Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка эрозионно-гидрологической роли агролесомелиорации на темно-каштановых почвах Среднего Дона

ВАК РФ 06.03.04, Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Автореферат диссертации по теме "Оценка эрозионно-гидрологической роли агролесомелиорации на темно-каштановых почвах Среднего Дона"

■ "Г20 1 ~ *

ЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ

На правах рукописи

ТЕРЁШКИН АЛЕКСАНДР ВАЛЕРИЕВИЧ

ОЦЕНКА ЭРОЗИОННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКОЙ РОЛИ

АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ НА ТЁМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ СРЕДНЕГО ДОНА

Специальность 06. С0.04 - Агролесомелиорация и

защитное лесоразведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Волгоград 1692 г.

Работа выполнена во Всесосзном научно-исследовательско» институте агролесомелиорации, г.Волгоград

Научный руководитель - каццидат сельскохозяйственных »

Е.А.Гаршинев

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных на}

профессор В. Г. Шаталов

кандидат географических наук В.И.11анов

Ведущее предприятие - Волгоградское землеустроительное проектно-изыскательское предприя института "ШШИгипрозом"

Защита диссертации состоится "А £ " и !*■ %_ I

в ^^ часов на заседании специализированного совет

Pr020.ll.01 во Всесоюзной научно-исоледсвательском инст агролесомелиорация.

Адрес: 400062, г.Волгоград, 62, ул. Краснопресненская, 1

вншш •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесогам агролесомелиорации.

Автореферат разослан 9 Л * _199'¿с.

Ученый секретарь 'специаяизированногя совета

Л. А. Пот

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В системе противоэрозионных мероприятий лесомелиорация играет ведущую роль. Локальное стокорегулирующее и противоэроэионное действие лесных насаждений изучено достаточно полно, пространственное - слабо. Поскольку > пространственное влияние на снегоотложение, промерзание, влажность и инфильтрацион-ную способность почеы является важным фактором эрозионно-гидрологи-ческого процесса, требуется его всесторонняя качественная и количественная оценка с применением комплекса современных методов исследования. Получение такой оценки позволит обосновать пути и средства дальнейшего совершенствования системы противоэрозионных лесомелиоративных мероприятий.

Цель и задачи исследований. В работе ставилась цель дать оценку специфики эрозионно-гидрологического процесса в зоне снежных шлейфов сто коре гулирукщих лесных полос и выявить пути управления им. Эта цель достигалась постановкой и решением следующих задач.

1. Получить количественные характеристики талого стока и эрозии в зоне пространственного влияния лесополос на снегоотложение.

2. Выявить специфику и дать количественную оценку влияния снежных шлейфов стокорегулируюцих лесных полос на инфильтрацую, сток талых вод , смыв и аккумуляцию мелкозёма при подтоке воды с полевого склона.

3. Дать количественную оценку эрозионных процессов и противо-эрозионной устойчивости почвы, защищенной лесной подстилкой и мульчей при ливнях в сочетании с подтоком.

4. Выполнить анализ формы склонов, расчёты смыва и системы

контурных лесополос, обеспечивающих уменьшение эрозии до допустимых величин.

5. Дать экономическое обоснование системы контурных лесополос Научная новизна состоит в той, что впервые в условиях Средне, го Дона получены•количественные экспериментальные оценки пространственного влияния снежных шлейфов лесополос на эрозионно-гидрологи ческий процесс. Доказана возможность описания формы склонов универ сальной функцией и получены её параметры. Выполнены расчёты текуще го смыва почвы и построена его картограмма для базового хозяйства на склонах без лесополос. Дана оценка и выявлена специфика текущег смыва в системе контурных лесополос при заданных величинах талого стока. Составлен с применением ЭВЫ на расчётной основе и внедряете в производство проект системы контурных стокорегулирувдих лесополос, обеспечивали их снижение смыва до допустимого предела. Разработан способ оценки эрозии и аккумуляции почвы (а.с. 1586531).

Практическая значимость. Количественные оценки эрозионно-гид-рологических характеристик (инфильтрация, сток, смыв и аккумуляции мелкозёма) могут быть использованы при обосновании параметров стокорегулирувдих лесополос (в частности, ширины пояса восстановлена плодородия почвы в зоне снежного шлейфа), эффективности ыероприяи противозрозионного комплекса на тёмно-каштановых почвах Среднего Дона, а также в целях прогноза последствий антропогенной деятельности в агроландшафтах•

Использование функции формы склонов позволяет получать надёжные количественные оценки морфометрических характеристик рельефа в геоморфологических, ландшафтно-географических, эрозионно-гидрол гических и т.п. изыскательских работах. Апробация методики расчёт, эрозии и системы лесных полос позволяет создавать карты смыва и проекты агролесомелиоративных мероприятий в полуавтоматическом ре

— ■»» —

жиме с применением ЭВМ.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на ХУ1 и ХУЛ научных конференциях молодых учёных и аспирантов ВНИАЛШ (1988, 1990 гг.). Диссертация в полном объёме обсуждена и одобрена в 1992 г. на заседании научно-технического совета отдела защиты почв от эрозии ВНИАЛШ.

