. Характер снеготаяния зависит и от экспозиции склона: наиболее быстрое таяние снега наблюдаются на южных, юго-западных и юго-восточных склонах, которые сильнее прогреваются солнцем. На северных склонах снег сходит на 5…10 дней позже, чем на южных, поэтому эрозия здесь проявляется слабее.

Из других показателей климата, влияющих на возникновение эрозии, следует отметить ветер. Он может непосредственно сам вызвать эрозию, так и влиять на нее косвенно путем перераспределения снега на поверхности склона, сдувая его и способствуя глубокому промерзанию почвы, что сказывается на снижении ее водопроницаемости и образовании поверхностного стока и смыва.

Рельеф. На совершенно ровной местности водная эрозия не проявляется. Она начинается лишь при наличии уклонов. Считается, что процессы эрозии могут развиваться при крутизне местности 0,5…1,0є для суглинистых почв и 1…2є для супесчаных почв.

Сеть понижений, по которой проходит поверхностный сток, называется гидрографической сетью. О степени изрезанности местности гидрографической сетью судят по коэффициенту расчлененности (см. с. ). От густоты расчленения местности зависит характер распределения снега, снеготаяние, сток и развитие эрозии. Возникновение водной эрозии тесно связанно со стоком дождевых и талых вод, который образуется на местности, имеющей уклон (i), который определяется по формуле:

i = H/e

где H - разность высот верхней и нижней частей склона, м;

e - горизонтальное проложение склона, м.

Уклон показывают в натуральном выражении, а крутизну в градусах. Принято крутизну склонов, берегов балок и оврагов показывать в градусах, а дно ложбин, лощин, балок и др., в натуральном выражении.

С увеличением крутизны склона повышается скорость стекания поверхностных вод, а следовательно, и интенсивность эрозии.

Значительное влияние на процессы смыва оказывает и форма склона. На прямых склонах процессы эрозии усиливаются вниз по уклону в связи с увеличением массы стекающей воды. Выраженный смыв проявляется приблизительно от середины склона. На выпуклых склонах эрозия сильнее выражена в нижней части, где находятся самые крутые участки склона. Здесь, кроме увеличения массы стекающей воды, повышается и скорость стекания, поэтому эрозия резко возрастает.

Склоны вогнутой формы характеризуются наиболее выраженными эрозионными процессами в верхней более крутой части склона. Книзу эрозия уменьшается и может происходить аккумуляция смытого выше материала.

Немаловажную роль на степень проявления водной эрозии играет и длина склона. Увеличение длины склона вызывает возрастание массы воды, поступающей к нижней части склона, в связи с чем, усиливается разрушительная энергия потока.

Нельзя исключать и роль экспозиции склона в развитии эрозионных процессов. Южные и западные склоны больше страдают от эрозии, чем северные и восточные, так как на них более резко выражены колебания температуры и влажности почвы, чем на северных и восточных склонах. Летом южные склоны сильно нагреваются и иссушаются, а растительность выгорает; почвы на них, как правило, имеют незначительную мощность гумусового горизонта, что приводит к усилению эрозии.

Ветровая эрозия возникает при любой форме рельефа, однако степень разрушения почвы определяется топографией местности. В первую очередь, дефляции подвергаются выпуклые участки поверхности и ветроударные склоны, что ведет к повышению скорости ветра вверх по склону. При этом, чем круче ветроударный склон, тем больше скорость ветра и сильнее дефляция почвы. При движении воздушного потока вниз по склону скорость его уменьшается. На заветренных склонах и в понижениях действие ветра ослаблено, здесь может происходить отложение материала выдутого с повышенных мест. Не зря С.С. Соболев (1948) писал, что «рельеф местности является вершителем судеб эрозионных процессов и сам в то же время изменяется под влиянием этих процессов».

Материнские породы. На развитие эрозии в известной мере оказывает влияние материнская почвообразующая порода и характер напластовывания горных пород. Известно, что свойства почвы зависят от минералогического, химического и гранулометрического состава материнской породы, которые определяют водно-физические свойства, воздушный и пищевой режим почвы. Наиболее важными факторами, влияющими на противоэрозионную устойчивость почв, являются водно-физические свойства материнской породы.

Водная эрозия получила распространение на почвах, образовавшихся на породах с небольшой водопроницаемостью и легкой размываемостью - лёссах и лёссовидных суглинках, делювиально-аллювиальных суглинках. На этих породах при глубоком залегании местного базиса эрозии и образуются овраги. Эрозия слабо развивается на флювиогляциальных, древнеаллювиальных и эоловых песках с высокой водопроницаемостью.

Почва. Роль почвы в возникновении эрозии обусловлена степенью ее податливости разрушаемому действию воды и ветра. При этом главными факторами, определяющими воздействие на почву водной эрозии, являются гранулометрический состав, структура, содержание гумуса, состав почвенно-поглощающего комплекса (ППК) почвы и ее влажность.

