Эрозионно-гидрологическая эффективность гидротехнических сооружений

 

Рассмотрено гидрологическую и почвозащитную эффективность противоэрозионных мероприятий постоянного действия в звене почвозащитного севооборота озимая пшеница — гречка — ячмень с подсевом эспарцета — эспарцет. Мероприятия постоянного действия создают каркас почвозащитной системы земледелия, задерживая максимальное количество жидкого стока на склоне, обеспечивают лучшую фильтрацию атмосферных осадков почвой и способствуют дополнительному накоплению влаги в почве.

Ключевые слова: эрозия почвы, водозадерживающие валы, сток, влажность.

 

В Украине сельскохозяйственные угодья составляют 42,6 млн. га, из которых 12,6 подвергнуто эрозионным процессам, что достигает 29,6 %. Интенсивное использование почвенного покрова, особенно черноземов, сопровождается снижением запасов гумуса, ухудшением водно-физических, физико-химических и биологических свойств почвы, что отрицательно сказывается на продуктивности сельскохозяйственных культур. Даже в эрозионных ландшафтах с крутизной до 3 % гумуса теряется в 2–3 раза больше, чем на равнине [6]. В то же время урожайность сельскохозяйственных культур на эродированных землях на 20–60 % ниже по сравнению с неэродированными. Одним из путей решения этой проблемы является разработка и внедрение почвозащитных высокоэффективных систем земледелия в условиях активного проявления водной эрозии [3, 5].

Исследования академика А. Н. Каштанова показали, что наиболее эффективной в противоэрозионном отношении является контурно-мелиоративная организация территории, включая применение гидротехнических сооружений, которые в сочетании с агрофизическими и агрохимическими мерами способствуют восстановлению процесса почвообразования и на этой основе обеспечивают получение высоких и устойчивых урожаев [4]. При недостаточном увлажнении гидротехнические сооружения, задерживая максимальное количество жидкого стока на склоне, обеспечивают лучшую фильтрацию атмосферных осадков почвой и повышают влажность.

Цель исследований заключалась в изучении гидрологической и почвозащитной эффективности противоэрозионных мероприятий постоянного действия.

Исследования проводились на агроландшафте с контурно-мелиоративной организацией территории Государственного предприятия опытного хозяйства Института сельского хозяйства Северо-Востока НААН. Опыты по определению эффективности элементов КМЗ осуществляли на месте выположеного в 1982 году оврага длиной 600 м, площадью 1,5 гектара и водосборной площадью 47 га. Исследования на водозадерживающих валах проводились в звене почвозащитного севооборота «озимая пшеница — гречка — ячмень с подсевом эспарцета — эспарцет».

Основные показатели плодородия почвы определяли по общепринятым методикам, агрохимические показатели почвы в агрохимической лаборатории Института сельского хозяйства Северо-Востока НААН. Результаты исследований обрабатывали статистическим методом Б. А. Доспехова [2].

Водная эрозия почв в основном развивается под влиянием стока талых и ливневых вод из склонов. Сток зависит от многих факторов, в том числе и от инфильтрационных свойств почвы, а последние, в первую очередь, от генетического типа. Независимо от типа почвы, с увеличением степени его эродированости резко повышаются максимальная гигроскопическая влажность и плотность почвы, снижаются общая и капиллярная скважность, полевая влагоемкость, пластичность, запасы влаги и содержание водоупорных агрегатов. Плотность почвы является важным показателем ее плодородия, от которой существенно зависит ход химических и биологических процессов в почве, рост и развитие растений [1].

Нашими исследованиями установлено, что верхний слой почвы террасированного склона характеризуется оптимальными параметрами плотности. В слое 0–10 см плотность почвы колебалась от 1,18 до 1,24 г/см3, тогда как в нижних слоях почвы происходит ее повышение до 1,43 г /см3.

Самой плотность почвы была в слое 30–40 см и колебалась в пределах 1,38–1,43 г/см3 независимо от элемента склона при выращивании всех культур почвозащитного севооборота.

Влияние гидротехнических сооружений на влагонакопление достаточно значительное, особенно эффективно это мероприятие в зимний период, ведь валы во время снегопадов выполняют еще одну важную функцию — снегозадержание, что обеспечивает создание дополнительных запасов влаги в почве, которая особенно важна в малоснежные зимы.

Исследования, проведенные в течение 2001–2014 гг. показали, что распределение снега по элементам склона неравномерное (табл. 1).

Таблица 1

Распределение и высота снежного покрова в зависимости от элемента террасированных склона, см (среднее за 2001–2014 гг.)

Культура севооборота	Вершина межтеррасного пространства	Межтеррасное пространство	Прудок
Озимая пшеница	38,0	18,0	50,0
Гречка	23,0	11,0	36,0
Ячмень + эспарцет	34,0	16,0	48,0
Эспарцет	51,0	25,0	69,0
В среднем по севообороту	37,0	18,0	51,0

 

Высота снежного покрова связана с элементом террасированного склона, поэтому наиболее мощный слой снежного покрова наблюдается в зоне прудка (средняя высота составляет 51 см), тогда как в середине террасы толщина снега меньше в 2,5 раза.

Процесс снеготаяния происходит неравномерно вследствие различной толщины снежного покрова по элементам склона. Быстрее снег тает на межтеррасном пространстве и его вершине, а в зоне прудка полное снеготаяние происходит через 3–5 дней после его освобождения.