Публикации. Основные положения исследований по теме диссертации опубликованы в 5 работах.

Объём работы составляет 250 страниц машинописного текста, включает введение, 7 глав, выводы, предложения производству. В работе содержится 45 таблиц, 33 рисунка , 41 приложение на 52' страницах. Список литературы включает 255 источников, из них 12 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ '

Во введении обосновывается актуальность темы, излагается цель и задачи исследований, практическая значимость работы.

I. Состояние вопроса.

Имеются многочисленные характеристики локальной (местной) сто-корегулирущей и кольматирущей роли лесополос при долевом и талок стоке (Сурмач Г.П., 1968; Зыков И.Г., Ивонин В.М., Бастраков Г.В., 1978; Бондаренко Ю.В., -1982; Ивонин В.М., 1989; Дьяков В.Н.. 1987 и других). Некоторые фрагментарные оценки эрозионно-гидрологических процессов на рубеже поля и лесополос имеются в работах М.И.Львовича (1963), Г.П.Сурмача (1971), К.Л.Холупяка (1973), В.Н.Дьякова (1987) и других. Полученные результаты свидетельствуют об уменьшении скорости течения воды в зоне снежного сугроба (шлейфа) у лесополос. Одновременно здесь происходит аккумуляция мелкозёма, смывп-емого с поля.

Всесторонняя количественная оценка влияния снежных шлейфов ле сополос на инфильтрацию, сток, смыв и аккумуляцию мелкозёма практи чески отсутствует. Для получения таких характеристик в вёсны с раз личной водностью необходимы длительные ряды наблюдений. Значительн сократить сроки исследований с высокой достоверностью получаеких данных мохсно, используя полевое моделирование процесса методом на пуска по а.с. 886766 (Гаршинёв Е.А., Пружина Ы.К., Картамышев Н.И. и др., 1981).

Выполненные ранее исследования по влиянию лесной подстилки и мульчирующих материалов на эрозионно-гидрологические показатели вь вили их высокую эффективность (Сурмач Г.П., 1971; Гарпинёв Е.А., 1971; Ломакин Н.М., 1988; Тарасов В.И., 1988; Ивонин В.Ы., 1989). Имеется очень мало данных о стоке и эрозии при подтоке, имитации дождей в сочетании с подтоком.

Имеющиеся количественные характеристики влияния агролесомелис ративного комплекса на весенний и летний сток и эрозию используютс в разработках и проектировании комплексов противоэрозионных мерощ ятий на расчётной основе Швебс Г.П.,1974; Сур/ач Г.П.,1976; Кузне цов М.С., Григорьев В.Я., Хан К.Ю., 1990). В качестве базовых вырг жений используют зависимости между стоком и смывом (Мирцхулава Ц.1 1970; Швебс Г.И., 1974; Иванов В.Д.,1976; Бобровицкая Н.Н., 1977),

В большинстве расчётных зависимостей присутствует фактор рел! фа в виде степенного произведения длины и уклона. Однако абсолютнс болызинство уравнений позволяет определять лишь суммарный и среди смыв на склоне и его отрезках при постоянном (среднем) для них уклоне, что вносит в расчёты искажения.

К числу последних разработок в этой области относятся уравнения для расчёта формы склонов (Гаршинёв Е.А., 1987) и текущего см! ва почвы по а.с. 1449905 (Гаршинёв Е.А. и др.,1989). Они позволяю'

>пределять смыв в любой точке склона, что повышает точность расчётов противоэрозионных мероприятий.

2. Программа и методика исследований, характеристика условий проведения опытов

В соответствии с общей задачей работы и состоянием вопроса бы-1а намечена следующая программа исследований.

1. Дополнить и усовершенствовать методику исследований эрозионно-тадрологического процесса с использованием новых методов исследований.

2. Оценить основные факторы водопроницаемости, стока и смыва

фи имитации дождевых осадков с подтоком и без него. Дать противоэро-шонную оценку лесной подстилки и мульчи.

3. Выявить и количественно оценить влияние снежных шлейфов лвсо-юлос на водопоглощение и сток талых вод, смыв и кольматаж мелкозёма [ри имитации весен различной водности в севообороте с агрофонами >азличной противоэрозионной устойчивости.

4. Получить параметры универсальной (единой) функции формы ¡клонов Донской греды.

5. Выполнить расчёт текущего смыва почвы на склонах разной юрмы с системой лесополос и без них.

6. Апробировать метод расчёта системы контурных противоэрозион-шх лесополос на допустимую величину текущего смыва.

7. Дать экономическое обоснование проекта системы контурно-пря-юлинейных стокорегулирувдих лесополос, выполненного на расчётной ос-юве с применением ЭВМ.