Гранулометрический состав почвы существенно влияет на устойчивость ее к эрозии. С увеличением размеров частиц почвы ее противоэрозионная устойчивость обычно падает. Это объясняется тем, что на эрозию в большей степени, чем размер частиц, воздействует прочность связи частиц между собой и фильтрационная способность почв. Чем сильнее частицы связаны между собой и выше водопрочность агрегатов, тем большую противоэрозионную устойчивость имеют почвы. В большей степени поддаются смыву суглинистые и глинистые бесструктурные почвы. Они плохо пропускают воду, легко заплывают, образуя водонепроницаемую корку. Песчаные и супесчаные почвы, имея более высокую водопроницаемость, в меньшей степени подвержены эрозии.

Большую роль в снижении эрозионных процессов играет структура почвы. Структурные почвы, состоящие из водопрочных агрегатов, лучше противостоят разрушаемому действию воды и дождя и обладают высокой водопроницаемостью.

Противоэрозионная стойкость почвы зависит также от наличия в ней гумуса и состава ППК. Почвы с большим содержанием органического вещества и илистых частиц, в ППК которых преобладают катионы кальция, отличаются повышенной сопротивляемостью смыву. В то же время, при содержании в ППК обменного натрия (более 5% от емкости поглощения), водопрочность значительно снижается.

Структурные почвы слабее подвергаются ветровой эрозии, особенно если в почве преобладают агрегаты диаметром более 1…2 мм. В естественном состоянии выдуванию подвергаются легкие почвы (пески и супесь); тяжелые почвы выдуваются только после их разрыхления при обработке почвы или усиленном выпасе скота.

Растительность. Растительный покров во всех случаях в той или иной степени препятствует возникновению поверхностного стока, смыва и выдувания почвы.

Противоэрозионная роль растительности многообразна. Она проявляется в уменьшении ударной силы капель дождя и, следовательно, предохраняет от разрушения агрегаты почвы. Некоторое количество осадков задерживается надземной частью растений, не достигает земли и поэтому не участвует в образовании поверхностного стока. В случае же образования поверхностного стока, растительность не дает возможности соединиться струйкам воды в крупные водные потоки, обладающие большой разрушительной силой, распыляет их на мелкие струйки, не способные на смыв и размыв почвы.

При этом мелкие струйки увеличивают площадь соприкосновения стекающих вод с поверхностью почвы, что способствует лучшему впитыванию воды в почву, одновременно повышая запасы влаги в почве.

Большую противоэрозионную роль играет корневая система растений, скрепляя почву от смыва, улучшая в тоже время структурно-агрегатный состав. После отмирания корней, в почве сохраняются их ходы, значительно увеличивающие пористость почвы и ее водопроницаемость. Под действием корней почва обогащается органическим веществом, что улучшает образование водопрочной структуры.

При выпадении снега растительность способствует его задержанию и равномерному распределению на поверхности поля, а это уменьшает глубину промерзания почвы.

Большое значение растительность имеет и для защиты почвы от ветровой эрозии. Она снижает скорость ветра вблизи поверхности почвы, задерживает почвенные частицы, переносимые ветром, что уменьшает разрушительную силу ветрового потока.

Защитное действие сельскохозяйственных культур в разных климатических зонах весьма различно. Оно в значительной степени определяется развитием надземной части и корневой системы растений. Защиту почвы растениями от эрозии выражают коэффициентом эрозионной опасности. Наилучшими почвозащитными свойствами обладают многолетние травы (люцерна, клевер, кострец, ежа сборная, эспарцет и др.). На втором месте по почвозащитным свойствам стоят зерновые колосовые культуры, на последнем - пропашные и чистый пар.

К социально-экономическим факторам развития эрозии относится - хозяйственная деятельность человека. Системы земледелия непрерывно изменяются в соответствии с изменением уровня развития производительных сил. В настоящее время продолжается разработка зональных почвозащитных систем земледелия для разных регионов страны. Для обеспечения предпосылок успешной разработки этих систем необходимо дальнейшее углубление изучение роли всех факторов эрозии в этих регионах.

История земледелия показывает, что ускоренная (антропогенная) эрозия почв возникла вследствие неправильного использования человеком земельных угодий. Она началась, когда «ливень попал на первую борозду, созданную примитивным орудием доисторического человека». Стремясь получить больше прибыли, владельцы земли уничтожали леса, производили распашку почвы на склонах без соблюдения элементарных противоэрозионных мер, вели нерегламентированный выпас скота. Например, на Кубе плантаторы, выжигавшие леса на склонах гор, вызвали сильное развитие водной эрозии. В течение одного поколения людей тропические ливни смыли незащищенный верхний слой почвы, оставив лишь обнаженные скалы.