Противоэрозионные гидротехнические сооружения на склонах являются неотъемлемой частью комплекса мероприятий по зарегулированию и рациональному использованию стока талых и ливневых вод. Запасы влаги в почве после весеннего снеготаяния прямо пропорционально зависят от количества воды, которая находилась в снежном покрове на различных элементах склона. Эти запасы, прежде всего, определяются шириной зон дополнительного накопления снега, высотой снежного покрова, плотностью снега и расстоянием между валами.

Результаты наших исследований показали, что самые большие запасы снега 57,9 % от распределения по элементам склона формируются в прудке, несколько меньше на вершине межтеррасного пространства — 36,8 %, а в середине его они составляли лишь 5,3 % (табл. 2).

Таблица 2

Влияние культур севооборота на запасы снега на разных элементах склона, м3/га (среднее за 2001–2014 гг.)

Культура севооборота	Запасы снега, м3/га			В целом по террасе
	Вершина межтеррасного пространства	Межтеррасное пространство	Прудок
Озимая пшеница	94,9	14,4	157,9	267,2
Гречка	68,3	8,8	95,6	172,7
Ячмень + эспарцет	91,0	12,8	141,3	245,1
Эспарцет	130,9	20,0	212,0	362,9
В среднем по севообороту	96,3	14,0	151,7	262,0
Распределение по элементам склона, %	36,8	5,3	57,9	100
НСР05	52,9	6,1	72,8
Р, %	3,56	2,98	2,56

 

Нашими исследованиями установлено, что в искусственно созданном агроландшафте с водозадерживающими валами зимой наблюдалось дополнительное снегонакопление за счет специфического мезорельефа местности.

Проведенные исследования показали, что после весеннего снеготаяния распределение влаги по профилю почвы в пределах водозадерживающего вала происходит неравномерно (табл. 3).

Таблица 3

Запасы влаги в почве по элементам склона после весеннего снеготаяния, мм (среднее за 2001–2014 гг.)

Элемент склона	Слой почвы, см	Озимая пшеница	Гречка	Ячмень + эспарцет	Эспарцет	В среднем по севообороту
Вершина межтеррасного пространства	0–20	23,6	27,4	29,7	35,1	29,0
	0–50	74,7	64,3	72,9	74,1	71,5
	50–100	38,0	51,7	51,2	54,4	48,8
	0–100	113	116	124	129	120
Межтеррасное пространство	0–20	19,1	25,6	28,6	33,0	26,6
	0–50	60,7	56,7	65,0	73,4	64,0
	50–100	41,6	43,4	55,0	52,0	48,0
	0–100	101	100	120	126	112
Прудок	0–20	30,6	31,3	32,0	41,9	34,0
	0–50	89,6	71,8	76,5	77,5	78,9
	50–100	42,4	57,2	48,0	57,5	51,3
	0–100	132	129	125	135	130

 

На влажность почвы в прудах влияет мощность снежного покрова, что приводит к увеличению влажности почвы в этой зоне. Кроме того, в пределах водоудерживающего вала во время весеннего снеготаяния происходит небольшой поверхностный сток воды, что способствует дополнительному увеличению количества влаги в зоне пруда.

В зоне вершины межтеррасного пространства влажность в нижних слоях почвы приближается к показателям влажности в пруду. Относительное уменьшение влажности связано с меньшим количеством снега, который накапливается в этой зоне во время зимнего периода. Так, количество влаги в слое почвы 0–100 см вершины межтеррасного пространства выше на 8 % по сравнению с серединой межтеррасного пространства, а в прудку — на 16,5 %.

По нашим наблюдениям в зоне прудка наблюдается застой воды, особенно вблизи валов, что связано с их специфической конфигурацией. Так, в зонах блюдец в годы исследований инфильтрация воды в почву происходила в течение 3–7 дней, что не влияло на рост и развитие озимой пшеницы и эспарцета.

Наблюдения показали, что водоудерживающие валы создают условия для регулирования микроклимата в районе противоэрозионного вала, положительно влияют на сохранение влаги в почве. Повышение влажности в верхнем слое почвы (0–20 см) прудка связано с меньшим испарением в результате особого рельефа.

Анализируя изложенные материалы необходимо отметить, что гидротехнические сооружения создают каркас почвозащитной системы земледелия, задерживая максимальное количество жидкого стока на склоне, обеспечивают лучшую фильтрацию атмосферных осадков почвой и способствуют дополнительному накоплению влаги, сохранению плодородия почвы и повышению продуктивности севооборотов.

 

Литература:

 

1.                Вергунов В. А. Природоохоронне адаптивно-ландшафтне меліоративне землеробство в басейнах малих річок Лісостепу України / В. А. Вергунов. — К.:Аграрна наука, 2006. — 432с.
2.                Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. — М.: Колос, 1985. — 416 с.
3.                Камінський В. Ф. Сучасні системи землеробства і технології вирощування сільськогосподарських культур / В. Ф. Камінський, В. Ф. Сайко, Шевченко І.П. / Під ред. В. Ф. Камінського. — К.: ВП «Едельвейс», 2012. — 196 с.
4.                Каштанов А. И. Факторы окружающей среды: и их роль в земледелии/ А. И. Каштанов // Междунар. агропром. журн. — 1991. — № 3. — С.61–65.
5.                Тараріко Ю. О. Формування сталих агроекосистем: теорія і практика / Ю. О. Тараріко. — К.: Аграрна наука, 2005. — 508 с.
6.                Третяк А. М. Земельні ресурси України та їх використання / А. М. Третяк, Д. І. Бамбіндра. — К.:ТОВ «ЦРЗУ», 2008. — 143 с.