Полевые исследования проводились в 1987-1990 гг. в правобереж-юй части Среднего Дона в Клетском районе Волгоградской обл. не. зем-[ях колхоза "Красный Октябрь". Климат местности резко континентальной. Гидротермический коэффициент составляет 0,7-0,65. Осадков выпа-

дает 380 мм. Значительный перепад высот (200-250 и), высокая изре занность территории балочной сетью (1,5-2 и более км/км^) и больш протяжённость склонов обусловливает интенсивные процессы смыва и размыва. Преобладающие почвы тёмно-каштановые маломощные, суглини тыа и тяжелосуглинистые.

Физико-механические характеристики почв определялись согласн руководству по лабораторный и . геотехническим исследованиям грунто (1982) и соответствующий ГОСТам.

Опыты по оценке эрозионно-гидрологических характеристик при талом стоке закладывались в соответствии с методикой исследований утверждённой методборо ВШШИ (протокол * I от 4 марта 1987 г.), полевом стационаре с применением метода капуска. Его суть состоит моделировании стока разной вероятности превышения за счёт увеличе расходов и объёмов воды, поступавшей на опытные делянки (ОД). Опь включает блоки ОД шириной 2,5-3 м и различной длины на расстоянии лесополосы в пределах её снежного шлейфа 0-60, 10-60, 20-60 и 40-На ОД, расположенных на расстоянии 0-60 ы от лесополосы, формиро! лись различные агрофоны: отвальная зяблевая вспашка поперёк склоь иа глубину 22-£5 см, посев озимой пшеницы и смеси многолетних тре поперёк склона. Каждый блок опыта состоял из 4-х делянок -коолирс ной от подтока и с тремя уровнями подачи воды через тонкостенные моугольные водосливы с длиной порога 2, 4, 8 см. Это обеспечивалс отношение подаваемых расходов в пропорции 1:2:4. В осенне-зимне-i сенний период проводились определения влажности и глубины промер ния почвы. С января до окончания стока проводилась снегомерная <г ка по общепринятой методике. Определение величин стока осуществлю лось путём ежечасного измерения напоров на водосливах с последуй построением гидрографов и определением слоя стока графоаналитиче« и на ШВМ. Величины смыва по цутностк определялись аналогично по

_ - 7 -

ергсанию взвесей в пробах воды объёмом 0,5 л. После стока опреде-ялись размеры водороин.

В опытах по искусственному довдеванию использовались методики урыача Г.П., 1962; Ванина Д.Е., Рожкова А.Г., Дмитриевой Г.А., 980; Швебса Г.И., 1974; Ларионова Г.А., 1967.

Предварительно увлажнённый насыпной образец почвы в лотке подергался дождеванию с одновременным напуском и без него в течение 0-20 мин в 2-кре.тной повторности,на установке конструкции Сурыа-а Г.П. (1962) с небольшими изменениями, касающимися времени дож-евания и конструкции дождевальной установки. Текущие, величины сто-а и смыва (мутности) определялись через 30-60 сек. В качестве об-азцов использовались песок и тёмно-каштановая почва с покрытием х мульчирущим материалом и без него.

Описание формы склонов, расчёта смыва и системы лесополос вы-олнялись на основе последних разработок ВНИАЛШ (Гаршинёв Е.А., 987, 1990) с использованием пакета прикладных программ для ПЭВМ.

Экономическая эффективность расчётной системы контурных проти-оэрозионных полос определялась на основе соответствующих методик НИИиЗПЭ (1988) и ВНИАЛШ (1990).

3. Экспериментальная оценка факторов дождевого су'ока и эрозии

Получены количественные, характеристики инфильтрации, стока и шва почвы при влиянии различных факторов. ." ;

Продолжительность дождевания. Установлено, что при увеличении ремени дождевания интенсивность стока практически не изменяется, мутность снижается в I,5-3 раза через 30 мин по сравнению с на-альннм 5-минутным интервалом. Сравнением продолжительности, интен-ивности и энергии доядей в натурных и. искусственных условиях ус-

тановлено, что дождевания в течение 10—15 мин при установившемся режиме инфильтрации с интенсивностью довдя 1,1-7,2 мм/мин достаток но для получения объективных гидрологических и эрозионных характеристик.

Интенсивность дождевания и уклон. Регрессионный анализ резуль татов экспериментов позволил установить доминирующее влияние интеь сивности дождя на мутность воды при разных уклонах (табл. I). Ура! нение имеет вид

№ = 2,25 СГ3^'5 (ошибка уравнения

Таблица I

Влияние уклона оС , град., и интенсивности дождевания О., мм/к на мутность воды № , г/л, при дождевании тёмно-каштановой по* (продолжительность довдя 15 мин)

Уклон :_Интенсивность_: Коэффициент : Мутность

гдождя : инфильтрации : • стока : стока : воды

I 2,9 0,3 2,6 0,9 6,8

3 2,9 0,28 2,62 0,9 12,4

8 2,9 0,2 2,7 0,93 18,6

I 4,7 0,45 4,23 0,91 ' 13,1

3 4,8 0,45 4,35 0,91 25,8

8 4,8 0,3 4,5 0,94 37,5

I 7,2 0,8 6,4 0,89 17,1

3 7,2 0,6 6,6 0,92 33,9

8 6.8 0,5 6,3 0,93 51,0

Влияние подтока на сток и смыв. Опыты с дождеванием и подтоком воды выявили увеличение абсолютных и относительных величин стс ка и смыва при увеличении слоя подтока (табл. 2). Вместе с тем за счёт увеличения площади затопления поверхности водою усиливается инфильтрация и, следовательно, увлажнение почвы.

Таблица 2

Влияние подтока на инфильтрацию, сток и смыз (интенсивность дождевания 2,5 мм/мин, уклон 3°)

Интенсивность подтока,

мм/мин

Суммарные осадки,

мм

Инфильтрация,

мм

Сток,

мм

Коэффициент стока

Смыв, т/га-мин

0х) Т3хх)

13 26 50

107,5

25

130 155 285 525 1100

14

64

65 101 171 363

II

66 90 184 354 737

0,44

0,51 0,58 0,65 0,67 0.67

0,21

1,85 2,98 6,84 20,64 47,16

Примечание. - доздевание без подтока;

~ подток без доспевания.

Толь лесной подстилки и мульчи. Регрессионный анализ количественных оценок эрозионно-гидрологических характеристик при дождевании тёмно-каштановой почвы с интенсивностью дождя 2,9-6,5 мм/мин при уклонах от 3 до 8° к норме внесения мульчи 1-8 т/га (рис. I) позволил установить следующую их связь с мутностью И/ , г/л:

1У=-- С>бг>б Ч7А ( илУХлХгХг=0^лУ

Для снижения смыва до допустимых величин (1,5 т/га) необходимо мульчирование нор/.ой 3-5 т/га.

Влияние лесной подстилки на сток и смыз. Наличие лесной подстилки выявило резкое снижение мутности вода при довдеваник с подтоком и бээ нзго. Вез подтока при интенсивности дождевания 1,12,5 мм/мш смыз отсутствует при 75% покрытия поверхности подс.тклкой >

с"увеличением интенсивности до 4,15-7,15 ым/мин сшб прекращается при полкой (100%) сомкнутости подстилки. При подтоке интенсивностью 26 мл/мин в сочетании с доздевакием интенсивностью 2,5 тллД'Ин

IV, Т/ГА -МИН

2,0

1.5-

1,0-

0,5-

0

Рис. I.

V— V-—

■V 2

-*г 5

2 Ч В й,мм/м1

Зависимость интенсивности смыва 0, от интенсивности дождя IV при мульчировании темно-каштановой почвы

О 2% 50 75 100 </

Сомкнутость подстилки , %

Рис. 2. Зависимость слоя стока 3 и смыва И/ от сомкнутости

подстилки при дождевании с подтоком в течение Ю м]

[аблюдается снижение стока и смыва с увеличением степени сомкнутости подстилки (рис. 2).

4. Экспериментальная оценка факторов талого стока и эрозии

Характер снегораспределения, влажности и промерзания почвы. 3 1987-90 гг. было установлено, что в осенне-зимне-весенний период в зоне снежного шлейфа протяжённостью 3-7 высот насаждений (9-20 м) наблюдается повышенная влажность верхнего (0-50 см) слоя почвы. В этой же зоне глубина промерзания почвы по сравнению с полем значительно меньше. Так, перед стоком в 1988 г. на зяби она составляла 60-80, на озимых 35-40, многолетних травах 20-25, в лесополосе 10-15 см. В 1989 г. глубина промерзания на зяби достигала 35-40, многолетних травах 30-35, в лесополосе 25-30 см. В 1990 г. из-за длительного бесснежья в декабре-январе при высокой влажности почвы и низких температурах промерзание почвы мало варьировало; оно составило на зяби 35-42, многолетних травах 25-32, в лесополосе 25-30 см.

Влияние снежных шлейфов лесополос на инфильтрацию и сток.

Регрессионный анализ влияния влажности почвы VI. , % , глубины её промерзания К , см, снегоэаласов иен , мм, на характеристики стока в 1988-1990 гг. в шлейфовой зоне лесополосы выявил наличие зависимостей

оййсм ~ на зяби и S= -Ао наVI. т -с^л^Цсн — на уплотнённой пашне

(озимые, многолетние травы).

В отличие от открытого поля увеличение снегозапасов в шлейфе приводит к уменьшению стока с части полевого склона, расположенной в непосредственной области от верхней опушки лесополосы.

Гидрологические характеристики на различном удалении от лесо-

полосы на зяби без подтока показывают, что в ближайшей приопушечно! зоне снежного шлейфа (0-20 м от лесополосы) наблюдается максимальш инфильтрация, хотя сток при этом и возрастает (табл. 3). В расчёте на всю околополосную зону (0-60 м) инфильтрация максимальна, а стог минимален в сравнении с зонами 60-40 и 60-20 м.

Таблица 3

Динамика элементов водного баланса в период весеннего снеготаяния на различном расстоянии от лесополосы на отвальной зяби

Расстояние от лесополосы вверх по склону, м

Годы

Воднобалансовые характеристики,

мм

влаго-запасы

инфильтрация

сток

а) фактические данные

60-40 1988 83,2 71,4 И,8

1939 19,6 18,4 1,2

1990 24,8 18,2 6,2

среднее 42,5 36,1 6,4

60-20 1988 63,6 54,2 9,4

1989 21,5 18,0 3,5

1990 20,3 13,4 * 6,9

среднее 35,1 28,5 6,6

60-0 1988 75,2 70,4 4,8

1989 40,0 38,5 1,5

1990 22,9 11,6 ' 6,3

среднее 46,0 ■ 41,8 4,2

б) расчётные величины

40-20 1988 57,0 38,0 19,0

1989 24,4 17,5 6,9

1990 22,0 6,2 13,8

среднее 34,5 21,3 13,2

20-0 1988 116,0 .101,6 14,4

1989 30,0 25,5 4,5

19У0 41,9 23,0 18,9

среднее 62,6 50,0 12,6

Влияние подтока на эрозионно-гадрологичес.кие характеристики весеннего стока. Рассматривая подток на опытные делянки с различными агрофонами и удалённые : на разное расстояние от лесополосы как сток с межполосного пространства различной вероятности превышения, удалось установить, что по мере его увеличения происходит увеличение абсолютных показателей инфильтрации. Одновременно наблюдается уменьшение коэффициента суммарного водопоглощения (рис. 3). Анализ данных пс стоку с зяби в 1568 г. показал, что между слоем суммарной инфильтрации Не , мм, и суммарного прихода Рс (подток + запасы воды в снеге) существуют степенные зависимости

Зс=--23.гРс°-гб; Лс^В?23'; Лс=4,2Рс°'в5 соответственно для расстояний 60-40, 60-20 и 60-0 м от лесополосы, с ошибками уравнений 0,103; 0,07; 0,04. На основе этих зависимостей были рассчитаны эрозионно-гидрологические характеристики в разных зонах снежного шлейфа при разной нагрузке их водою талого стока (табл. 4 ).

Дифференцированный расчёт водного баланса выявил, что в зоне снежного шлейфа на расстоянии 6-7 высот (до 20 м) водопоглощение увеличивается, смыв (под снегом) отсутствует и происходит практически полная аккумуляция мелкозёма. Суммарное водопоглощение в ближайшей (0-20 м) зоне у лесополосы достигает 145-409 мм, т.е. сопоставимо с водопоглоцением в лесополосе на каштановых почвах (397 мм, ло Г.Д.Сурмачу, 1976, с учётом поглощения запасов в лесополосе около 100-150 км).

Данные о скорости движения воды по склону при подтоке и без него показывают, что скорость течения воды сначала постепенно нарастает, а затем резко (з 2-4 раза) уменьшается в зоне снежного шлейфа (табл. 5). При увеличении подтока скорость течения воды поз-

о-о-

о-

H98S год

-О ЬЯ6Ь,0-20*л

--<Э ЪЯБЬ^о-^О »л

-О ЬЯБЬ.О-бОМ

—57 оь\лмые,о-бо»л

А

г

мм

ISO

19&9 год

ф------© bflSb ,0 -20 м

19SO год

в-------в ¿ЯБЬ,0-20М

------в 5ЯВЬ,о-АОгл

Рис. 3. Изменение коэффициента водопоглощения Ken при увеличении слоя подтокаР

в I988-1990 гг.

растает. Падение её в зоне илейфа приводит к повышению уровня вода в шлейфе и её перемещению под снегом на незатопленние пространства, что создает более равномерную загрузку лесополосы по её протяженности и, как следствие этого, к увеличению водопоглощения.

Таблица 4

Расчётные эрозионно-гидрологические характеристики

в различных зонах снежного шлейфа при разных слоях стока с полевого склона длиной 350 м

Расстояние от : Водный баланс и смыв при слое полевого стока,мм

лесополосы, м : 5 : 10 : 15 : 20 : 25 : 50

Подток Р , мм

60-40 88 262 350 440 875

40-20 44 156 236 318 400 815

60-20 79 88 130 175 220 440

20-0 103 180 257 336 416 827

60-0 29 58 88 112 146 292

Суммарный приход Pc , мм

60^10 170 260 346 433 520 960

40-20 124 201 281 362 443 860

60-20 108 152 195 239 283 502

20 Д) 200 276 354 433 523 924

60-0 104 133 162 192 221 36?

Суммарная инфильтрация Зс , мм

60-40 91 102 ПО 115 122 143

40-20 21 23 24 26 27 33

60-20 56 62 65 70 75 90

20-0 145 179 211 242 272 409

60-0 86 101 115 128 140 195

Сток S , мм

60-40 79 156 235 318 400 815

40-20 103 179 256 336 416 827

60-20 51 89 128 168 208 414

20-0 54 97 143 192 242 515

60-0 18 32 48 64 80 172

Смыв W , т/га

60-40 0,15 0,31 0,51 0.75

40-20 I 22 3 61 8 0 2$ ,5

60-20 0*69 1*96 4)26 7|9 13,3 76

20-0 см ы в а нет

60-0 0,15 0,5 1,3 2,9 5,7 65,3

При значительных величинах подтока на делянки инфильтрация воды ¿5 отложение мелкозёма происходят не по фронту снежного шлейфа, а по всей его поверхности.

Таблица 5

Изменение скорости течения талых вод на различном удалении от лесополосы в 1988 г.

Дата наблюдений : Скорость течения талой воды, см/с, : на расстоянии от лесополосы, м

40 : 20 : 0

17.03 1,8 * 2,8 1,8 1,0 + 1,1

18.03 1,0 + 2,5 4,5 * 5,6 1,1 + 1,2

19.03 1,0 + 1,3 3,3 + 3,7 0,7

сто подтверждается анализом характера распределения смыва по водороинам на расстоянии от лесополосы 0-60 м (табл. 6) в 1988 и 1989 гг. В 1990 г. водороин не было.

Вне зоны снежного шлейфа поперечное сечение водороин максималь-

о

ное.. В зоне снежного шлейфа размеры водороин уменьшаются. Здесь же происходит кольматан мелкозёма, смываемого с вышележащего склона. В лесополосе сыкв отсутствует или незначителен дата при большом подтоке. На озимых и многолетних травах смыз во много раз меньше, чем на зяби, что обусловлено почвозащитным действием рзстений.

5. Расчёты смыва и системы конт.урних лесньгх полос на склепах

Акэли.ч шор><ы салонов. Расчёты параметров склонов Донской гряда выиолнячмсь по уравнений логистической фикции (Гаршинёв Е.А., 1987)

пах- е. , гдеСХи^ - параметры;

я

г1 ,Цм»ос Л\«т - соответственно текущая отметка, максимальная и минимальная асимптоты, м; - длина склона, м; & - основание натуральных логарифмов. Они показали возможность описания еди-

Таблица б

Динамика смыва мелкозёма в верхней приопушечной зоне лесополосы

Суммарный: Сток :Сукмар- * % от суммарного смыва (в зоне 0-60 м) на отрезке, удалённом приход ! :ный смыв:_от лесополосы на расстояние, м_

мм ' : ш I и3/га : 60-50 : 50-40 : 40-30 ; 30-20 : 20-10 : Ю-0 :в лесополосе

1968 г., озимые

70 14 0,11 0 9 18 46 27 0 0

83 21 1,1 0 3 6 II 65 15 0

НО 53. 2,9 28 30 19 12 10 I 0

267 104 7,3 14 48 15 зябь 8 II 4 0

75 2,3 5,31 7 13 9 48 20 .3 0

75 7,3 20,8 6 14 18 30 24 8 0

98 14 24,5 15 22 21 20 19 3 0

150 91 59,1 12 1989 12 г., И зябь 21 30 13 I

22 1,5 3,71 7 27 30 многолетние 16 травы 16 4 0

20 2,7 0,47 12 8 2 38 40 0 0

ной функцией склонов различной формы (прямых, выпуклых, вогнутых и6 выпукло-вогнутых) с достаточно высокой точностью (гоуя ■ + 0,4 ... 5,30. Наименьший ошибки при описании склонов характерны для выпуклых и выпукло-вогнутых склонов. Полициклические склоны описываются также достаточно точно при разбиении их на сепаенты, соответствующие отдельным эрозионно-еккукулятивным циклам.

Расчёты текущего смыва и системы контурных стокорегулиргудцих лесополос

Расчёты текущего смыва УЫ- , т/га,на территории базового хозяйства выполнялись по выражению (Гаршинёв Е.А., 1990)

где об - коэффициент размерности и пропорциональности;

С К}- произведение коэффициентов типа почв, ыехсостава, смытос-ти;

Ьо

- слой стока с зяби; о - параметр (0,96);

По данным расчётов построена'картограмма текущего смыва для территории хозяйства. Расчёты показали наличие больших площадей, где текущий смьт превышает допустимые значения (табл. 7), достигая 50 т/га и более. Суммарный смыв с территории хозяйства на зяби превышает 86 тыс.т, средний составляет 2,8 т/га.

Расчёты системы противоэрозионных,лесополос, усиленных средствами гидротехники (канава + вал),по критерию допустимого смыва показали, что размещение на склонах хозяйства 450 га лесополос снижает среднюю величину смыва до 0,42 т/га, т.е. в 7 раз по сравнению со. средним смывом.

Выявлена специфика динамики остаточного смыва, в межполосном пространстве: он возрастает от верхней лесополосы к нижней, достигая

Таблица 7

Экспликация земель хозяйства к-эа "Красный Октябрь" Клетского р-на Волгоградской обл. по величине смыва

Текущий смыв, : Площадь : Суммарный смыв,

т/га : га : % : т

до 1,5 15600 51,5 12600

1,5...3,0 6500 21,1 14600

3,1...6,0 4905 16,0 22100

6,1...9,0 1600 5,2 12800

9,1...12,0 1135 3,9 12500 .

12,1...15,0 575 1,8 8050

15,1 и более 160 . 0,5 3600

Всего 30575 100 86250

выпуклых склонах максимума примерю на границе снежного шлейфа верхней опушки лесополосы. В зоне перегиба и на вогнутой части склонов этот максимум смещается к верхней лесополосе.

6. Экономическая эффективность системы контутжых лесополос

Экономическая эффективность системы лесных полос определялась как отношение ожидаемых доходов и экономии средств при её размещении на территории к капитальным затратам на создание 450 га лесополос на площади 30600 га.

Срок окупаемости, определяемый дуто* сопоставления суммы капвложений и убытков от размещения системы лесополос на пашне с нарас- ( тащим по годам итогом доходов от размещения предлагаемой системы, с учётом фактора времени составит 10 лет.

" вывода

I. Обзор литературных материалов и результаты исследований показывают, что в регионе Среднего Дона с интенсивной антропогенной деятельность!) активно проявляется эрозионно-гидрологичэские процес-

сы (ЭГП), определяете в значительной мере рельефом, отличающимся сильной расчленённостью, глубоким залеганием местных базисов эрозии пологими у водоразделов склонами с резким падением к долинам рек, имеющими чаще всего полициклические поверхности. Всё их разнообразие описывается единой логистической функцией с высокой точностью.

2. Расчёты текущего смыва на склонах разной формы показывают его слабое нарастание на пологих приводораздельных плато, резкое увеличение на сильно выпуклых отрезках, достижение максимума в зоне перегиба и постепенное уменьшение на вогнутых отрезках. Особенно велик смыв с зяби, достигающий 40-60 т/га при слое стока 10 мм. Суммарный смыв на ключевом участке площадью 30600 га составляет более 86 тыс.т, что вызывает настоятельную необходимость разработки комплекса мероприятий по его снижению до допустимых значений.

3. Анализ литературы свидетельствует о необходимости совершенствования методов экспериментальной оценки ЭГП. Полевое моделирование напуска талых вод по а.с. 886766 дало возможность значительно

ускорить получение и увеличить объём информации о ЭГП на склонах. В 1988-1990 гг. с веснами средней водности (сток с зяби и озимых до 12-14 мм вероятностью превышения р ■= 20-75%) оно обеспечило имитацию склонового стока слоем до 200-300 мм, что позволило дать оценку ЭГП при у> около 0,01% и менее.

Разработанный и апробированный новый метод (а.с. 1586531) позволяет за счёт применения контрастного вещества обеспечить существенное повышение точности оценок смыва и аккумуляции мелкозёма.

4. В летний период экспериментальной оценкой факторов ЭГП с ».' применением метода дождевания выявлена доминирующая роль влияния

интенсивности осадков на инфильтрацию, сток и смыв. При дождевании в сочетании с подтоком процесс количественно изменяется: происходит

значительное увеличение инфильтрации, стока и смьгва. Эти показатели соответственно составляют 1,4; 1,1 мм/мин; 2 т/га при до.ждеваник с интенсивностью 2,5 мм/мин и 36,3; 73,7 мм/мин; 472 т/га при сочетании с подтоком интенсивностью 107,5 мм/мин, эквивалентным поступлению воды со склона длиной 100 м. Качественные изменения заключаются в том, что сшв со склонов по мере увеличения длины идёт с большим участием гидродинамического фактора по сравнению с диспергирующим воздействием капель дождя.

5. Мульча, применяемая для защиты почв от действия довдя, способствует увеличению интенсивности инфильтрации на 1,5 мм/мин

и соответственно снижению интенсивности стока с 2,7 до 1,2 мм/мин, а смыва с 3 до 0,5 т/га при дождевании с интенсивностью 2,9 мм/мин.

Лесная подстилка при увеличении степени покрытия почвы от 0 до 100^ и интенсивности доздя 1,1 мм/мин обусловливает увеличение инфильтрации от 0,2 до 0,6 мм/мин, уменьшение стока от 0,91 до 0,51 мм/мин, а смыва от 0,63 т/га до нуля.

6. В зимний период у лесополосы в зоне шириной, равной 3-5 вы- ; сотам насаждения, по сравнению с открытым полем высота снега увеличивается в 1,5-3 раза (от 20-25 до 50-75 см); глубина промерзания почвы уменьшается на зяби от 70-80 см до 15-18, на озимых от 35-40 до 10-15 см, на многолетних травах от 30-40 до 10-15 см.

Обобщение экспериментальных данных уравнениями множественной регрессии

8 я -8,47-*-О,4?5\/1.+Ч0?1"1-0,<>ЭЙйЧ - для эяби и

-уплотнённой пашни позволило выявить качественную и оценить количественную специфику влияния снежного покрова у лесополосы на сток талых вод. Как и в открытом поле, имеет место доминирующее влияние на сток Э влаж-

, -22 -

ности верхнего (0-50 см) слоя почвы VI- » глубины промерзания Ье Увеличение в шлейфе снегозапасов Мсц , в отличие от открытого поля, приводит к уменьшению стока за счёт усиленной инфильтрации талой воды под снежным шлейфом.

7. Экспериментально установлено увеличение суммарного водопог-лощения Зс. с увеличением суммарного прихода талой воды Рс (собственные запасы воды в снеге + подток) и по мере уменьшения расстоя ния до лесополос:

соответственно для расстояний 60-40, 60-20 и 60-0 м от лесополосы. Дифференцированный расчёт водного баланса выявил максимальное водо-поглощение в приопушечной зоне снежного шлейфа на расстоянии, равном 6-7 высотам лесополосы. Оно возрастает с 145 до 410 мл при увеличении слоя стока с полевого склона от 5 до-50 мм.

Водопоглощедие за счёт пространственного влияния снежного шлейфа сопоставимо с локальным водопоглощением в лесополосе.

Вне шлефа (расстояние до 13-20 высот) водопоглощение при этом составляет 90-140 мм.

8. Расчётом для базового хозяйства установлено, что система контурных стокорегулиругацих лесных полос обеспечивает сокращение смыва на всей территории в среднем в 7 раз (с 2,8 до 0,42 т/га),

а на крутых отрезках склонов в 20 раз и более. Сокращение суммарного смыва при этом составляет 75 тыс.т (87%). Установлена специфическая трансформация остаточного смыва (не превышающего допустимых значений) в связи с формой склона в межполосном пространстве. На выпуклых склонах смыв возрастает от верхней лесополосы к нижней, достигая максимума примерно на верхней границе снежного шлейфа. У перегиба выпукло-вогнутых склонов и на вогнутых их частях смыв

также нарастает от верхней лесополосы к нижней, достигая максимума около середины межполосного пространства, а затем постепенно уменьшается к нижней лесополосе.

9. Экономические показатели создания системы лесополос свидетельствуют о её высокой эффективности. Срок окупаемости затрат составляет 10 лет.

ШЮЬЩДАЩИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. С целью снижения смыва почвы на склонах, создания благоприятных условий для роста и развития молодых лесополос, уменьшения заиливания сопряжённых с ними гидротехнических, сооружений целесообразно на выпуклых склонах проводить мульчирование соломой в дозе 3-5 т/га нижней части околополосного пространства у верхней опушки лесополосы вне зоны снежного шлейфа, а также междурядий в лесополосе.

2. При проектировании систем лесополос на склонах необходимо учитывать, что около полосы создается пояс шириной до 6-7 высот насаждения, где происходит увеличение инфильтрации, аккумуляции мелкозёма, а смыв отсутствует. Это даёт возможность уменьшения 4 числа рядов в лесополосе или количества лесополос без снижения их мелиоративного эффекта.

3. Апробация пакета прикладных программ для ПЭВМ, обеспечивающих расчёт параметров функции формы склонов, текущего смыва и размещения лесополос на склонах,выявила его работоспособность. Пакет предлагается для использования в картографировании и прогнозах смыва на территории, а также при проектировании в полуавтоматическом режиме противоэрозионных лесных полос и других рубежей и компонентов противоэрозионного комплекса.

Но теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. А. с. 1586531 (СССР), ЫКИ А ОН 313/16. Способ оценки эрозии и аккумуляции почвы. Заявл. 19.10.1988. Опубл. Б.И., 1990. -

3. - С. 14 (ь соавторстве).

2. Расчёт текущего смыва почвы на склонах: Информ, листок/ ЦНТИ. - Волгоград. - 1991. - Ц 283 - 91.- 4 с. (в соавторстве).

3. Расчёты контурных лесных полос на склонах: Инфори. листок / ЦНТИ. - Волгоград. - 1991. - № 318 -91. - 4 с. (в соавторстве).

4. Роль снежных лшейфов лесополос в регулировании зролионно-гидрологических процессов на склонах: Информ. листок / ЦНТИ. -Волгоград. - 1991. - № 338 - 91. - 4 с.

5. Применение логистической функции при анализе формы'склонов Донской гряды: Информ. листок / ЩГИ. - Волгоград. - 1991. -

№ 397-91. - 4 с. (в соавторстве).

Подписано ¡з печать 16.03.92. Печ. лист I. Тираж 100 экз. Заказ 2 .

Печатно-ццокительный участок ВНИАЛМИ. г.Волгоград.