Пустыни мира могут служить хорошей иллюстрацией того, что общество, если оно развивается стихийно, оставляет после себя опустыненные бесплодные земли (бедленд).

Значительную роль в развитии эрозии играет и низкая культура земледелия в крестьянских хозяйствах, которая приводит к разрушению структуры и распылению пахотного слоя, и такая почва становится доступной для возникновения эрозии.

Таким образом, причины вызывающие развитие водной и ветровой эрозии заключаются, наряду с природными факторами, в характере использования земли и в несоблюдении основных правил агротехники.

К социально-экономическим факторам, от которых зависят, прежде всего, проявление и степень развития эрозионных процессов, относятся следующие:

- общая организация территории (размещение полей и структура посевных площадей, лесных полос, дорожной сети и других объектов);

- применяемые способы основной и предпосевной обработки почвы и технологии возделывания культур (вспашка, безотвальная обработка вдоль или поперек склона, степень уплотнения и распыления почвы, уход за посевами и т.д.);

- применение предупредительных противоэрозионных и почвозащитных мероприятий (почвозащитные севообороты, залужение, минимализация обработки почвы, лесомелиорация и другие противоэрозионные сооружения);

- проведение мелиоративных работ (строительство мелиоративных систем, плотин, прудов и водоемов, дорожной сети, засыпка оврагов, карьеров).

3. Эрозия почв и ее виды

Под эрозией почвы понимается совокупность взаимосвязанных процессов отрыва, переноса и отложения почвы поверхностным стоком временных водных потоков и ветром.

Еще до появления человека, под воздействием тектонических процессов, деятельности ледников (в период их таяния), стекающей по земной поверхности воды и резких колебаний температуры, интенсивно протекала, так называемая, древняя эрозия, под воздействием которой перемешивались рыхлые породы, формировались долины рек, водоразделы, русла стока, склоны, т.е. сформировался современный рельеф.

По окончании последнего ледникового периода (около 12 тыс. лет назад), когда поверхностный сток сильно уменьшился, а рыхлые породы покрылись растительностью, т.е. начался почвообразовательный процесс, наступило «эрозионное затишье» и эрозия перешла в нормальную.

По темпам проявления и степени разрушения почв эрозию разделяют: на нормальную (естественную) и ускоренную (антропогенную).

Нормальная (естественная или геологическая) эрозия возникает на поверхности почвы, покрытой естественной растительностью, под воздействием рельефа и метеорологических факторов (вода, ветер). Вода и ветер постоянно передвигают частицы почвы с места на место (с повышений в пониженные места). Процесс этот протекает очень медленно и большого вреда не приносит, т.к. почвообразовательный процесс обычно значительно ее перекрывает, иначе говоря, интенсивность эрозии меньше скорости почвообразования.

Ускоренная эрозия (современная или антропогенная) связана с деятельностью человека и протекает чрезмерно быстро. То, что при нормальной эрозии смывается или выдувается в течение столетий, при ускоренной может быть потеряно за год и даже быстрее. Это связанно с распашкой девственных степей, многочисленными обработками почвы, сплошной вырубкой лесов, неурегулированным выпасом скота на пастбищах, промышленным и дорожным строительством, т.е. использованием земельных угодий без учета подверженности процессам эрозии.

Если ускоренная водная эрозия протекает под действием воды, то ее называют водной эрозией, если под действием ветра - ветровой эрозией или дефляцией.

3.1 Водная эрозия и формы ее проявления

Водная эрозия в свою очередь бывает поверхностной (плоскостной), линейной (овражной) и ирригационной (при орошении).

Поверхностная или плоскостная эрозия выражается в систематическом и относительно равномерном смыве почвы поверхностными водами, которые стекают не сплошным слоем, а струями. Эти струйки, образуя русла или так называемые водороины, смывают поверхностный слой почвы (рис. 2). Эта форма эрозии является наиболее распространенной. В результате на пахотных склонах после стока талых или дождевых вод, часто видны струйчатые размывы разных размеров: глубиной от нескольких миллиметров до 30 см и шириной от нескольких миллиметров до десятка сантиметров и более. После обработки такого поля плугами или культиваторами, струйчатые размывы (т.е. водороины) частично или полностью заравниваются.

При очередном снеготаянии или выпадения ливня вновь появляются струйчатые размывы, которые снова заравниваются при очередной обработке почвы и так далее. В результате многократного образования струйчатых размывов и их систематического заравнивания постепенно уменьшается мощность гумусового горизонта почвы, в силу чего в пахотный слой постепенно из года год при вспашке вовлекаются нижележащие горизонты, обладающие низким плодородием. Это способствует образованию смытых почв, которые внешне обнаруживаются лишь по изменению темной окраски поверхности почвы склона на более светлую (рис.3).

