Аннотация. Рассматриваются особенности проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия на эрозионно-опасных землях

Рассматриваются особенности проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия на эрозионно-опасных землях, определяется оптимальный набор культур для различных по степени эрозионной опасности земель. Рассматриваются особенности проектирования систем удобрения на эрозионных землях, целесообразность и эффективность применения лесомелиоративных и гидротехнических противоэрозионных мероприятий.

Ключевые слова: водная эрозия, агроландшафты, эрозионная опасность, лесомелиорация, гидротехническая мелиорация, проектирование агроландшафтов, противоэрозионные мероприятия.

Рассматриваемые вопросы:

l Вопрос 1. Основные подходы к проектированию АЛСЗ на эрозионных землях

l Вопрос 2. Подбор культур для возделывания на эрозионных землях

l Вопрос 3. Особенности проектирования систем обработки почв и систем удобрения на эрозионных землях

l Вопрос 4. Определение эффективности гидротехнических и лесомелиораций

Ввиду стохастической природы водной эрозии, основным мето­дологическим подходом при количественном обосновании элементов системы земледелия в эрозионных ландшафтах является вероятност­ный, позволяющий проектировать агротехнические мероприятия, ле­со- и гидротехническую мелиорацию с определённой степенью надеж­ности, рассчитанной на худший случай совпадения факторов эрозии.

К особенностям проектирования относятся решение следующих вопросов:

- оценка эрозионной опасности агроландшафтов по комплексу показателей;

- оптимизация водного режима эрозионноопасных агроландшаф­тов;

- расчет доз органических и минеральных удобрений для окультуривания эродированных почв и повышения их противоэрозионной стойкос­ти;

- вероятностная оценка стокорегулирующей и противоэрозион­ной эффективности агротехнических, лесомелиоративных и гидротех­нических мероприятий;

- выбор оптимального комплекса противоэрозионных мероприя­тий;

- создание эрозионно-устойчивых агроландшафтов, в которых потери почв не должны превышать допустимые, а сток талых и ливне­вых вод должен находиться в пределах допустимых значений;

В процессе проектирования противоэрозионной системы земледелия выделяют агроландшафтные массивы земель, идентичных по степени смытости почв и интенсивности эрозии на карте землепользования М 1:5 000 с се­чением горизонталей через 1 м для отдельных форм склонов: прямых, вогнутых, выпуклых, сложных (сочетание форм профилей). Границы разных категорий эрозионноопасных земель определяются по формулам. В результате устанавливаются участки, на которых величина суммарного (весеннего и ливневого) смыва почв не превыша­ет допустимые значения интенсивности эрозии (М _д, т/га), вычисленные по формуле и соответствующие пяти категориям эрозионности.

I категория - пахотные земли интенсивного использования на приводораздельных участках, как правило, несмытые с потенциальным (среднемноголетним) смывом менее 3 т/га.

II категория - земли интенсивного использования с преоблада­нием слабосмытых почв с потенциальным смывом 3,1 – 7 т/га (слабоэрозионные).

III категория - земли умеренного использования с преобладани­ем среднесмытых почв с потенциальной интенсивностью эрозии 7,1-15 т/га (среднеэрозионные)

IV категория - земли ограниченного использования, где распространены, в основном, сильносмытые почвы со среднемноголетним смывом 15,1-25 т/га (сильноэрозионные)

V категория - чрезвычайно эрозионноопасные с потенциальным смывом более 25 т/га.

Границы категорий земель по расчетным участкам соединяют между собой плавной линией с учетом рельефа, производят вычисле­ния площадей земель по категориям. Картограмму категорий земель используют при организации типов и видов севооборотов.

Для достоверного информационного обеспечения формул особое внимание следует уделять выде­лению групп склонов, сходных по микроклимату (приходу ФАР, снегоотложению, интенсивности снеготаяния, промерзанию-оттаиванию почвы, тепло- и влагообеспеченности, ветровому режиму, условиям пе­резимовки растений) и почвенным условиям (строению почвенного профиля, гранулометрическому составу, водопроницаемости, структур­ному состоянию и др.).

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур дол­жна включать требования, связанные с технологическими особеннос­тями их возделывания и влиянием на окружающую среду.

Растения по разному реагируют на снижение почвенного плодо­родия в результате эрозионных процессов. Наиболее устойчива к снижению плодородия почвы озимая рожь. Сахарную свеклу, картофель, кукурузу, просо, яровую пшеницу, гречиху, подсолнечник, ячмень, озимую пшеницу лучше размещать на несмытых и слабосмытых почвах, т.е. на землях I и II-1 категории.

Оценка средообразующего влияния растений на почвы и ланд­шафты включает установление почвозащитной способности культур. По противоэрозионной эффективности все сельскохозяйственные куль­туры разделяют на три группы. К первой группе относят многолетние травы, ко второй - зерновые и однолетние травы, к третьей - про­пашные и технические, кормовые и овощные, плодовые. Почвозащитная способность растений зависит от густоты посевов, фазы их развития продуктивности. Коэффициенты эрозионной опаснос­ти различных сельскохозяйственных культур приведены в работе М.И. Лопырева, Е.И. Рябова.

Установление оптимального соотношения возделываемых культур (зерновых, пропашных, бобовых) и чистых паров является чрезвычайно важным фактором предотвращения эрозии. Корректировка структуры использования эродированной пашни сводится к расширению посевов многолетних трав и зернобобовых, замене части площа­дей чистого пара сидеральным. Уплотнение севооборотов промежуточными культурами повышает их почвозащитную роль. Усиление почво­защитной эффективности севооборотов при включении промежуточных культур, используемых на корм и зеленое удобрение, достигается благодаря удлинению периода, в течение которого почва находится под прикрытием растений, а также за счет улучшения физических свойств почвы вследствие дополнительного поступления в нее свежего органического вещества. В качестве озимых промежуточных куль­тур целесообразно использовать озимую рожь и ее смесь с озимой викой, в качестве поукосных - рапс яровой, горчицу белую, редьку масличную, в качестве пожнивных - горох укосный, рапс яровой.

Оптимизация структуры посевных площадей достигается путем дифференцированного освоения различных видов севооборотов в зависимости от эрозионной опасности земель. Полевые севообороты располагаются на пашне интенсивного и умеренного использования. На землях интенсивного использования вводятся зернопаропропашные, зернопропашные, плодосменные, а на пашне умеренного использования преимущественно зернотравяные се­вообороты. На сильносмытых почвах, т.е. на пашне ограниченного использования вводят почвозащитные севообороты с преобладанием многолетних трав.

Система обработки почвы в севооборотах также дифференцирована в зависимости от категорий ландшафта. В эрозионных ландшафтах с неустойчивым и недостаточным увлажнением (лесостепь, степь) система обработки на склонах должна обеспечивать максимальное впитывание в почву выпадающих осадков и предупреждать потери вла­ги на непродуктивное испарение, а в регионах с избыточным увлаж­нением (лесная зона) – способствовать безопасному отводу воды с пашни в овражно-балочную сеть. Приемы противоэрозионной обработки почвы на склонах условно делят на две группы: общие (вспашка, рыхление, культивация, боронование, междурядные обработки) и спе­циальные (обвалование зяби, щелевание и мульчирование почвы и др.). На пахотных землях I и II категорий, т.е. интенсив­ного использования, основной является отвальная разноглубинная об­работка, дополняемая нулевыми, поверхностными и мелкими безотвальными обработками. На пашне III категории (умеренного использова­ния) отвальную разноглубинную обработку необходимо заменять на комбинированную. На пахотных землях IV ка­тегории (ограниченного использования) предпочтительна безотваль­ная разноглубинная обработка.

Коэффициенты стокорегулирующей и противоэрозионной эффектив­ности способов обработки почв расчетной вероятности превышения по природным зонам России приведены в работе В.П. Герасименко, М.В. Кумани. Исполь­зуя эти коэффициенты и коэффициенты эрозионной опасности культур проектируют состав противоэрозионных агротехнических мероприятий, чтобы обеспечить оптимальное задержание стока талых и ливневых вод на пашне и перевод его в почву.

На эродированных почвах дефицитным элементом пита­ния является азот в связи с пониженным содержанием гумуса. Эффективность азотных удобрений возрастает по мере увеличения степени смытости почв. Минимальную норму азотных удобрений следует рассчитывать по формуле:

Н = Н₁ + Н₁×С/100

где Н₁ - норма азотных удобрений на несмытых почвах; С - коэффициент уменьшения содержания гумуса в зависимости от степени смытости почв: 10-20% - слабосмытые, 21-50% - среднесмытые, более 50% - сильносмытые.

В борьбе с водной эрозией, наряду с почвозащитными агротехнологиями, важную роль играют лесомелиоративные и гидро­технические мероприятия.

Современная научно-обоснованная схема защитного лесоразве­дения предусматривает отведение под лесополосы в лесостепной зоне 2-2,5 %, в степной зоне 3-4 % площади пашни. Защитное лесораз­ведение на эродированных землях включает полезащитные и водорегулирующие лесополосы.

Полезащитные полосы проектируют на землях крутизной менее 1° и размещают по границам землепользования и полей севооборотов и внутри их для улучшения микроклимата и регулирования снегоотложения.

Водорегулирующие лесополосы проектируют на землях крутизной более 1°. На склонах с прямым продольным и поперечным профилем лесополосы размещаются прямолинейно, а на вогнутых, выпуклых, сложных склонах лесополосы проектируются только в направлении го­ризонталей. Методика расчета расстояний между водорегулирующими лесополосами на почвах разной степени смытости для регионов проявления эрозии от стока талых и ливневых вод изложена в работе В. П. Герасименко, М.В. Кумани. Для повышения водорегулирующей эффективности лесополосы усиливают простейшей гидротехникой: обвалованием по нижней опушке, соз­данием прерывистой канавы в нижнем междурядье с валом на опушке, устройством водозадерживающих валов на ложбинах по нижней опуш­ке лесополос.

Гидротехнические сооружения (валы-террасы, канавы с валами, водорегулирующие валы) проектируют на пашне только в том случае, когда избыточный сток 10 %-ной обеспеченности, не удается снизить до допустимого уровня противоэрозионной агротехникой и лесомелиорацией.

Для соблюдения параллельности лесополос и гидротехнических сооружений на пахотных землях необходимо осевые линии водо-регулирующих устройств проектировать по равноудаленным друг от друга кривым с радиусом поворота не менее 50-70 м.

На границе пашни и овражно-балочной сети для снижения стока до допустимого, исключающего оврагообразование, необходимо проектировать прибалочную лесополосу с валом и канавой. Естественные кормовые угодья, расположенные на овражно-балочных землях, используются в системе противоэрозионных пастбищеоборотов.

При проектировании систем земледелия в эрозионных ландшаф­тах возникает сложная задача установления оптимального комплек­са агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических меропри­ятий. Достижение этой цели возможно на основе анализа большого числа вариантов противоэрозионных комплексов. Для решения такого рода задач целесообразно использовать современные пакеты прикла­дных программ для работы на ПЭВМ с электронными таблицами типа «EXCEL», «SuperCalk», «Lotus». В этом случае склон разбивает­ся на расчетные участки, длина которых должна соответствовать или быть кратной максимальной ширине захвата сельскохозяйствен­ной техники при различных технологических операциях (обработке почвы, посеве, уборке). Для каждого участка склона определяют­ся показатели, входящие в формулы. Оценка эрозион­ной опасности склона ведется для различных севооборотов (напри­мер, зернопаропропашного, зернотравяного, травянозернового) и применяемых в них противоэрозионных агротехнических приемов по формулам. Для каждой степени эродированности почв склона определяется допустимый сток и допустимый смыв по форму­лам. Данные по дефициту баланса гумуса, расчетный сток и смыв почвы, допусти­мый сток и допустимый смыв являются критериями для выбора опти­мального комплекса противоэрозионных мероприятий. Сначала про­ектируются только противоэрозионные агротехнические мероприятия (дифференцированные севообороты, способы обработки почвы, щелевание, мульчирование). Если расчетные значения стока и смы­ва не превышают допустимых величин, то это свидетельствует о достаточной защите почв склона агротехническими мероприятиями.

Когда противоэрозионная агротехника не решает проблему борьбы с эрозией, в расчеты вводят данные по эффективности водорегулирующих лесополос с простейшей гидротехникой, а в случае неэффективности агролесомелиорации проектируются валы-террасы. Коэффициенты стокорегулирующей и противоэрозионной эффективнос­ти 3-х рядных лесополос с канавой и валов-террас приведены в соответствующих руководствах. Линейные рубежи следует размещать с того участ­ка на склоне, на котором расчетный сток и смыв начинает превышать допустимый. Примеры оптимизации противоэрозионных комплексов при­ведены в Рекомендациях по регулированию почвенно-гидрологических процессов на пахотных землях.

Резюме

В связи со стохастическим характером водной эрозии, при проектировании систем земледелия на эрозионно-опасных землях необходимо ориентироваться на худший прогноз эрозионной опасности. Проектирование АЛСЗ на таких землях представляет собой поиск баланса между организационными, агротехническими, лесомелиративными и гидротехническими мероприятиями. Важнейшим методом борьбы с эрозией является подбор эрозионно-устойчивых культур и технологий их возделывания, а также оптимальное с противоэрозионной точки зрения размещение полей севооборотов и производственных участков. Большую роль в противоэрозионной организации территории играют лесомелиоративные мероприятия. Гидротехнические противоэрозионные мероприятия эффективны, но не всегда обоснованны по экономическим соображениям. Система обработки почвы и система удобрения культур на эрозионных землях имеют свои существенные особенности.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные особенности проектирования АЛСЗ на эрозионно-опасных землях
2. Перечислите категории эрозионности земель
3. Какие селььскохозяйственные культуры устойчивы к снижению плодородия почв в результате эрозионных процессов, а какие нет?
4. Как разделяются культуры по их почвозащитной способности?
5. Каковы особенности обработки почв на эрозионных землях?
6. Как рассчитывается доза азотных удобрений на эрозионных землях?
7. Как размещают водорегулирующие лесополосы?
8. Какие функции выполняют прибалочные лесополосы?
9. В каких случаях проектируют гидротехнические противоэрозионные сооружения?
10. Каким образом рассчитывают обоснованность тех или иных противоэрозионных мероприятий?

Тесты

По какому показателю выделяются категории эрозионности земль?

1. Интенсивность осадков за вегетационный период
2. Уклон территории
3. Величина потенциального смыва почв

Какие из перечисленных культур наиболее устойчивы к снижению почвенного плодородия в результате смыва?

1. Озимая рожь
2. Яровая пшеница
3. Сахарная свекла

Какова правильная последовательность возрастания противоэрозионной эффективности культур?

1. Ячмень, Подсолнечник, Озимая рожь, Многолетние травы
2. Подсолнечник, Озимая рожь, Ячмень, Многолетние травы
3. Подсолнечник, Ячмень, Озимая рожь, Многолетние травы

Какое использование рекомендуется на сильносмытых почвах при уклонах 5-7 градусов:

1. Зернопропашные севообороты с повышенными нормами удобрений
2. Зернотравяные севообороты
3. Сенокосно-пастбищные угодья

Какая обработка почвы рекомендуется на сильноэрозионных землях:

1. Отвальная поперек склона
2. Чизелевание
3. Безотвальная обработка

При наличии овражно-балочной сети необходимо:

1. Создавать на полях гидротехнические сооружения, препятствующие стоку
2. Устроить прибалочную лесополосу
3. Использовать исключительно безотвальную обработку

Возможно ли компенсировать снижение запаса питательных веществ в смытых почвах повышенными нормами удобрений?

1. Да
2. Нет
3. Только при одновременном известковании почв