Деградация и охрана почв Белгородской области

Земельные ресурсы и почвенный покров Белгородской области. Структура земельного фонда по категориям земель. Общая оценка уровня деградации почвенного покрова. Факторы и виды деградации почв. Основные мероприятия по охране почвенного покрова области.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 02.01.2015
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Наиболее значимое влияние на процессы образования и поглощения парниковых газов оказывает деградация агрегатного состава почв. Разрушение почвенной структуры или распыление почв будет сопровождаться возрастанием доли закиси азота, а в некоторых случаях и окиси азота в газообразных продуктах денитрификации. Суть этого явления в следующем: в мелких агрегатах размер анаэробной зоны настолько мал, что, проходя через нее, закись азота не успевает восстановиться в молекулярную форму и выделяется в атмосферу.

Таким образом, поток парниковых газов из почв в атмосферу является следствием нарушения динамического равновесия между процессами их образования и поглощения под влиянием факторов внешней среды и антропогенных воздействий на почву.

Одним из следствий негативного воздействия на биопродуктивность почв следует считать почвоутомление, которое возникает под влиянием многих факторов. В качестве наиболее существенных причин почвоутомления называют следующие:

· односторонний вынос питательных веществ, недостаток микроэлементов, нарушение солевого баланса почвы, в частности из-за высоких доз внесения удобрений, сдвиг рН;

· нарушение структуры и физико-химических свойств почвы, особенно при длительном возделывании пропашных культур;

· развитие фитопатогенной микрофлоры;

· одностороннее развитие некоторых групп почвенной микрофлоры в ущерб другим;

· накопление фитотоксических веществ в почве;

· усиленное размножение вредителей, чрезмерное размножение злостных сорняков и др.

В.Т. Лобков (1994) рассматривает почвоутомление как результат нарушения экологического равновесия в системе почва - растение, являющегося следствием одностороннего воздействия на почвенную среду культурных растений. В качестве определяющего фактора выступает перегруппировка почвенных микроорганизмов в направлении повышения удельного веса агрономически менее ценной и вредной микрофлоры, в частности, увеличения доли микроскопических грибов, актиномицетов и фитотоксичных форм в общем количестве микроорганизмов. Такова реакция микронаселения почвы на однокачественность ежегодно поступающих в нее растительных остатков.

Фитотоксическими свойствами на определенных стадиях разложения обладают остатки практически всех культур, но в разной степени. Например, остатки бобовых обладают ими недолго, а соломистые остатки зерновых колосовых сохраняют эти свойства длительное время.

Почвоутомление проявляется не только при бессменной культуре, но и при чередовании сходных по биологии культур или высоком насыщении севооборотов культурами одной группы, хотя в первом случае наблюдается повышенное содержание токсичных форм микроорганизмов в почве.

Фитотоксичные формы имеются у всех основных групп почвенных микроорганизмов, но наибольшее их количество обнаружено среди микроскопических грибов. Наиболее значительное количество фитотоксичных видов найдено среди грибов Penicillium, Aspergillus, Fusarium, среди бактерий родов Pseudomonas, Bacillus. Среди актиномицетов большей токсичностью отличаются культуры с серым воздушным мицелием (Макаров, Щербаков, 1993).

Распространены фитотоксичные микроорганизмы во всех почвах. Источниками поступления в почву фитотоксических веществ помимо фитотоксинов микроорганизмов и продуктов разложения послеуборочных остатков сельскохозяйственных культур являются также прижизненные выделения надземных органов растений и корневые выделения. С продуктами метаболизма корневых систем клевера и люцерны связано сильное утомление этих культур при бессменном возделывании.

Химическая природа фитотоксических веществ (колинов), обусловливающих токсичность почв, весьма разнообразна. Это производные фенолов, хинонов и нафтизина, полипептиды и другие соединения.

Для определения токсичности почвы предложено использовать показатель активности водорастворимых колинов. Этот показатель выражается в условных кумариновых единицах (Гродзинский, 1965).

Следует, однако, иметь в виду, что содержание колинов в водной вытяжке из почвы не дает полного представления об уровне ее токсичности, так как значительная часть физиологически активных веществ находится в почве в поглощенном состоянии и может поступать в растение в процессе обменных реакций. Поэтому в качестве показателя токсичности целесообразнее использовать действие самой почвы на тест-организмы. Наиболее приемлем для этих целей метод почвенных пластин с применением прямого биотестирования.

Чтобы идентифицировать токсичность почв различного происхождения, определяют общую токсичность почвы методом почвенных пластин, а микробный токсикоз почв - методом почвенных пластин с инициированным микробным сообществом, которое получают после обогащения образца почвы крахмалом или глюкозой (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1993).

Разница в результатах, полученных этими методами, свидетельствует о наличии микробного токсикоза почвы помимо токсикоза, вызванного техногенным загрязнением. Для установления токсичности почвы в качестве теста используют реакцию проростков высокочувствительных растений - кресс-салата, редиса, гороха и др. (Биогеохимические основы экологического нормирования, 1993).

Рассматривая почвоутомление с экологических позиций, можно определить его как результат экологического кризиса, наступающего как следствие дисгармонии в отношении растений и почвенной среды в агроценозах. В климаксовых растительных сообществах нет почвоутомления, поэтому они могут существовать практически бесконечно при условии определенного постоянства экологических условий. Лишь при изменении этих условий отдельные факторы почвоутомления могут иметь место как причина смены растительных формаций.

Почвоутомление - это тот экологический механизм, с помощью которого система почва - растение пытается освободиться от одностороннего воздействия на почвенную среду со стороны искусственного растительного сообщества, создавая условия для его естественной смены. Именно в результате этой общей причины в монокультуре получают большое развитие сорные растения, являющиеся одной из стадий возможной сукцессии (Лобков, 1994). Почвоутомление сопровождается развитием болезней и вредителей растений.

Фитосанитарное состояние агроценозов определяется многими факторами, в том числе вредными организмами, развитие которых не связано с почвенными условиями. Однако у большинства из них часть онтогенеза проходит в почве, от состояния которой зависят их распространение и вредоносность. При почвоутомлении происходит значительно более интенсивное накопление инфекционного начала. Этому способствует снижение биологической активности почвы, поскольку дольше сохраняется фитомасса пораженных растений. Кроме того, депрессивные изменения в составе микрофлоры почвы обусловливают меньшую встречаемость возбудителя болезни со своими антагонистами из числа сапрофитных микроорганизмов. В условиях почвоутомления быстрее распространяется первичная инфекция. Растения заражаются на ранних стадиях развития, отчего вредоносность болезни возрастает. В начале вегетации болезнь развивается сильнее в тех агроценозах, которые не сменяются в течение ряда лет. К концу вегетации число пораженных растений увеличивается и в севооборотном варианте, однако вредоносность болезни, безусловно, снижается (Лобков, 1994).

При бессменной культуре имеется больше возможностей для реализации инфекционного запаса, поскольку не происходит смены восприимчивых культур менее восприимчивыми. Инфекционная нагрузка на одно растение, к тому же ослабленное воздействиями фитотоксинов, чрезвычайно велика. Этим объясняется высокая поражаемость при бессменном возделывании зерновых корневыми гнилями, картофеля - фитофторой, подсолнечника - ложной мучнистой росой, сахарной свеклы - мучнистой росой, церко-спориозом и т.д.

При бессменном возделывании и чередовании сходных по биологии культур улучшаются условия питания вредных насекомых. Это главная причина большого их распространения при монокультуре. Так, озимая совка массово размножается в восточных районах страны в результате повторных посевов пшеницы. Хлебная жужелица вредит в южных районах только на посевах озимой пшеницы, предшественниками которой были зерновые колосовые. Повреждения посевов озимой пшеницы, размещенных по хорошим предшественникам, незначительны. Дело в том, что эти насекомые откладывают яйца только на стерне зерновых злаков, и личинки могут выжить только в том случае, если на следующий год сеют ту же культуру.

Корневая свекловичная тля приносила мало вреда до тех пор, пока не возросла концентрация сахарной свеклы в полевых севооборотах Центрально-Черноземной Полосы.

В утомленной почве под некоторыми культурами накапливается большое количество проволочников (Лобков, 1994).

При почвоутомлении снижается конкурентоспособность культурных растений по отношению к сорнякам в борьбе за влагу, питание, освещенность. При этом усиливается аллелопатический механизм подавления культур как при взаимодействии их в посевах, так и за счет накопления в почве продуктов разложения вегетативной массы сорных растений.

Поскольку фитосанитарная обстановка в агрофитоценозах сильно корректируется почвоутомлением, усиливается значение контроля за фитосанитарным состоянием почв в условиях повышенной концентрации возделывания сельскохозяйственных культур в специализированных севооборотах.

7.3 Биологическая активность при воспроизводстве плодородия почв

Возможность практического регулирования биологических свойств почвы позволяет экономить средства и повышать урожайность сельскохозяйственных культур. Кроме того, оптимальные биологические процессы способствуют обогащению почвы усвояемыми питательными веществами и улучшению питания растений.

Обработка почвы, особенно вспашка, оказывает влияние на ее водный, воздушный и тепловой режимы. При создании в почве благоприятных условий усиливается развитие микроорганизмов, способствующих мобилизации питательных веществ.

Существенный фактор, определяющий микробиологическую активность почвы - внесение органических и минеральных удобрений. Органические удобрения всегда оказывают положительное влияние на развитие микроорганизмов в почве и на их биологическую активность. Систематическое внесение навоза значительно повышает общее количество микроорганизмов в почве. Минеральные удобрения также стимулируют развитие микроорганизмов, что ускоряет процессы разложения органического вещества почвы. Необходимо, однако, отметить, что в тех случаях, когда в почве мало свежих органических соединений и гумуса, длительное внесение минеральных удобрений приводит к постепенному уменьшению числа микроорганизмов. Длительное же применение минеральных удобрений в сочетании с органическими обеспечивает высокую биологическую активность почвы (Кауричев, и др., 1989). Таким образом, биологическая активность является интегрированным показателем плодородия почвы.

Нами проведены исследования по влиянию агрономических приемов на биологическую активность чернозема типичного тяжелосуглинистого. Опыт заложен в Белгородском НИИ сельского хозяйства. В качестве диагностического показателя биологической активности почвы была взята скорость разложения льняного полотна под влиянием вида севооборота, удобрений и способов основной обработки под сахарной свеклой. Удобренный фон представлен минеральными и органическими удобрениями. Вариант расширенного воспроизводства плодородия почвы состоял из внесения 16 т/га навоза и высоких доз минеральных удобрений (табл.7.2).

Рассмотрим проявление целлюлозоразлагающей активности почвы без удобрений. В этом случае биологическая активность была больше в зернотравянопропашном севообороте по сравнению с пропашными. Это связано с тем, что в зернотравянопропашном севообороте в почву поступает больше свежего органического вещества с корневыми остатками многолетних трав, которое способствуют вспышки активности микроорганизмов. Если сравнить степень разложения льняного полотна по слоям почвы, то можно выделить высокую активность бактерий в слое 10-20 см. Вероятно в этом слое достаточно оказывается органики, тепла и влаги для жизнедеятельности микроорганизмов.

Таблица 7.2 Общая биологическая активность почвы (% разложения льняного полотна) под влиянием агротехнических приемов в посевах сахарной свеклы

Внесено удобрений на 1 га севооборот - ной площади

Глубина слоя почвы, см

Виды севооборотов

зернотравянопропашной

зернопропашной

зернопаропропашной

Способы обработки почвы

навоз, т

NРК, кг/га

В*

Б

М

В

Б

М

В

Б

М

0

0

0-10

9,6

10,2

11,3

9,0

9,7

10,5

8,7

9,4

10,2

10-20

9,8

12,3

13.9

9,4

10,3

11,0

9,0

10,0

11,5

20-30

9,0

9,2

9,5

8,7

8,8

9,3

8,5

8,6

8,8

0-30

9,5

10,6

11,6

9,0

9,6

10,3

8,7

9,3

10,2

N108-144

Р144К144

0-10

11,8

12.4

12.9

10,5

10,8

11,4

10,0

10,3

11,0

10-20

12,8

13.9

14,8

11,4

11,5

12,2

11,1

11,2

11,9

20-30

10,3

9,9

9,0

9,5

9,3

8.5

9,0

8,7

8,9

0-30

11,6

12,1

12,2

10,5

10,5

10,7

10,0

10,1

10,6

16

0

0-10

13,4

14.0

14.5

12,2

12,8

13,5

11,8

12,3

13,1

10-20

13,2

13,6

14,0

13,5

13,8

11,1

12,9

13,5

13,7

20-30

12,0

11,3

10,4

10,3

9,7

9,6

10,1

9,6

9,4

0-30

12,9

13,0

13,0

12,0

12,1

11,4

11,6

11,8

12,1

N108-144

Р144К144

0-10

15,0

15,2

15,4

13,7

14,3

14,9

13,0

13,8

14,2

10-20

16,0

15,8

16,1

14,5

15,2

15,8

14,1

14,3

14,7

20-30

13,9

12,9

11,3

12,1

10,7

10,1

11,7

10,8

9,9

0-30

15,0

14,6

14,3

13,4

13,4

13,6

12,9

13,0

12,9

В* - вспашка, Б - безотвальная обработка, М - минимальная обработка

При сравнении способов обработки почвы можно выделить минимальную, при которой наблюдается наибольшая биологическая активность. Это также связано с увеличением энергетического материала для почвенной биоты при минимальной обработке.

На фоне внесения минеральных удобрений скорость разложения льняного полотна, а, следовательно, и биологическая активность почвы возрастает, достигая максимума в зернотравянопропашном севообороте при минимальной обработке почвы в слое 10-20 см. При внесении минеральных удобрений на глубине 20-30 см отмечено увеличение биологической активности по вспашке. Объясняется данный факт увеличением численности микроорганизмов в месте внесения удобрений, хотя доза их внесения была достаточно высока. Вероятно, удобрения способствовали увеличению поступления свежего органического вещества биомассы культур, которое является энергетическим материалом для бактерий.

На варианте внесения навоза, как в чистом виде, так и совместно с минеральными удобрениями отмечается бурное развитие почвенной микрофлоры, необходимой для его минерализации. Опять, среди видов сравниваемых севооборотов, преимущество получил зернотравянопропаш-ной. Среди опытных способов обработки почвы наибольшей биологической активностью обладала минимальная.

Опыты показали, что максимальная биологическая активность почвы фиксируется при совместном внесении органических и минеральных удобрений. Здесь также положительно проявил зернотравянопропашной севооборот.

Следовательно, для расширенного воспроизводства плодородия или реабилитации деградированных почв необходимо создавать всемерные условия для снабжения микроорганизмов свежим органическим веществом. Это обеспечивается возделыванием культур в зернотравянопропашных севооборотах, внесением органических и минеральных удобрений.

Глава 8. Эрозия - основной фактор деградации почв

8.1 Распространение эрозии почв

Основные деструктивные процессы в почвах, их физическая деградация связаны в первую очередь с проявлением водной и ветровой эрозии. На территории области эрозия почв является наиболее распространенной из всех видов деградаций. По сведениям академика Г.В. Добровольского (1997), она приносит громадный экономический и экологический ущерб, так как угрожает самому существованию почвы как основному средству сельскохозяйственного производства и незаменимому компоненту биосферы.

Эрозионные процессы оказывают прямое и весьма сильное влияние на вещественный состав атмосферы. Минерализация почвенного органического вещества приводит, в конечном счете, к увеличению содержания в атмосфере углекислого газа и связанному с ним усилению парникового эффекта.

К основным факторам, способствующим её развитию на территории области, являются как природные, так и антропогенные. К природному фактору водной эрозии относится климат. Среди них отмечают: мощность снежного покрова, глубину промерзания почвы и скорость снеготаяния, количество осадков и их интенсивность. Оказывает влияние на этот процесс рельеф: его расчлененность, базис эрозии, величина и форма водосборов, крутизна, длина, форма и экспозиция склонов. Конечно, и свойства почв являются важными: гранулометрический состав, структурное состояние, водопроницаемость, влагоемкость. Часто проявление эрозии связывают со степенью защищенности земель естественной растительностью.

Сочетание определенных природных факторов создает предпосылки для проявления ускоренной эрозии, а нерациональная хозяйственная деятельность является основной причиной ее развития.

Основные антропогенные факторы эрозии - уменьшение площади растительного покрова, дигрессия пастбищ, ухудшение структурного состояния почв, недостаточная защищенность поверхности растительными остатками.

Территория области имеет развитую склоновую часть рельефа, которая составляет около 72 % всей площади. Здесь довольно сильно выражена расчлененность овражно-балочной сети, достигающая около 1,5 км/км2. Усиливает проявление эрозии ливневый характер выпадения осадков, высокая распаханность, порой низкая культура земледелия, несоблюдение технологий использования эродированных земель, отсутствие почвозащитных мероприятий и др.

На территории области площадь пашни, занятая эродированными почвами составляют 53,6 %. Основные площади составляют слабосмытые почвы. На их долю приходится 940 тыс. га или 34,6 %. Среднесмытые почвы распространены меньше, они занимают 332,6 тыс. га или 12,6 % территории. Сильносмытые почвы, представляющие наиболее сложный объект деградации, на территории области составляют 154,2 тыс. га, что достигает 5,6 %.

Помимо почв, подверженных водной эрозии, встречаются также почвы, развеваемые ветром (дефлированные). Их доля среди общей площади почв невелика - только 26,6 тыс. га или менее 1 %.

Наиболее эродированными объектами являются склоны балок, площади которых достигают 80 %. На втором месте по распространению эрозии (до 60 %) занимают серые и тёмно-серые лесостепные почвы. Меньше эродированы чернозёмы типичные, выщелоченные и обыкновенные.

Площади эродированных почв на территории области изменяются, к сожалению, в сторону их увеличения. Об этом свидетельствуют результаты почвенных обследований, проведенных в периоды с 1950-1965 по 1970-1985 годы. Так за 40-летний период площади эродированных земель в Юго-восточной части области возросли на 9,1 %, а в Центральной - на 8,4 %. В Западной природно-сельскохозяйственной зоне за этот период они изменились меньше. Однако, и здесь также наблюдается их увеличение на 5,1 %. Хотя мы не располагаем данными о распространении эродированных почв в настоящее время, так как с 1985 года не проводилось соответствующее почвенное обследование, однако, с уверенностью можно считать, что за последние 25 лет они увеличились, так именно в этот временной период было ослаблено внимание к проведению почвозащитных мероприятий. В этой связи можно сослаться на данные (Чендев, 2008), из которых следует, что средние фоновые скорости прироста площадей эродированных почв в степной зоне ЦЧО за последние 300 лет составляют 10 % за 100 лет.

Для территориальной оценки эродированности и планирования мероприятий по устранению деградации важны картографические материалы, к которым относится карта эродированности почв представленная на рис.8.1 Карта, в силу своей информативности, становится важным документом для природоохранных и других организаций по учету эродированных земель, решению проблем повышения плодородия почв по административным районам области.

Как свидетельствуют материалы, наиболее эродированные почвы встречаются в восточных и юго-восточных районах области: Красногвардейском, Красненском, Алексеевском, Ровеньском и Валуйском. Здесь площади эродированных почв занимают 60-73 %. В западных и северо-западных районах (Борисовском, Грайворонском, Ракитянском, Ивнянском, Краснояружском), эрозия выражена значительно слабее и Как свидетельствуют материалы, наиболее эродированные почвы встречаются в восточных и юго-восточных районах области: Красногвардейском, Красненском, Алексеевском, Ровеньском и Валуйском. Здесь площади эродированных почв занимают 60-73 %.

Рис. 8.1 Карта эродированности почв Белгородской области

В западных и северо-западных районах (Борисовском, Грайворонском, Ракитянском, Ивнянском, Краснояружском) эрозия выражена значительно слабее, и площадь смытых почв здесь варьирует в пределах 27-40 %.

8.2 Диагностика и оценка эродированных почв

Эрозия почвы - это разрушение, смыв и выдувание верхнего слоя перегнойно-аккумулятивного горизонта. Она приводит к уменьшению мощности почвенной толщи, снижению содержания гумуса, элементов питания, ухудшению водно-физических свойств, т.е. потере плодородия и, как следствие, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Ускоренная эрозия почв сопровождается утратой почвой углерода вследствие смыва и сдувания почвы, а также в результате ускорения минерализации оставшегося в эродированной почве органического вещества.

Эрозия кроме всего приводит к потере талых и дождевых вод, расчленению полей, заилению рек, прудов, водоемов, оросительных и дренажных систем.

Почвы с признаками возможного проявления эрозии называются эрозионно опасными, а фактически подвергшиеся эрозии - эродированными (смытыми).

Визуальная диагностика определения степени смыва почвы непосредственно в поле основывается на учете экспозиции, крутизны склонов и окраски верхнего слоя почвы. Этой методикой владеют специалисты-почвоведы, профессионалы с многолетним опытом работы полевого картирования эрозионного почвенного покрова.

Диагностика почв по степени эродированности осуществляется по уровню потери гумуса или отчуждения верхнего гумусового горизонта в соответствии с методиками, разработанными для различных типов и подтипов почв. Например, мощные и среднемощные черноземы относятся к слабосмытым, если в результате эрозии утеряно до одной трети перегнойно-аккумулятивного горизонта А, к среднесмытым - при утере более половины этого горизонта, к сильносмытым - если полностью смыт горизонт А и частично - переходный горизонт В.

Приводим диагностику почв разной степени смытости для основных почв области - серых лесостепных, а также черноземов лесостепной и степной зон, согласно классификации, разработанной Почвенным институтом имени В.В. Докучаева ("Классификация и диагностика почв СССР", 1977).

Серые и темно-серые лесные почвы с установившейся глубиной их вспашки не менее 20-25 см имели первоначальную мощность гумусовых горизонтов (А11А2) 30-40 см.

Слабосмытые - гумусовые горизонты смыты не более, чем на 1/3 первоначальной мощности, горизонт А2В в пашню не вовлекается совсем или очень слабо, на поверхности пашни мелкие промоины.

Среднесмытые - гумусовый слой смыт более, чем на 1/3, в пашню вовлекается верхняя часть горизонта В1; пахотный слой отличается буроватым оттенком.

Сильносмытые - гумусовый слой смыт полностью, пахотный слой представлен в основном горизонтом В и имеет бурый цвет.

Черноземы мощные и среднемощные всех подтипов с установившейся глубиной вспашки не менее 22 см при первоначалььной мощности гумусовых горизонтов (А+В1) более 50 см.

Слабосмытые - горизонт А смыт на 30 %, пахотный слой не отличается по цвету от несмытых почв; на поверхности пашни мелкие промоины.

Среднесмытые - горизонт А смыт более, чем наполовину; пахотный слой имеет буроватый оттенок.

Сильносмытые - смыт полностью горизонт А и частично В1; пахотный слой имеет буроватый или бурый цвет, характеризуется глыбистостью и склонностью образовывать корку.

Черноземы типичные и обыкновенные с установившейся глубиной обработки не менее 20 см при мощности гумусовых горизонтов до 50 см.

Слабосмытые - смыто до 30 % первоначальной мощности гумусовых горизонтов; в пашню вовлекается небольшая верхняя часть горизонта В1.

Среднесмытые - гумусовые горизонты смыты на 30-50 %, при вспашке значительная часть или весь горизонт В1 вовлекается в пахотный слой, последний подстилается переходным горизонтом В2.

Сильносмытые - смыта большая часть гумусовых горизонтов, распахивается и часть горизонта В2; окраска пашни близка к цвету породы.

Таким образом, почвенный профиль пахотных несмытых чернозёмов имеет следующую мощность генетических горизонтов: А 0 - 40 (50) см, В 40 (50) - 80 (90), ВС 80 (90) - 130 (150), С 130 (150) см и ниже. Мощность гумусового горизонта слабосмытых почв сокращена по сравнению с несмытыми на 10-20 см, у среднесмытых - 30-40 см и сильносмытых более 50 см. Мощность оставшегося гумусового горизонта слабосмытых почв составляет 50-60 см, среднесмытых - 30-40 см и сильносмытых - менее 20 см.

Несмытые почвы на территории Белгородской области сформировались на платообразных повышенных элементах рельефа. Они занимают верхние, выровненные части водоразделов, склоны северных экспозиций крутизной до 2-30, южных - не более 10, а также террасы и поймы рек. Средне - и сильносмытые почвы сформировались на склонах только южных экспозиций. На склонах северных экспозиций встречаются слабосмытые виды почв.

Серые и тёмно-серые лесостепные почвы, чернозёмы остаточно-карбонатные на мелу более подвержены процессам смыва, нежели чернозёмы типичные и выщелоченные из-за меньшей мощности почвенной толщи, распыленности структуры и близости к поверхности плотных слабоводопроницаемых слоёв (иллювиального горизонта и мела). При одной и той же крутизне склона почвы, расположенные на покатых склонах, сильнее подвержены эрозии в сравнении со склонами, имеющими прямую и особенно вогнутую формы.

Дополнительным критерием определения степени смыва почвы является окраска ее верхнего слоя. Если поверхностный слой на склоне имеет цвет аналогичный тому, что и на водораздельной части (плато), т.е. тёмно-серый без буроватости, то такая почва несмытая. На среднесмытых почвах (южные склоны) в связи с укороченностью гумусового горизонта припахивается его нижняя часть, имеющая серо-бурый цвет. В этом случае в пахотном слое прослеживается буроватая пятнистость. У сильносмытых почв, а они залегают только на южных склонах, практически полностью смыт гумусовый горизонт и в пахотный слой вовлекается переходной к материнской породе горизонт жёлто-бурого или белесого цвета. Отсюда у сильносмытых чернозёмов и серых лесостепных почв пахотный слой имеет жёлто-бурую окраску, а у остаточно-карбонатных меловых почв - серовато-белесую.

С увеличением степени эродированности ухудшаются агрономические свойства почв (табл.8.1). В результате эрозии снижается содержание гумуса, повышается плотность почвы, снижаются порозность, влагоемкость, водопроницаемость, запасы продуктивной влаги, уменьшается биогенность. С ухудшением агрофизических свойств еще более возрастает подверженность эрозии, которая может привести к полной потере гумусового горизонта, необратимому ухудшению почвы при обнажении древних пород и ее потере при близком залегании плотных пород.

Для оценки эрозионной опасности земель предложен ряд уравнений, учитывающих интенсивность осадков, крутизну и длину склонов, почвенные условия и агротехнические факторы (Лопырев и др., 2001; Кузнецов, Глазунов, 2004), разрабатываются математические модели.

На смытых почвах в связи с падением их плодородия заметно ухудшаются многие свойства и режимы почв, что снижает их плодородие. К примеру, урожайность сельскохозяйственных культур снижается: на слабосмытых в сравнении с несмытыми - на 10-20 %, среднесмытых - 30-40 и сильносмытых - более 50 %. Естественно, что для предотвращения дальнейшей деградации таких почв необходимо ориентироваться на почвенно-экологические принципы земледелия.

Таблица 8.1 Влияние степени смытости на свойства почв (за единицу приняты свойства и показатели несмытых почв), Лопырев, Рябов, 1989

Свойства и показатели

слабо смытые

средне

смытые

сильно

смытые

Мощность почвенных горизонтов:

А

0,5

0.5-0,0

В

1,0

1,0

0,9-0,0

Содержание гумуса

0.95-0,75

0,75-0.50

0,50-0.30

Объемная масса

1.03-1,06

1,05-1,12

1.10-1,23

Влажность завядания0,75-0,65

0.98-0.96

0.90-0,85

0,75-0,65

Порозность (по Заславскому) 0,80-0,75

1,00-0.95

0,96-0,90

0,80-0,75

Полная влагоемкость (по Заславскому)

0.98-0.95

0,95-0,80

0.80-0,70

Водопроницаемость (по Черемисинову)

-

0,72-0,64

0,49-0,43

Средняя урожайность культур:

Зерна

1,0-0,8

0.8-0.6

0,6-0,3

зеленой массы

1,00-0,90

0.90-0,70

0,65-0.45

Гидрологические характеристики:

впитывание воды

0.85-0.75

0,70-0,60

0.60-0.50

мутность потока

1,1-1.2

1,2-1,4

1,4-1,6

смываемость

1.3-1.5

1,8-2.2

2.5-3.0

Сотрудники ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии под руководством Г.Н. Черкасова (2005) в качестве критерия допустимых антропогенных нагрузок на эродированную почву предложили показатель устойчивости органического вещества. В качестве такого критерия принято содержание негумифицированного органического вещества в почве. Авторы считают, что при содержании гумуса в черноземе типичном 5,5 % система органического вещества будет устойчива в том случае, когда негумифицированное органическое вещество будет составлять в ней 3,3 %, а гумус - 96,7 %. Были также предложены данные устойчивости органического вещества серых лесных почв разной степени эродированности (табл.8.2). В данном случае авторы указывают, что средняя устойчивость органического вещества почвы является критерием допустимых антропогенных нагрузок. В таблице критерии допустимых нагрузок обозначены знаком плюс.

Таблица 8.2 Устойчивость органического вещества серых лесных почв в зависимости от степени эродированности (Черкасов и др., 2005)

Почва

Степень

эродирован-

ности

Негумифици-

рованное органическое вещество,

т/га

Степень устойчивости органического

вещества почвы

Критерии допустимых антропогенных нагрузок

Темно-серая лесная

несмытая

1,87

средняя

+

слабосмытая

1,75

средняя

+

среднесмытая

1,52

слабая

Серая лесная

нссмытая

1,49

средняя

+

слабосмытая

1,39

средняя

+

среднесмытая

1,21

слабая

Светло-серая лесная

несмытая

1,37

средняя

+

слабосмытая

1,28

средняя

+

среднесмытая

1,11

слабая

Согласно представленным данным в органическом веществе эродированных почв уменьшается доля лабильной части, а в её основе - содержание негумифицированного органического вещества (в 1,7-2,0 раза) по сравнению с неэродированными. Это снижает устойчивость органического вещества почвы.

8.3 Основы противоэрозионных мероприятий

В агрономической науке и практике находят применение адаптивно-ландшафтные системы земледелия, разработанные известными учеными (Каштанов, 1992; Кирюшин, 1995). Основателем ландшафтного подхода к ведению сельского хозяйства вообще следует считать В.В. Докучаева. В своей работе "Наши степи прежде и теперь" он высказал идею о необходимости разработки для каждого вида ландшафта своей собственной системы размещения полей, лугов, лесов и водоемов (Докучаев, 1951). Далее многие исследователи разрабатывали и проектировали комплексы почвозащитных мероприятий фактически с учетом ландшафта (Козменко, 1949; Соболев, 1973).

Позднее при проектировании противоэрозионных мероприятий использовали предложения С.С. Соболева, который выделял девять категорий земель, объединенных в три класса.

В последние десятилетия, в связи с детальным изучением эрозионных процессов, появилась возможность перевода противоэрозионной организации территории и проектирования комплексов противоэрозионных мероприятий на расчетную основу. В этом смысле более подходит модель, разработанная во ВНИИЗ и ЗПЭ под руководством Г.П. Сурмача и др. (1985).

В современных методиках проектирования противоэрозионных мероприятий используются элементы ланшафтоведения и количественные представления о связи эрозии почв с рельефом (Ландшафтное земледелие…, 1993). Суть такой системы земледелия состоит в использовании элементов агроландшафта в соответствии с их природными особенностями, ресурсным потенциалом и устойчивостью, в расположении линейных рубежей по горизонталям рельефа. В качестве таких рубежей используют границы полей, севооборотов, рабочих участков, лесополос, травяных полос, террас, водозадерживающих валов и водоотводных канав, дорог. Учитывается и оптимальное насыщение агроландшафта объектами экологического назначения - естественные леса, луга, водоемы, лесополосы, буферные травяные полосы, искусственные водоемы и др.

В настоящее время разработан комплекс мероприятий по защите почв от эрозии. Он включает организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные, гидротехнические и лугомелиоративные мероприятия.

Исходной картографической основой для проведения таких мероприятий являются почвенные и топографические карты, аэрокосмические снимки, картограммы эродированности почв и крутизны склонов.

Использование смытых и эрозионно-опасных земель должно базироваться на принципах почвозащитной и энергосберегающей ландшафтной системе земледелия, основу которой составляет контурно-мелиоративная организация территории. Она предусматривает деление на ландшафтные полосы, так называемые ландшафтные земли. В целом данный комплекс мероприятий можно представить в таком виде (табл.8.3).

На ровных участках водоразделов (плато, террасы) и северных склонах крутизною до 30, южных до 20 на несмытых почвах должны размещаться интенсивные зернопропашные севообороты, а на смытых почвах почвозащитные севообороты. На склонах крутизной (2) 3-50 планируются почвозащитные травяно-зерновые, а при уклоне в 5-70 с преобладанием средне - и сильносмытых почв должны внедряться зернотравяные севообороты. Очень сильносмытые и размытые склоны с крутизною свыше 70 и, как правило, южных экспозиций, где на дневную поверхность выходят материнские породы (мел, суглинок, глина), необходимо выводить из оборота пашни. Такие угодья идут под сплошное залужение, а на склонах балок (пастбища) следует проводить облесение. Границами ландшафтных участков служат полезащитные и стокорегулирующие лесные полосы, выполняющие почвозащитную, водонакопительную и экологическую функции, и являются ориентиром для выбора направления обработки почвы.

Таблица 8.3 Категории ландшафтных земель по степени эродированности почв, интенсивности использования и применения противоэрозионных мероприятий

Кате-гории

земли

Степень

эродированности

почв

Условия

рельефа

Использование почв и рекомендуемые

противоэрозионные мероприятия

1

2

3

4

А. Земли пашни

1

Несмытые

Плато,

склоны

крутизной

до 10

Зернопропашные и зернопаропропашные интенсивные севообороты с максимальным насыщением ценными продовольственными культурами: сахарной свёклой, кукурузой на зерно, озимой пшеницей и др. Безотвальное почвоуглубление на 40-45 см (один раз в 5 лет). Комбинированная обработка почвы - под пропашные культуры отвальная вспашка, под культуры сплошного сева - нулевая или минимальная обработка с оставлением пожнивных остатков на поверхности почвы. Внесение минеральных удобрений и органических - навоза, животноводческих стоков, компостов, а на кислых почвах - кальцийсодержащих мелиорантов (мела, извести, дефеката). Практиковать посев сидеральных культур с последующей запашкой в почву. Создание сети полезащитных лесополос. Снегозадержание и регулирование снеготаяния.

2

Эрозионно

опасные

Склоны

крутизной

1-30

Зернопропашные и плодосменные севообороты с обязательным посевом многолетних бобовых трав (до 20-25 %). Обработка почвы - вспашка, культивация, боронование и посев строго поперёк склона - по топографическим горизонталям. Безотвальная глубокая вспашка на 40-45 см (один раз в ротацию севооборота). Комбинированная обработка почвы. Возможно обвалование и лункование зяби. Создание из пожнивных остатков мульчирующего слоя. Внесение удобрений. Создание сети полезащитно-водорегулирующих лесополос. Эффективно ленточное щелевание посевов озимой пшеницы и многолетних трав через 10-15 метров. Снегозадержание и регулирование снеготаяния.

3

Слабосмытые

(северные склоны) и среднесмытые

(южные склоны)

Склоны

крутизной

3-50

Почвозащитные зернотравяные севообороты (посев многолетних бобовых трав до 50 % площади). Возделывание пропашных культур недопустимо. Минимальная (возможно нулевая) обработка строго поперёк склона с образованием мульчирующего слоя на поверхности почвы. Внесение удобрений. Создание сети водорегулирующих лесных полос. Щелевание посевов поперёк склона лентами через 6-8 метров. Снегозадержание и регулирование снеготаяния.

4

Средне - и сильносмытые

(южные склоны)

Склоны

крутизной

более 50

Почвозащитные травянозерновые севообороты с преобладанием многолетних бобовых трав (более 50 % площади). Обработка почвы строго поперёк склона по горизонталям - минимальная или нулевая обработки (исключить вспашку). Внесение удобрений. Максимально возможное травяное покрытие поверхности почвы в течение года. Создание мульчирующего слоя на поверхности почвы и сети водорегулирующих лесополос. Ще-левание лентами поперёк склона через 4-5 метров. Сильносмытые с выходами пород почвы исключить из пашни и залужить. Снегозадержание и регулирование снеготаяния.

5

Дефляционно

опасные и дефляционные

(развеваемые)

Песчаные террасы и

платообраз-

ные участки водоразделов

Почвозащитные зернотравяные севообороты с набором культур: озимые, просо, горох, вика, бахчевые, однолетние и многолетние травы. Пропашные культуры исключаются. Безотвальная или нулевая обработка почв с оставлением пожнивных остатков стерни высотой не менее 15 см. Внесение удобрений меньшими дозами, но чаще. Минеральные удобрения лучше вносить в подкормки. Практиковать посев сидеральных культур с последующей запашкой. Создание частых лесных полос поперёк направления господствующих ветров. Эффективно землевание. Снегозадержание и регулирование снеготаяния.

Б. Земли кормовых угодий

6

Эрозионноопас ные (северные склоны), слабо смытые и слабо размытые (южные склоны)

Склоны балок

крутизной

до 100

Организация пастбищеоборотов. Не использовать в пашне. Коренное улучшение (по общепринятой технологии). Засыпка промоин, выполаживание оврагов. Дискование, боронование и посев строго поперёк склона. Внесение удобрений. Двулетнее использование под сенокос, а затем под регулируемый выпас скота. Периодическое проведение щелевания поперёк склона лентами через 6-8 метров. Ранневесенние подкормки азотными удобрениями.

7

Средне-, сильно-

смытые и размытые (южные склоны)

Склоны балок

крутизной

свыше 100

Организация пастбищеоборотов. Поверхностное улучшение. Разрушение дернины дисками, внесение удобрений, подсев трав. На участках с хорошим травостоем возможно самообсеменение, с предоставлением двухгодичного отдыха от выпаса. Ранневесенние подкормки азотными удобрениями. Регулируемый выпас скота. Сильносмытые и размытые почвы с выходами пород (мела, суглинка, глины) вывести из угодий пастбищ и облесить.

На склоновой части водоразделов строго по топографическим горизонталям осуществляется контурная обработка почвы (контурная вспашка, бороздование, щелевание, обвалование, посев, уход и др.). Резко уменьшают смыв почв овражно-балочные лесные полосы, которые закладываются на границе перехода склона водораздела в балочную систему.

В Белгородской области ландшафтные системы земледелия были разработаны специалистами ФГУП "Белгородское землеустроительное проектно-изыскательское предприятие" "Белгородземпроект" и внедрены полностью или частично почти в 100 хозяйствах. Одним из наглядных примеров широкомасштабного внедрения системы земледелия на ландшафтной основе является территория Красногвардейского района. Она осуществлена под научным руководством академика О.Г. Котляровой (1995).

Как правило, каркасом комплекса противоэрозионных мероприятий являются агротехнические мероприятия. Только одна вспашка поперек склона заметно снижает смыв почвы. Установлено, что при вспашке почвы поперёк склона по горизонталям смывается с 1 га в среднем 2,9 м3 мелкозема, а при вспашке вдоль склона 24,3 м3. При этом запасы влаги увеличиваются в метровом слое почвы на 150 т/га, а урожай зерна не менее 5 ц/га.

Эффективны также вспашка с почвоуглублением (один раз в 5 лет) и глубокая безотвальная обработка, которые способствуют уменьшению поверхностного стока воды за счёт увеличения интенсивности внутрипочвенного стока. Опыты, проведенные в НИИСХ ЦЧП им.В. В. Докучаева свидетельствуют, что глубокая безотвальная обработка почвы на 35-45 см с оставлением на поверхности почвы стерни защищает почву от смыва на 42-99,8 % в сравнении со вспашкой.

На односторонних пологих склонах возможно применение гребнистой, по существу комбинированной (отвально-безотвальной) обработки. Выполняется она любым плугом с чётным количеством корпусов, у которых на нечётных корпусах вместо обычных отвалов устанавливаются укороченные.

В последние годы с целью снижения нагрузки на почву почвообрабатывающих орудий успешно применяют поверхностные (минимальные) и нулевые обработки. По данным Белгородского НИИСХ минимальная обработка (дискование на 8-12 см) с оставлением пожнивных остатков на поверхности снижало смыв в сравнении с обычной вспашкой на 15-25 % при одновременном увеличении урожайности озимой пшеницы на 5-7 ц/га.

Для повышения водопоглощения на посевах многолетних трав, озимых культур, а также суходольных пастбищах необходимо проводить щелевание почвы. Технология щелевания заключается в том, что она проводится на зяби и озимых посевах после промерзания почвы на 6-8 см. Глубина щелей должна быть не менее 40-50 см. Щели шириной 3-4 см нарезают на расстоянии 140 см друг от друга. Расстояние между проходами агрегата зависит от крутизны склона. На склоне 1-30 расстояние между проходами составляет 10-15 м, при крутизне 4-70 - 6-8 м.

Щелевание зяби способствует увеличению урожая гороха на 4,8 ц/га, а озимых - на 3,5 ц/га. Щелевание многолетних трав по данным НИИСХ ЦЧП им.В. В. Докучаева дает прибавку урожая сена 22,3 ц/га, а естественных кормовых угодий - 16,4 ц/га.

Снегозадержание является эффективным приемом. Проводится оно путём валкования снега зимой различными орудиями, полосным уплотнением снега катками, посевом кулис из высокостебельных культур и др. Наблюдения показали, что снегозадержание в сочетании с правильной осенней обработкой почвы увеличивает запас влаги на 500 м3/га. Однако, на посевах озимых культур и многолетних трав нельзя использовать ни прикатывание, ни снегозадержание. Здесь более эффективны такие трудоёмкие приемы, как расстановка щитов или посев кулис.

Обязательным приёмом сохранения влаги зимних осадков на склонах является регулирование снеготаяния путём распашки снега полосами и зачернения его. В проведенных опытах распашка снега полосами через 10 и 20 м увеличила влажность почвы на 4,6 %, а урожайность ячменя на 18 %, гороха на 19 % по сравнению с участками, где раньше она не проводилась.

Посев многолетних бобовые трав является незаменимым приемом защиты почв от эрозии, повышения их плодородия. Полевые опыты в Белгородском НИИСХ свидетельствуют, что после многолетних бобовых трав при урожае сена 50-90 ц/га в слое почвы 0-50 см остаётся 50-70 ц/га корневых остатков. Для сравнения злаковые зерновые оставляют около 20, а корнеплоды всего 6-10 ц/га.

Органическая масса корневых и пожнивных остатков является исходным материалом для образования гумуса. Кроме того, в верхних слоях почвы происходит накопление кальция (до 300 кг/га), который подтягивается из нижних слоев почвы корневой системой растений. Увеличение содержания гумуса и кальция в почве способствуют в дальнейшем её оструктуриванию. Кальций вызывает коагуляцию почвенных органо-минеральных коллоидов, преобразуя мелкие почвенные частицы в агрегаты агрономически ценного размера и комковато-зернистой формы, обладающие водопрочностью.

Агрегированная почва обладает хорошей водопроницаемостью, что в случае склонового рельефа приводит к увеличению внутрипочвенного стока воды и уменьшению поверхностного, а, в конечном счете - снижению процессов смыва и размыва и увеличению общей влагоемкости.

Следует учитывать и другой противоэрозионный эффект многолетних трав. Корневая система их скрепляет почву и, кроме того, её поверхность остаётся большую часть года покрытой сплошным травяным покровом, который гасит разрушительную силу капель дождя, рассеивает поверхностный сток воды. По данным опытов, проведенных в БелНИИСХ, смыв почвы под многолетними травами практически отсутствует (не превышает 2 т/га). Кроме того, многолетние бобовые травы несут в себе положительный экологический эффект, накапливая биологический азот (в среднем от 75 до 150 кг/га), а также полностью решая проблему белка в кормопроизводстве. В сухом веществе трав содержится 18-21 % протеина (переваримого 13-15 %) и до 270 мг/кг каротина.

На территории, подверженной в сильной степени эрозионным процессам и засухе, положительное влияние оказывают и лесомелиоративные мероприятия: создание системы полезащитных, водорегулирующих, прибалочных, приовражных лесополос. На сильносмытых и размытых неудобренных землях рекомендуется сплошное облесение. Защитные лесные насаждения создаются по проектам в соответствии с требованиями действующих научно обоснованных и проверенных практикой рекомендаций.

В тех случаях, когда агротехническими и лесомелиоративными мероприятиями не удаётся зарегулировать поверхностный сток воды и процессы эрозии почв продолжаются, используют и гидротехнические сооружения, являющиеся частью комплекса противоэрозионных мероприятий. Сооружения эти могут быть простейшими (распылители стока, водонаправляющие и водозадерживающие валы и канавы, дамбы, перемычки, донные запруды) и сложными инженерными конструкциями, служащими для закрепления мощных овражных размывов (лотки-быстротоки, перепады и др.). Для полного регулирования стекающей со склонов воды строят пруды и водоёмы, используемые для рыборазведения, орошения и других хозяйственных нужд. В условиях области наибольшее распространение получили водозадерживающие и водоотводящие валы как наиболее простые и экономичные сооружения, которые надёжно задерживают и распределяют поверхностный сток на водосборах и закрепляют вершины действующих оврагов.

Принципы применения удобрений в эрозионном рельефе заключаются в расчете на получение планируемого урожая сельскохозяйственных культур с учётом выноса элементов питания урожаем и содержания их в почве.

Ученые Белгородского государственного университета (Лисецкий, Голеусов, 2009) предлагают варианты экологической реабилитации эродированных почв в зависимости от степени их нарушения и экономической целесообразности. В одном случае это может быть конверсия сельскохозяйственных угодий в несельскохозяйственные земли (их консервация), в другом - почвовосстанавливающее (ренатурационное) земледелие.

В практике землепользования ряда стран (США, Швейцария, Украина и др.) к настоящему времени накоплен значительный опыт консервации деградированных земель.

В агроэкосистемах, в которых почвы деградировали в ходе многовекового сельскохозяйственного использования, может быть реализована стратегия натурационного земледелия, основанная на стимулировании природного почвообразования и направлена на постепенное воспроизводство утраченно плодородия и его поддержание на оптимальном уровне.

Как показали расчеты авторов, "достройка" профиля деградированных почв может протекать с различной интенсивностью в зависимости от степени нарушения и развития остаточных горизонтов. Чем сильнее выведена почва из состояния равновесия, тем выше скорость регенерационных процессов. В современных климатических условиях лесостепной зоны на свежих суглинистых материнских породах средняя скорость формирования гумусового горизонта за период создания первых 20 см, составляет 0,63 мм/год (~ 7,6 т/га в год). Расчеты по моделям почвообразовательного процесса показали, что за счет мелиоративных мероприятий и создания почвоулучшающих адаптивных фитоценозов возможно увеличение скорости воспроизводства гумусового профиля для среднесмытых почв на 40 %, а для сильносмытых - на 60 %.

Другими словами, процесс ренатурирования деградированных геосистем следует, как и при внедрении противоэрозионно-почвозащитного комплекса, осуществлять по сценарию управляемого землепользования. Для разных подтипов черноземных почв при средней степени их эродированности потребуется от 11 до 22 лет для достижения определенных значений гумуса, а при сильной - от 15 до 28 лет.

После периода достижения оптимальных значений содержания гумуса в слое 0-20 см допустима смена режима консервации (ренатурирования) земель на более интенсивное их использование. Для смытых (дефлированных) почв оптимальное содержание гумуса на ближайшую перспективу целесообразно устанавливать по предыдущей категории смытости (дефлированности). С этой целью к нормативным показателям содержания гумуса для полнопрофильных почв, принятым за 1, предлагаются поправочные коэффициенты изменения содержания гумуса для двух градаций (слабой и средней): серые лесные - 0,8 и 0,5, черноземы лесостепи и обыкновенные - 0,8 и 0,6 соответственно.

При почвенно-экологическом мониторинге восстанавливаемых земель с помощью периодического (через 5-10 лет) контроля за содержанием гумуса и путем сопоставления оптимальной скорости гумусонакопления с расчетным ее значением можно определить необходимость усиления мелиоративного эффекта почвовосстанавливающих мероприятий и/или повышения эффективности противоэрозионного обустройства ландшафта.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.