Рис.2. Образование водороин при поверхностной эрозии

Рис.3. Склон со смытой почвой

Для поверхностной эрозии установлены следующие градации по интенсивности годового размыва почв: незначительная (среднегодовой смыв до 0,5 т/га), слабая (0,5…1,0 т/га), средняя (1,0…5,0 т/га), сильная (5,0…10,0 т/га), очень сильная (более 10,0 т/га).

Струйчатые размывы одновременно могут быть и начальной стадией зарождения линейной (овражной) эрозии. Если струйчатые размывы не выравнивать, то при очередном ливне или снеготаянии в них концентрируется поверхностный сток и они постепенно перерастают в промоины, которые является первой формой линейной (овражной) эрозии.

Таким образом, плоскостная эрозия переходит в линейную или овражную, когда образовавшаяся водороина не заравнивается при обработке почвы, и переходит в промоину, глубиной 30…50 см и более (рис.4), которая при дальнейшем поступлении воды с водосборной площади может перерасти в овраг.

Формирование оврага идет в 4 стадии.

Рис.4. I стадия формирования оврага - образование промоины

Первая стадия образования оврага - это стадия промоины, которая проходит быстро. Глубина оврага в этой стадии обычно составляет 0,5 м, а дно повторяет профиль склона.

Вторая стадия - стадия врезания висячего оврага вершиной. После образования в вершине оврага перепада, рост его идет очень быстро. Под действием стекающей воды вершина оврага обваливается, одновременно разрушается и углубляется его дно. Боковые откосы оврага при углублении дна также разрушаются и принимают вертикальную, неустойчивую форму. Русло оврага в устье отделено перепадом от местного базиса эрозии, он как бы «висит» над ним. Базисом эрозии называется горизонтальная поверхность, на уровне которой стекающие водные потоки теряют свою размывающую силу. Общим базисом эрозии для всех рек является уровень моря (озера), в которое они впадают.

Рис.5. II стадия формирования оврага

Третья стадия - стадия выработки «профиля равновесия». Русло оврага достигло уровня местного базиса эрозии. В результате длительного размыва русло оврага приобретает продольный профиль в виде вогнутой кривой, с равномерно уменьшающимися уклонами в направлении от вершины к устью оврага. При этих уклонах размыв дна приостанавливается.

Четвертая стадия - стадия затухания. Овраг приостанавливает свой рост в длину, глубину и ширину. Склоны оврага принимают угол естественного откоса и приобретают устойчивость. Они начинают постепенно покрываться растительностью. Овраг постепенно превращается в балку.

Рис.6. III стадия формирования оврага

В своем развитии овраги часто достигают огромных размеров. Встречаются овраги длиной несколько километров.

О степени пораженности той или иной территории оврагами судят по суммарной протяженности оврагов, которая характеризуется коэффициентом расчлененности территории. Коэффициент расчлененности территории равен отношению длины овражно-балочной сети (е) в км на какой-либо территории к ее площади (S) в км²:

К= е/S

По степени расчлененности различают территории слаборасчлененные - < 0,25 км/км², среднерасчлененные - 0,25…0,5; сильнорасчлененные - 0,5…0,75 и очень сильнорасчлененные - > 0,75 км/км².

В связи с наличием орошаемых земель большее значение приобретает борьба с ирригационной эрозией. Под ирригационной эрозией понимается разрушение, перенос и отложение почвы оросительной водой в процессе орошения. Она наблюдается на орошаемых землях при поливе сельскохозяйственных культур по бороздам, по полосам, затоплением (по чекам) и дождеванием. Наиболее эрозионно-опасным из выше перечисленных способов полива является полив по бороздам. Возникает она при поливе большими нормами воды, а также при нарезке борозд со значительным продольным уклоном. При поливе по бороздам частицы почвы смываются со дна и стенок борозды. При этом, если смыв почвы при обычной плоскостной эрозии по мере движения вниз по склону с увеличением массы и скорости стока возрастает, то при ирригационной эрозии, наоборот, в верхней части борозд эрозия оказывается наибольшей и по мере движения вниз вдоль борозды уменьшается, а в нижней части и вовсе прекращается. Зона смыва сменяется зоной транзита наносов, а затем и зоной аккумуляции. Это связано с уменьшением расхода воды и скорости потока в борозде в силу ее впитывания.

Полив напуском вызывает более равномерный смыв почвы со всего орошаемого поля. Эрозионные процессы начинаются при значительных расходах подаваемой воды, когда скорость ее движения по поверхности превышает скорость поглощения воды почвой, в результате чего на орошаемом участке накапливается слой воды, который и разрушает почву. Разрушение почвенных агрегатов, находящихся под слоем воды и в более глубоких слоях почвы, происходит путем защемления воздуха внутри агрегатов при одновременном смачивании со всех сторон. Вода, по законам капиллярности, проникшая в агрегат, сжимает воздух, увеличивая его давление на стенки пор. Когда это давление превысит силы сцепления между частицами агрегата, он разрушается.

Мелкозем, образовавшийся при разрушении почвенных агрегатов, отлагается при поливе напуском в микропонижениях. После поливов на орошаемом поле образуются участки с неоднородными почвенными условиями. В понижениях накапливается мелкозем пятнами различной величины и мощности (рис.7). Почва на этих участках сильно уплотняется, на ее поверхности образуется корка. При частых поливах верхний слой почвы распыляется, что ухудшает ее физико-химические, водные и воздушные свойства.

Рис.7. Вынос мелкозема при поливе по полосам

Полив дождеванием, являясь более прогрессивным способом полива, так же, как и предыдущие способы полива несет угрозу развития ирригационной эрозии. Падающие капли искусственного дождя вызывают, прежде всего, физическое разрушение почвы, ухудшая ее агрофизическое состояние. Структура почвы разрушается, мелкие почвенные частицы скапливаются в понижениях, закупоривают почвенные поры, поверхность пашни заплывает, а при высыхании покрывается трещинами, в результате всего этого плодородие почвы резко падает (рис.8).

Перемещение почвы вниз по уклону происходит здесь не только за счет ее смыва стекающей по поверхности поля водой, но и вследствие разбрызгивания почвы при ударе капель о землю.

При поливе затоплением (по чекам) ирригационная эрозия выражена очень слабо. Она лишь незначительно проявляется при сбросе из чеков последних порций воды.

Рис.8. Разрушение структуры при поливе дождеванием

3.2 Ветровая эрозия и формы ее проявления

Ветровая эрозия (дефляция) - разрушение почвы под действием ветра. Возникновение ветровой эрозии связано с действием воздушных потоков на частицы почвы, которые приходят в движение. В отличие от водной эрозии, где отрыв почвенных частиц происходит при помощи дождевых капель или скорости водного потока, при ветровой эрозии этот процесс начинается с некоторой критической величины скорости ветра (порог скорости), при которой приходят в движение почвенные частицы и агрегаты.

Учитывая, что скорость ветра на высоте 0,2…0,4 мм (штилевой слой) равна нулю и с высотой быстро возрастает, наиболее подвержены воздействию ветра оказываются отдельные выступающие над поверхностью частицы размером 0,1…0,5 мм. Эти комочки выдвигаются из приземного штилевого слоя и под натиском воздушного потока приобретают вращательное движение с частотой вращения 200…1000 оборотов в секунду. При таком вращении, комочки за счет разности давлений над комочком и под ним, поднимаются в воздух, в зависимости от скорости ветра, на высоту от 15…30 до 60…90 см. По мере поднятия в воздух, вращение вокруг оси замедляется, частица теряет скорость и в зависимости от массы и высоты подъема падает с различной ударной силой на поверхность почвы. При падении и ударе о поверхность почвы она усиливают ветровую эрозию, дробя более крупные комочки на более мелкие, увеличивая, тем самым, количество скачущих частиц, т.е. почва разрушает сама себя.

Частицы менее 0,1 мм, находящиеся в штилевом слое непосредственно ветром не могут быть оторваны, т.к. скорость здесь равна нулю, поэтому они, выбиваются из этого слоя скачущими комочками, подхватываются ветром и поднимаются на очень большую высоту и, находясь во взвешенном состоянии, переносятся на большие расстояния (сотни и тысячи километров).

Комочки размером от 0,5 до 1 мм, которые ветер не в силах поднять в воздух, передвигаются перекатыванием, трутся друг о друга, соударяются и, разрушаясь в свою очередь, увеличивают количество наиболее агрессивных («прыгающих») фракций (размером 0,1…0,5 мм).

Таким образом, движение частиц почвы происходит 3-мя способами: перекатыванием (0,5…1,0 мм), скачками (0,1…0,5 мм) и во взвешенном состоянии (< 0,1 мм). Агрегаты размером более 1 мм обычного не передвигаются воздушным потоком, а лишь частично перекатываются по поверхности при сильном ветре (более 15 м/с).

Анализ структурного состава почвы из эоловых (наносных) отложений и в пылеуловителях во время пыльных бурь показал, что в мелкоземе содержалось до 92…95% частиц меньше 1 мм в диаметре и лишь 5…8% комочков были крупнее 1 мм. При этом наибольшую долю в выдутом ветром мелкоземе составляла фракция размером 0,1…0,5 мм, которая достигала 55…70%. Вследствие этого агрегаты крупнее 1 мм считаются ветроустойчивыми, а меньше 1мм - эрозионноопасными.

Поэтому устойчивость почвы к ветровой эрозии можно оценить по комковатости поверхности, т.е. по наличию ветроустойчивых агрегатов размером более 1 мм. При количестве почвозащитных (ветроустойчивых) комочков в верхнем 5-см слое воздушно-сухой почвы меньше 50% происходит процесс выдувания, поэтому степень комковатости считают критической, т.е. эрозионно-опасной. Порог устойчивости почвы к ветровой эрозии (если на ее поверхности нет пожнивных остатков) наступает при комковатости 50…55%, т.е. при соотношении в верхнем слое почвы ветроустойчивых (>1мм) и эрозионно-опасных (<1 мм) агрегатов 1:1.

В зависимости от интенсивности и формы проявления ветровой эрозии она подразделяется на повседневную или местную, пыльные бури и выдувание почвы зимой вместе со снегом.

Повседневная (местная) эрозия проявляется в виде пыльных столбов, образующихся в результате подъема ветром почвенных частиц, при которой ветер передвигает частицы почвы на небольшое расстояние вдоль поверхности земли в слое воздуха не более 1 м. Местная эрозия на пашне возникает при скорости ветра меньше 12…15 м/с.

Рис.9. Обнажение корневой системы при выдувании почвы

Пыльные бури - наиболее активный и вредоносный вид ветровой эрозии. При пыльных бурях разрушается и выдувается верхний слой почвы, обнажаются корни растений (рис. 9). Мелкие частицы почвы воздушным потоком поднимаются высоко вверх, а более крупные движутся над поверхностью земли. Поднятая в воздух масса пыли значительно снижает видимость, поэтому их называют часто черными бурями. Пыльные бури могут охватывать огромные пространства.

Выдувание почвы из одних мест ведет к образованию отложений в других. Там, где ветер ослабевает или образуются завихрения, уменьшающие скорость воздушного потока, переносимые ветром частицы падают, образуя эоловые отложения (наносы) на земле. Это происходит у препятствий (строений, заборов, зеленых насаждений и т.д.) и в понижениях местности (оврагах, кюветах дорог и других выемках и углублениях).

Зимнее выдувание почвы, называемое «черными зимами» выражается в сдувании с полей сильным ветром (> 15 м/с) снега и верхних сухих слоев почвы, которые откладываются в виде сугробов из чередующихся слоев снега и почвы.

4. Эродированные почвы их классификация

Эродированными почвами называют те, которые потеряли верхнюю часть своего профиля под влиянием эрозионных процессов. По мере развития водной и ветровой эрозии почва утрачивает свои первоначальные свойства, плодородие падает, что приводит к снижению урожайности и уменьшению производства продукции растениеводства. По данным Государственного учета земель в России общая площадь эродированных и дефлированных сельхозугодий составляет 130 млн. га, в т.ч. пашни - 84,8 млн. га (С.Н. Немцев, 2009).

Характерными признаками эродированных почв являются:

- уменьшение мощности их профиля по сравнению с неэродированными почвами того же генетического типа;

- более светлая окраска распаханной почвы по сравнению с неэродированной;

- обеднение гранулометрического состава верхнего горизонта глинистыми и илистыми фракциями (< 0,01 мм) в результате выноса их водой или ветром и накопление более крупных частиц размером больше 0,05 мм;

- снижение содержания гумуса и неудовлетворительный питательный режим, вследствие пониженного содержания подвижных соединений азота, фосфора, калия и других элементов;

- низкая биологическая активность;

- ухудшение физико-механических свойств (липкости, пластичности, твердости и др.), что затрудняет их обработку.

Перечисленные свойства эродированных почв в совокупности определяют производительность сельскохозяйственных угодий, что, в конечном счете, влияет на величину и качество урожая.

Уровень плодородия эродированных почв определяется степенью их эродированности. В зависимости от смытости и выдувания, согласно классификации С.С. Соболева (1961), выделяют слабоэродированные, среднеэродированные, сильноэродированные и очень сильноэродированные почвы.

При водной эрозии в основу классификации положено в одних случаях - уменьшение мощности гумусового горизонта (С.С. Соболев, 1961); в других - потеря гумуса в верхнем слое (М.Н. Заславский, 1983).

По классификации С.С. Соболева:

1. Слабосмытые почвы те, у которых смыто не более половины горизонта «А». Распахивается укороченный горизонт «А». Пахотный слой не отличается по цвету от несмытых участков пашни.

2. Среднесмытые почвы, у которых смыт более чем на половину или полностью горизонт «А». Распахивается или припахивается переходный горизонт «В». Пахотный слой отличается буроватым оттенком и подстилается переходным горизонтом «В».

3. Сильносмытые почвы, у которых смыт частично переходный горизонт «В». Пахотный слой отличается буроватым цветом, сильно выраженной глыбистостью и склонностью образовывать корку; нередко вскипает с поверхности; подстилается нижней частью переходного горизонта (В₂,) или материнской породой (С).

4. Очень сильносмытые почвы, у которых полностью смыт переходный горизонт «В»; распахивается материнская порода (С). Пахотный слой отличается бурым цветом, глыбистый, подстилается материнской породой, вскипает с поверхности.

Определение степени смытости почв проводится сопоставлением профиля смытой почвы с ненарушенным профилем почвы этого же типа в однородных условиях. Для этого при исследованиях находят участок незатронутый эрозией и по нему устанавливают строение почвы. Там, где это осуществить не удается, первоначальный профиль почвы восстанавливают по остаткам нижележащих горизонтов.

По классификации М.Н. Заславского:

1. Слабосмытые - уменьшение содержание гумуса в горизонте А + В по сравнению с несмытой почвой на 10…20%.

2. Среднесмытые - уменьшение гумуса на 20…50%.

3. Сильносмытые - уменьшение гумуса на 50…75%.

4. Очень сильносмытые - уменьшение гумуса более 75%.

Для характеристики почв, подвергшихся ветровой эрозии, предложено несколько классификаций (Х. Беннет, 1958; С. Соболев, 1948; А. Гаель и Л. Смирнова, 1963), но наиболее простой является классификация А.Ф. Родомакина (1967), которая основана на дефлированности гумусового горизонта А+В в целом. По этой классификации почвы по степени эродированности делятся на четыре категории:

- слабодефлированные почвы - выдуто 20% гумусового горизонта;

- среднедефлированные - выдуто 20…40% гумусового горизонта;

- сильнодефлированные - выдуто 40…60% гумусового горизонта;

- весьма сильнодефлированные - выдуто более 60% горизонта.

Степень смытости в сильной степени зависит от крутизны склонов. Примерное распределение почв по степени смытости в зависимости от крутизны склонов приведено в таблице 1.

Таблица 1. Распределение почв разной степени смытости по крутизне склонов

Крутизна склонов	Степень смытости почвы
До 1о	Несмытая
1 - 3о	Слабосмытая
3 - 5о	Среднесмытая
5 - 7о	Сильносмытая
7 - 10о	Очень сильносмытая
Свыше 10о	Крайне сильно смытая

Для количественной интенсивности потерь почвы при ускоренной эрозии М.Н.Заславским (1983) предложена следующая шкала оценки (табл. 2).

Таблица 2. Количественная оценка интенсивности потерь почвы при эрозии

Потери почвы за год	Оценка эрозии
т/га	мм
до 0,5	до 0,05	незначительный смыв
0,5 - 1	0,05 - 0,1	слабый смыв
1 - 5	0,1 - 0,5	средний смыв
5 - 10	0,5 - 1	сильный смыв
более 10	Более 1	Очень сильный смыв

Согласно рекомендациям, разработанным Г.П. Сурмачем (1976), допустимыми потерями почвы при эрозии считается 0,5…2,0 т/га в год (или 0,2…0,5 мм в год) при плотности сложения почвы 1 т/м³.

5. Защита почв от эрозии

В связи с огромным ущербом, причиняемым эрозией, необходима система противоэрозионных мероприятий, с помощью которых можно предотвратить до минимума эрозионные процессы. Наиболее эффективно освоение не отдельных почвозащитных приемов, а противоэрозионного комплекса. Почвозащитный комплекс должен органично входить в ландшафтную систему ведения хозяйства. При этом, чем интенсивнее использование земли в хозяйстве, тем на более высоком уровне должна проводиться комплексная защита почв от эрозии.

В районах активного проявления водной и ветровой эрозий почвозащитные мероприятия - обязательная составная часть каждого звена системы.

Учитывая то, что практически все почвы при определенных условиях могут подвергаться водной и ветровой эрозии или их совместному действию, системы земледелия во всех районах страны должны быть почвозащитными. Если принять во внимание то, что водная, ветровая, а также совместная эрозия начинаются, прежде всего с нарушения водного режима почвы, то все системы земледелия должны быть почвоводоохранными.

Защита почв от водной эрозии заключается в предупреждении, ликвидации очагов и прекращении процесса ее развития. Сущность мероприятий по предотвращению водной эрозии состоит в уменьшении поверхностного стока, сохранении на поле максимального количества атмосферных осадков, переводе поверхностного стока во внутрипочвенный, в усилении противоэрозионной стойкости почв.

Почвозащитный комплекс включает систему взаимосвязанных и дополняющих друг друга организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мероприятий.

5.1 Организационно-хозяйственные мероприятия

Защиту почв от эрозии начинают с организационно-хозяйственных мероприятий, которые предусматривают распределение сельскохозяйственных угодий с учетом характера рельефа, своеобразия почвенных условий, эрозионной предрасположенности земель, почвозащитной роли различных сельскохозяйственных культур. Для этого уточняются специализация хозяйства и структура посевных площадей, выделяются участки, непригодные для сельскохозяйственного использования, под залужение, поверхностное и коренное улучшение пастбищ, устанавливаются состав, соотношение и размещение сельскохозяйственных угодий и севооборотов.

Правильная противоэрозионная организация хозяйства требует так размещать на эродированных землях севообороты, защитные лесные насаждения, дороги, скотопрогонные пути, чтобы последующее ее хозяйственное использование способствовало прекращению процессов водной эрозии и дефляции почв, улучшению и вовлечению в эксплуатацию ранее не используемых земель со смытыми и размытыми почвами.

Поля на эрозионноопасных землях в почвозащитных севооборотах надо располагать длинной стороной поперек склона. В условиях расчлененного рельефа, при наличии сложных двускатных склонов, особое значение имеет контурно-мелиоративная организация севооборотной территории, при которой границы севооборотных полей следуют по горизонталям местности, повторяя изгибы рельефа так, чтобы при обработке полей вдоль таких границ в любой точке борозды пересекали линии тока воды только под прямым углом, т.е. перпендикулярно поверхностному стоку.

По границам полей создают почвозащитные лесные полосы. В системе мер по задержанию и регулированию стока на склонах, снижению дефляции первостепенное значение имеет комплекс агротехнических мероприятий. Почвозащитный комплекс включает систему взаимоувязанных и дополняющих друг друга организационных, агротехнических, лесомелиоративных, водохозяйственных и гидромелиоративных мероприятий. Для каждой почвенно-климатической зоны с учетом местных условий, прежде всего типа и степени проявления эрозии, разрабатывается свой почвозащитный комплекс. Система ведения хозяйства и почвозащитный комплекс должны максимально учитывать экологическую и эрозионную обстановку:

- общее состояние земельной территории (ландшафта) хозяйства, района, области, республики, подверженной эрозии;

- характер почвенного покрова и потенциальную опасность подверженности его эрозии;

- особенности рельефа местности (равнинный, слабо-, средне- сильнопересеченный и др.), растительный покров (облесенность, наличие естественных сенокосов и пастбищ, задерненность, структуру посевных площадей на пахотных землях);

- особенности климата (осадки, температуру, ветровые режимы и др.);

- хозяйственную деятельность человека (специализацию хозяйства, систему земледелия, системы обработки почвы, применение удобрений и т.д.);

- экономические, социальные и экологические последствия.

По результатам этого обследования земли классифицируют по опасности развития эрозионных процессов, степени их пригодности для сельскохозяйственного использования. В настоящее время, согласно указаниям по проектированию противоэрозионных мероприятий, все земли делят на три класса и девять категорий (Основные положения по борьбе с водной и ветровой эрозией почв. 1962).

Класс А - земли, интенсивно используемые в земледелии: 1^ая категория - не подверженные эрозии почвы; 2^ая - слабо подверженные эрозии почвы; 3^ая - подверженные средней эрозии (почвы этих категорий используют в полевых севооборотах); 4^ая подвержены сильной эрозии (используют в системе почвозащитных севооборотов).

Класс Б - земли пригодные для ограниченной обработки: 5^ая категория - очень сильно эродированные (отводят под сенокосы, пастбища или выделяют в почвозащитные севообороты с 1…2 полями зерновых и 5…10 полями многолетних трав).

Класс В - земли, непригодные для обработки, это преимущественно овражно-балочная сеть: 6^ая и 7^ая категории - непригодны для почвозащитных севооборотов (используют под сенокосы и пастбища с нормальным выпасом и применением поверхностного улучшения); 8^ая - непригодны для земледелия, но пригодны для лесоразведения; 9^ая - бросовые земли.

5.2 Агротехнические мероприятия по защите почв от водной эрозии и дефляции

В основные задачи обработки почв, как известно, входят: создание мелкокомковатого строения пахотного слоя; борьба с сорняками, болезнями и вредителями; заделка в почву растительных остатков, органических и минеральных удобрений; подготовка почвы к посеву сельскохозяйственных культур и др. На территориях, подверженных водной и ветровой эрозии, при обработке почвы возникают дополнительные и очень важные задачи: в зонах водной эрозии - борьба со стоком воды и смывом почвы, а в зонах дефляции - борьба с выдуванием.

В связи с этим, в эрозионноопасных районах обработка должна решать следующие задачи:

- предупреждать возможность проявления эрозионных процессов;

- увеличивать сопротивляемость почвы смыву и выдуванию ветром;

- способствовать увеличению водопроницаемости почвы, повышению шероховатости и защитной роли растительности;

- в засушливых районах способствовать сокращению испарения влаги.

Обработкой почвы можно резко замедлить эрозию, а в некоторых случаях и полностью устранить ее.

Противоэрозионные агротехнические мероприятия, направленные на уменьшение поверхностного стока, можно подразделить на следующие три группы: