Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-эрозионное состояние черноземов типичных ивыщелоченных западной части Тамбовской равнины и пути их рационального использования

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Эколого-эрозионное состояние черноземов типичных ивыщелоченных западной части Тамбовской равнины и пути их рационального использования"

На п]Р|а8рукс10Ди

1 1 5-СЕН 7ППП

Зубков Александр Владимирович

Эколого - эрозионное состояние черноземов типичных и выщелоченных западной части Тамбовской равнины и пути их рационального использования.

Специальность 06.01.03 — «Агропочвоведение»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж, 2000

Работа выполнена на кафедре агрохимии и почвоведения Мичуринского аграрного университета в период с 1997 по 1999 гг. и на кафедре почвоведения Воронежского государственного аграрного университета им. К. Д. Глинки в период с 1999 по 2000 гг.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

Ведущая организация:

Воронежская государственная лесотехническая академия.

Защита состоится 29 июня 2000 г в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета К. 120.54.06 в Воронежском государственном аграрном университете им. К. Д. Глинки по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного аграрного университета им. К. Д. Глинки.

Научный руководители:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Д. Иванов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. А. Трунов.

«

профессор А. Ю. Черемисинов, доктор географических наук, профессор В. М. Смольянинов

Автореферат разослан ЛЭ 2000 года.

Поьц.о

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

В. И. Воронин

-3-

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследований обусловлена недостаточной изученностью эродированности склонов крутизной менее 1°, нарастанием интенсивности водной эрозии, резким снижением плодородия чернозёмов, а также необходимостью определения ущерба сельскохозяйственному производству вследствие водной эрозии и разработки комплекса почвозащитных мероприятий.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы была оценка современного эрозионного состояния черноземов типичных и выщелоченных на склонах крутизной менее 1° западной части Тамбовской равнины.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- проследить взаимосвязи и взаимодействия факторов почвообразования и процессов водной эрозии;

- выявить характер изменения свойств чернозёмов типичных и выщелоченных под влиянием процессов водной эрозии;

- исследовать сущность формирования и зависимость структуры почвенного покрова от процессов водной эрозии как фактора его дифференциации.

Научная новизна:

- впервые дана комплексная оценка эрозионного состояния чернозёмов типичных и выщелоченных Тамбовской равнины по совокупности факторов, её обуславливающих;

- раскрыты взаимосвязи процессов водной эрозии почв и факторов почвообразования в условиях Тамбовской равнины;

- исследована взаимосвязь процессов водной эрозии и структуры почвенного покрова (C111I) в условиях Тамбовской равнины;

- установлено, что основным фактором деградации чернозёмов типичных и выщелоченных в условиях склонов крутизной менее 1° является водная эрозия почв, обусловленная концентрацией и стоком больших масс воды;

- выявлено влияние водной эрозии на свойства почв и определены пути их рационального использования.

Защищаемые положения:

- специфика природных условий на территории западной части Тамбовской равнины обусловила проявление и широкое развитие процессов водной эрозии на пахотных почвах с небольшими уклонами;

- в условиях интенсивного антропогенного воздействия под влиянием водной эрозии происходит значительная дифференциация и деградация почвенного покрова западной части Тамбовской равнины;

- водная эрозия почв приводит к ухудшению водно-физических, физико-химических и биологических свойств почвы, к снижению уровня их плодородия.

Практическая значимость исследований состоит в детальной характеристике чернозёмов типичных и выщелоченных Тамбовской равнины, которая достигнута на основе наблюдений за процессами водной эрозии с использованием методов полевой почвенной съёмки в сочетании с закладкой почвенно-геоморфологических профилей, позволивших отобразить реальную СПП, определить свойства эродированных почв и разработать пути рационального использования почв.

Личный вклад автора. В течение 1997 - 2000 гг. автором выполнены следующие виды работ:

-4- изучены и систематизированы данные почвенных исследований инсп тута «Росгипрозем», Комитета госстатистики г. Тамбова, Комитета по : мельной реформе и земельным ресурсам и Комитета по охране окружаюш среды Тамбовской области, Управлений сельского хозяйства и продоволы вия Первомайского, Мичуринского, Петровского и Никифоровского район< а также данные отдельных учёных и исследователей; на основе анализа по; ченных данных было разработано направление и методика исследований;

- заложено 10 почвенно-геоморфологических профилей (29 разрезов), н; из которых проводились трёхгодичные мониторинговые исследования; местам закладки профилей был произведён отбор образцов почвы и выпс нен их химический анализ;

- определены показатели, характеризующие снижение плодородия поч] от водной эрозии; рассчитан экономический ущерб, причиняемый сельско хозяйству водной эрозией; намечены пути предотвращения дальнейше снижения, а затем и повышения, плодородия почв Тамбовской равнины.

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям доктору сельскохозяйственных наук, профессору Иванову В. Д. и докто сельскохозяйственных наук, профессору Трунову И. А., а также докто сельскохозяйственных наук, профессору Паракшиной Э. М. за помощь ценные советы.

Апробация работы и публикации. Материалы и результаты дисс< тационной работы доложены и обсуждены на заседании VII Всероссийск школы «Экология и здоровье» 6 — 10 октября 1997 года (Пущинский научн] центр РАН), на международной студенческой конференции «Кризис почве ных ресурсов: причины и следствия» 15-19 декабря 1997 года (Санкт - Г тербургский государственный университет), на 50 научной конференции ci дентов и аспирантов «Проблемы и перспективы развития АПК в у слови рыночных отношений» 16 — 17 апреля 1998 года (Мичуринская государ( венная сельскохозяйственная академия) и на III международной научно производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного npoi водства на современном этапе и пути их решения» в 1999 году (Белгородсь государственная сельскохозяйственная академия).

По теме диссертации опубликовано 4 научные статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введен] шести глав, общих выводов и предложений, списка литературы из 294 i именований, в т. ч. 3 на иностранном языке. Содержание изложено на 1 страницах стандартного текста, включает 23 таблицы и 18 рисунков, в т числе 11 рисунков в приложении.

Краткое содержание диссертационной работы 1. Водная эрозия почвы. Причины и условия развития. Ущерб, причиняемый сельскому хозяйству В ряде литературных источников (Барабанов, 1980; Брауде, 1965; Засл. ский, 1979; Котов и др., 1969; и др.) отмечается, что склоны небольшой kj тизны (менее Io) не являются эрозионноопасными и это положение исполь: ется присоставлении картограмм эрозии почв и проектировании противоэр зионных мероприятий. В учебнике для студентов высших учебных заведен «Агропочвоведение» говорится о том, что плакорные участки крутизной ь нее 2° представляют собой единственные эрозионно безопасные участ пашни. В. А. Потапов (1990) установил, что эрозия на склонах менее 1-1 имеет место лишь в садах, в полевых же условиях эрозия почвы на так склонах не проявляется. Исследования других авторов (Белюбская,

-51998; Горя, 1994; Иванов, 1983, 1984; Маккавеев, 1955; Намжилов, 1980; Па-ракшина,1995; Паракшина, Паракшин, Детков, 1997; Рожков, Шелякин, Не-стеренко, 1980), напротив, свидетельствуют о довольно значительной подверженности эрозии склонов крутизной менее 1°. Отсутствие у ученых и исследователей единого мнения по данному вопросу обуславливает необходимость дальнейших исследований в этой области.

Определение показателей эродированное™ почвенного покрова Тамбовской равнины необходимо также для достижения современного уровня знания антропогенно - природных явлений и объектов, для принятия адекватных решений в области землеустройства, земледелия, экологии, бонитировки и экологической оценки почв и почвенного покрова в целом, земельного кадастра, сельскохозяйственного менеджмента и маркетинга.

¿.Природные условия, объекты, программа и методика исследований

Климат Тамбовской области умеренно - континентальный с достаточно морозной зимой и теплым, порой жарким летом. Сумма температур > 10°С с севера на юг измеряется с 2300 — 2600° С. Сумма осадков за период активной вегетации 225 — 265 мм. Минимальная температура зимой достигает - 42°С, максимальная температура летом достигает 41 °С. Засухи случаются каждые 2-3 года.

Объект исследований - черноземы типичные и выщелоченные, расположенные на склонах крутизной менее 1° Тамбовской равнины.

Исследовательская работа проводилась в период с 1998 по 2000 гг. путем экспедиционного обследования территории, закладки почвенно - геоморфологических профилей, лабораторного исследования отобранных образцов почвы, анализа и обобщения полученных результатов.

Определение эродированности почв осуществляется путем сравнения мощности генетических горизонтов в разной степени эродированных почв склонов с неэродированными почвами водоразделов.

Кроме того, проводились трехлетние мониторинговые наблюдения за изменениями основных химических и физико-химических свойств почв различных участков склонов.

Для установления интенсивности эрозионных процессов и их влияния на свойства чернозёмов типичных и выщелоченных Тамбовской равнины были использованы следующие методы:

информационно-аналитический рекогносцировочный; детальной почвенной съёмки (картографический); почвенно-геоморфологических профилей; «реперов»

сравнительно-аналитический;

общепринятые методы определения физико-химических свойств почв.

В почвенных образцах определялся гумус по Тюрину, сумма обменных оснований - по Каппену - Гильковицу, подвижный фосфор и обменный калий - по Чирикову, гидролитическая кислотность - по Каппену, гранулометрический состав — по Качинскому, рН солевой вытяжки - потенциаломет-рически, плотность почвы - по Вадюниной и Каргалиной, полевая влажность - весовым методом, степень насыщенности основаниями - расчетным методом.

Данные методы исследований позволяют наиболее точно установить и проследить интенсивность эрозионных процессов и их влияние на структуру почвенного покрова и свойства чернозёмов типичных и выщелоченных Тамбовской равнины.

-63. Основные факторы развития процессов водной эрозии

Степень потенциальной опасности водной эрозии определяется mi гими факторами, характеризующими климат, рельеф, геологию, растите, ный покров, хозяйственное использование земель (Иени, 1948; Сус, 19' Конке, Бертран, 1962; Закиров, 1985; Кузнецов, Григорьев, 1985; Паракши 1995; Teaci, Burt, Vjiculescu, Monteanu, 1975; и др.).

В условиях континентального климата лесостепной зоны водная э] зия вызывается стоком талых и ливневых вод. Летние осадки часто hoi ливневый характер. Сильные интенсивные ливни вызывают поверхности сток и струйчатые размывы. Крупные капли дождя разрушают комочки п< вы, производят сортировку почвенного материала, образуют участки скоп, ния мелкозема, агрегаты которого имеют размеры песчаной фракции.

Несмотря на то, что по общему мнению (Брауде, 1980 и др.) н; больший ущерб почвенному покрову Тамбовской равнины причиняет эроз от стока талых вод, наблюдений за склоновым стоком здесь очень мало.

В результате наших исследований выяснилось, что основными ф; торами формирования такого стока являются запасы воды в снеге, особен} сти распределения снега на склоне и интенсивность снеготаяния. Так, склонах северной экспозиции как правило накапливается больше снега, ч на склонах южной экспозиции. Соответственно и водозапасы в снеге сев< ных склонов превышают водозапасы в снеге южных склонов (табл. 1).

Но интенсивность эрозии в наибольшей мере определяется сооп шением водозапасов в верхних и нижних частях склонов. В среднем запа воды в снеге составили: на склонах северной экспозиции в верхней час 56,1, в нижней 71,9 мм; на склонах южной экспозиции-соответственно 74,i 39,9 мм. А в связи с тем, что при прочих равных условиях снег интенсивь тает на склонах южной экспозиции, то к концу снеготаяния в нижней час склона снег состоял из отдельных пятен. Данное обстоятельство приводилс тому, что потоки воды, перемещаясь по оттаявшей почве, переносили пс венные частицы из поверхностного слоя. При величине коэффициента стс талых вод, определяемого по В. Д. Иванову (1982), равного в 1997 г. 0,71 1998 г. - 0,70, в 1999 г. - 0,89, сток талых вод в 1997 г. на склоне северн экспозиции составил 678 м /га, на склоне южной экспозиции — 540 м3/га: 1998 г. соответственно 249 и 257 м3/га; в 1999 г. - 746 и 514 м3/га (табл. 1).

Кратко рассмотрим взаимосвязи рельефа земной поверхности и вс ной эрозии. Одной из причин недооценки опасности водной эрозии на Та бовской равнине явилось отсутствие единого мнения о том, что склоны Kf тизной менее 1° могут сформировать сток, достаточно мощный для развит плоскостного смыва. Однако особенности природных условий и антропоге ное воздействие на почвы (уплотнение, снегозадержание и др.) привели повсеместному смыву даже на склонах крутизной менее 1°. Действие талых ливневых вод на выровненной пашне приводит к рассечению поверхнос склонов, возникновению и углублению струйчатых размывов. Особенно и тенсивно это происходит при наличии борозд и даже самых мелких рядке направленных вдоль склона.

Наблюдения за стоком ливневых вод в период с 1 по 30 июня 19 года позволил определить, что разрушающая сила водных потоков напрям) зависит от длины и крутизны склонов. Так, с увеличением крутизны склон с 0,5° до 0,9° количество перемещенного материала увеличивается в средн( с 94,3 до 148,1 кг/га в месяц. Подобная зависимость сохраняется и при увел чении длины склонов.

Таблица 1

Запасы воды в снеге и величина с тока талых вод в зависимости от экспозиции склона

10.03.1997 г. 10.03.1998 г. 10.03.1999 г.

Участок Часть Запасы Сток •Запасы Сток Запасы Сток '

склона воды в воды, воды в воды, воды в воды,

снеге, мм м3/га снеге, мм м3/га снеге, мм м^/га

Северный Верхняя 83,0 58 9 16,0 11 2 72,9 64 9

склон Средняя 97,6 69 3 33,0 23 1 88,1 78 4

(оз. Нижняя 106,0 75 3 58,0 40 6 90,6 80 6

пшеница) Среднее 95,5 67 8 35,6 24 9 83,8 74 6

Южный Верхняя 94,0 66 7 61,3 42 9 69,4 61 8

склон Средняя 83,0 58 9 33,0 23 1 52,2 46 5

(оз. Нижняя . 51,0 36 2 17,0 11 9 51,9 46 2

пшеница) Среднее 76,0 54 0 36,7 25 7 57,8 514

-о

Если средняя величина выноса рыхлого материала со склонов длино менее 1 км (0,9 °) составила в среднем 129,4 кг/га в месяц, то с подобны склонов длиной 1 - 2 км было вынесено в среднем 164 кг/га в месяц.

Выявлена также зависимость водной эрозии от формы склонов. Tai при сравнении мощности генетических горизонтов почвенных профилей сл: бовыпуклого (проф. № 4 «Дубовое») и слабовогнутого (проф. № 5 «Яблон< вый сад») склонов было обнаружено, что мощность гумусового слоя (А + Е почвы верхней, средней и нижней частей слабовогнутого склона равна соо* ветственно 107, 86 и 67 см, тогда как мощность гумусового слоя тех же ча< тей слабовыпуклого склона равна соответственно 83,75 и 60 см. Легко по; считать, что разница мощностей гумусовых слоев почв склонов различны конфигураций составляет: в верхней части склонов — 21 см, в средней — 8 и нижней — 7 см.

Высокую степень зависимости водной эрозии от растительного п< крова иллюстрируют данные представленные на рис.1. На зяблевых поля склонов обеих экспозиций кривые перемещения почвенного материала npai тически симметричны при более высоких показателях на склонах южно экспозиции, где, как уже было определено выше, интенсивность эрозионны процессов значительно выше, чем на склонах северной экспозиции.

Склоны южной экспозиции

Склоны северной экспозиции

Рисунок 1. Зависимость перемещения рыхлого материала на склонах различ ных экспозиций от растительного покрова. Примечание: а, в - озимая пшеница; б, г - зябь; 1 - 4 - номера учётных площадок.

На полях, покрытых озимой пшеницей, перемещение рыхлого материала значительно сокращается на всех элементах склона. При смыве слоя почвы из транс-элювиального ландшафта (площ. 2) зяблевого поля средней мощностью 0,9 мм за период с 10.98 по 5.99 гг. с того же элемента рельефа поля, засеянного озимой пшеницей, был снесен слой почвы мощностью 0,2 мм или в 4,5 раза меньший.

Почвообразующие породы, представленные лессовидными суглинками и глинами, имеют качества, определяющие их склонность к смыву и размыву - это, например, незначительная водопрочность их агрегатов, способных распадаться от нескольких капель дождя и при любом намачивании. Интенсивность водной эрозии также в значительной степени определяется механическим составом породы (табл.2). Чем тяжелее гранулометрический состав почвообразующих пород и почв, тем слабее проявление водной эрозии. Так, вынос рыхлого материала с учетных площадок с почвами легкоглинистого гранулометрического состава достигал 68,3 и 71,6 кг/га в месяц соответственно в Первомайском и Никифоровском районах, тогда как вынос материала из почв, сформировавшихся на легкосуглинистых лёссовидных суглинках, составил уже соответственно 117,8 и 118,1 кг/га в месяц.

Таблица 2

Величина выноса рыхлого материала в зависимости от _гранулометрического состава почв, кг/га/мес_

Гранулометрический состав почв Первомайский район Мичуринский район

легкосуглинистый 117,8 118,1

тяжелосуглинистый 92,3 89,7

легкоглинистый 68,3 71,6

4. Качественная и количественная оценка воздействия процессов водной

эрозии на почвенный покров

Анализ результатов наблюдений позволил нам выделить шесть временных периодов, в которых процессы водной эрозии достигают своих максимальных и минимальных значений (табл. 3.). Это 1) зимний период, 2) период весеннего стока талых вод, 3) «сухой» период, 4) период ливневых дождей, 5) период уборки урожая, 6) период осенней обработки почвы.

Максимальной разрушающей силы водная эрозия достигает в момент весеннего стока талых вод. Этот период характеризуется появлением значительного количества струйчатых размывов, промоин и водотоков. Еще один всплеск интенсивности водной эрозии совпадает с периодом уборки озимых культур и проведением культивации посевов других сельскохозяйственных культур. Перемещение мелкозема под воздействием частых и интенсивных дождей достигает довольно высоких значений.

В результате наблюдений за процессом водной эрозии выявлена общая закономерность в изменении основных свойств почвы. По направлению от вершины склона к его подножью происходит снижение запасов гумуса и питательных веществ, увеличение кислотности, снижение величин суммы обменных оснований и степени насыщенности ими почвы (табл. 4), а также другие негативные процессы. Сокращение содержания гумуса в пахотном слое почвы по направлению отводораздела к подножию склона происходит на всех учетных площадях, но наибольшие различия были выявлены на площадках №3 «Новосеславино» и № 7 «Опытное поле».

Таблица

Сезонные особенности процессов водной эрозии на склонах малой крутизш _(< 1°) западной части Тамбовской области_

Сезонная хронология процессов водной эрозии Доминирующие агенты эрозии Процессы, происходящие в почвенном покрове Характер трансформации поверхности почвы

Зимний период низкие температуры, замёрзшая вода - вода проникает внутрь комков и глыб и под влиянием низких температур разрывает их на мелкие агрегаты - поверхность в значительной степени почвы защищена снежным покровом

Весенний сток талых вод потоки талых вод - с потоками талых вод происходит вынос почвы вниз по склону-происходит сортировка мелкозёма; - аккумуляция отсортированных наносов в понижениях и нижних частях склона и разрушение агрегатов до эрозионных размеров менее 1 мм - появляются струйчатые размывы и промоины вдоль дорог и ложбин стока; - в нижних частях склонов появляются водороины и конусы выноса

«Сухой» период техногенная деятельность человека, ветер и отдельные ливневые ДОЖДИ - происходит засыпание и выравниваниеструйчатых размывов, водороин и микроложбинок; - комки и глыбки в поверхностном слое измельчаются орудиями машин до размеров менее 1 мм; - почва сдвигается вниз по склону и перемешивается с наносами; - дезагрегация почвы каплями дождя и незначительное передвижение мелкозёма в поверхностном слое - бороздчатая поверхность свежей обработки; - после ливней незначительные струйчатые размывы и учаски отсортированных наносов

Период ливневых дождей частые ливневые дожди и воздействие техники - каплями дождя разрушаются комки и глыбки; - происходит сортировка и аккумуляция мелкозёма; - поверхность почвы выравнивается; - орудия машин измельчают почвенные агрегаты до эрози-онноопасных размеров - поверхность почвы становится гофрированной; - увеличивается число струйчатых размывов вдоль бороздок и по следам колёс и гусениц сельскохозяйственных машин

Период уборки урожая влияние техники - происходит дезагрегация и распыление верхнего слоя почвы; - уплотняются пахотный и подпахотный горизонты - поверхность почвы выровнена, но значительно иссечена протекторами и гусеницами машин

Период осенней зяблевой обработки влияние техники - в процессе обработки формируются комки и глыбы - поверхность почвы шероховатая после зяблевой обработки

В первом случае различие в содержании гумуса в верхней части склона в слое 0-31 см (6,52%) относительно нижней в слое 0 - 28 см (5,14%) составила 1,38%. Во втором случае процентное содержание гумуса в пахотном слое нижней части склона также значительно - на 1,77% ниже, чем в верхней.

Наиболее значительные потери питательных веществ в результате водной эрозии были выявлены в почве профиля № 5 «Яблоневый сад». Так, содержание подвижных форм фосфора на водоразделе, в средней и нижней частях склона в слое 0 - 20 см составило соответственно 25,7; 23,5 и 9,9 мг/100 г почвы, что свидетельствует о значительных потерях Р205 в нижней наиболее эродируемой части склона. Величина содержания К20 по элементам склона более стабильна.

Почвы Тамбовской равнины имеют тенденцию к увеличению кислотности (табл. 4). Например, рН почвы верхней части склона площадки «Дубовое» (0-12 см) составляет 5,4, а в нижней части склона на участке с ярко выраженным водотоком реакция почвы увеличивается до 5,6. Гидролитическая кислотность здесь увеличивается с 9,0 на водоразделе до 9,4 мг -экв/100 г почвы в нижней части склона (0-12 см). В результате водной эрозии происходит снижение содержания поглощенных оснований. Действительно, сумма поглощенных оснований в слое 0 - 27 см верхней части склона профиля № 7 «Опытное поле» составила 46,7 мг - экв / 100 г почвы и степень насыщенности ими почвы — 88,00 %, а в нижней части склона эти показатели снизились соответственно до 34,6 мг - экв / 100 г почвы и 83,49%.

Запасы гумуса в гумусовом слое (А+В) почвы также зависят от элемента склона. Так, в водораздельной части профиля № 2 «Рассвет» запасы гумуса в слое 0 - 110 см составили 734,64 т/га, а в нижней части склона при значительном сокращении мощности гумусового слоя (до 69 см) и процентного содержания гумуса (на 0,86% в гор. Ап) в почвенных горизонтах запасы гумуса составили всего 339,43 т/га.

Анализ гранулометрического состава почв позволил определить следующие изменения. С увеличением смытости снижается содержание илистой фракции и увеличивается содержание фракций песка (табл. 5, 6). Так, в не-смытом черноземе (Р.1) профиля № 1 «Яровая пшеница» (табл. 5) в слое 0 -20 содержание илистой фракции составляет 42,54%, в слабосмытом (Р.2) — 38,06 % и в среднесмытом (Р.З) — 37,20 %. Содержание фракций крупного и среднего песка в профиле № 3 «Новосеславино» (табл. 6) в несмытом черноземе в слое 0 - 20 см составляет соответственно 0,16 и 3,66 %, на слабосмытом - 2,21 и 4,91 %, на среднесмытом - 5,96 и 4,52 %. Уменьшается и содержание фракции средней пыли. В несмытых черноземах ее в слое 0 - 20 см содержится 11,76 %, а в среднесмытых - 10,11 %.

Основные физико-химические свойства почв мониторинговых площадок (в среднем за три года, 1997 - 1999 гг.)

Часть склона, разрез Горизонт, тубкна, си Гумус. 7« Запасы гу?,1уса (А-Ш), т/га рН Нг, мг-экв/100 г почвы Б, иг-экв/100 г почвы V, % Рг О; мг/100 г почвы КгО иг/100 г почвы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

№1 вершина Ап1 0-5 Ап2 5-25 6,55 6.45 530,49 5,7 5.6 7,8 8.0 25.6 24.7 76,64 75.48 11,3 11.8 32,6 27.1

«Яро Бая №2 середина Ап1 0-8 Ап2 8-28 5,56 5,31 615,47 5,4 5,2 11,25 10,5 19,2 17,4 63,05 62,43 5,8 6,0 25.1 20.2

пшеница» №3 нижн. ч. Ап1 0-8 Ап2 8-28 6,28 5,99 356,21 5.5 5.6 8,5 8,4 18,6 19,2 68,69 69,57 9.0 6.1 29,3 15,9

№2 №4 вершина Ап 0-25 6,19 734,64 5,6 2,7 30,7 91,93 6,8 6,0

«Рассвет» №5 середина Ап 0-25 5,29 534,89 5,4 3,7 28,7 87,90 3,3 4,8

№6 нижн. ч. Ап 0-21 5,12 339,43 5,4 4,2 25,0 §6,60 3,1 2,9

№3 №7 вершина Ап1 0-15 Ап2 1531 6,60 6,45 606,80 6,8 6,7 5,32 6,14 29.7 29.8 84.8 82.9 8,5 4,0 7,3 5,6

«Новосе сла- №8 середина Ап1 0-15 Ап2 1530 6,06 5,81 448,07 6,5 6,7 5,52 5,71 29,3 30,5 84.2 84.3 2,7 1,4 3,7 3,6

вино» №9 нижн. ч. Аш 0-28 5,14 358,74 5,7 4,39 29,2 86,9 следы 2,7

К)

Продолжение таблицы 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

№4 №10 Ап1 0-12 6,39 556,63 5.4 9,0 40,8 81,97 3,4 16,3

вершина Ап2 12-40 6,68 5,8 7,8 41,0 84,03 9,8 16,1

«Дубовое» №11 Ап1 0-13 6,27 492,10 5,5 7,8 40,3 83,84 7,6 13,8

середина Ап2 1340 6,45 6.0 7,1 39,9 84,97 7,6 14,5

№12 Ап1 0-12 6,00 413,84 5,2 9.4 39,0 80,65 6.5 13,2

нижн. ч. Ап2 12-40 6,21 5,6 8,1 39,9 83,14 7,8 12,5

№5 №13 Ап1 0-20 4,47 531,7 5,6 9,6 29,6 75,40 25,7 34,5

вершина Ап2 20-40 4,68 5,6 9,8 33,2 77,29 21,2 28,9

«Яблоневый №14 ABnl 0-20 4.32 508,0 5,6 8,8 29,6 77,01 23,5 36,0

сад» середина АВп2 20-40 4,20 5,7 7,1 30,1 88,97 14,0 29,0

№15 ABnl 0-20 4,26 348,6 5,4 13,2 20,1 60,38 9.9 32,4

нижн. ч. АВп2 20-40 4,26 5,1 15,8 17,5 52,54 6,9 24,6

№6 №16 вершина Ап 0-27 5,92 516,33 5,9 6,4 46,7 88,00 4.1 13,7

«Кукуруза» №17 середина Ап 0-30 5,77 437,20 4,8 8,6 43,9 82,36 3,5 10,5

№18 Ап 0-27 5,43 312,69 4.7 11,9 38,2 76,34 0,7 6,4

нижн. ч

№7 №16 вершина АпО-27 5.92 516,33 5,9 6,4 46,7 88,00 4.1 13,7

«Опытное №19 АВп 0-27 5.45 369,59 5,9 5,5 44,1 89,05 2,0 13,3

поле» середина

№20 АВп 0-27 4,15 188,38 6,5 6,8 34,6 83,49 1.5 14,3

нижн. ч.

Содержание фракции ила (<0,001 мм) в верхних слоях почвы ключевых участков №1 «Яровая

пшеница», №2 «Рассвет» и №4 «Дубовое», %

Глубина, см Участки тазгезы

№ 1 №2 №4

Р.1 Р. 2 Р.З Р. 4 Р. 5 Р. 6 Р. 10 Р.И Р. 12

0-20 42,54 38,06 37,20 35,50 34,29 32,90 32,66 30,61 25,73

20-40 43,18 39,10 37,95 39,24 33,71 34,25 30,82 30,99 29,94

40-60 42,94 40,54 - 38,71 37,17 35,11 35,49 34,18 30,01

Таблица 6

Гранулометрический состав почв на различных элементах рельефа почвенно - геомооЛологического поосЬиля №3 «Новосеславино»

Кг Гпувпа, см Ли [М.'ЕТр фртД! ик Ьлгл^и их сспмэланп»

1-0:25 0^5-0^5 0£5-0£1 0,010 005 0,005-0Л01 <0£01

7 0-20 20 -40 40-60 0.16 0,10 0.12 3,66 3£8 ЗЛО 29,70 27,46 26.90 11,76 16,92 1&53 23,92 15,44 15.18 заео 37,00 36.17 66,48 69,36 69.88

8 0-20 20 -40 40 -60 2.21 2,18 2.20 4,91 4.24 4л52 за ю 29,00 27.33 8,99 13,29 14.01 26,17 19,30 17.21 27.62 34,17 34.63 62.78 66,76 65.85

9 0-20 20-40 40-60 5.96 5,99 5.97 4.52 4,27 4X13 28,96 28,17 31,26 1а и 11,98 12.20 26,34 17,32 14.18 24,11 32,27 12.36 базе 61.5? 58.74

В различных условиях рельефа происходит значительное варьирование свойств почвы. В пробах верхней части склона в слое 0 - 30 см профиля № 8 в совхозе им. И. В. Мичурина содержание гумуса варьирует от 5,5 до 6,4 %; фосфора - от 1,0 до 5,0 и калия от 3,6 до 12,8 мг/100 г почвы; величина гидролитической кислотности от 8,4 до 11,6 мг - экв / 100 г почвы и рН от 4,5 до 5,0 (рис. 2). Различия в значениях объясняются перераспределением элементов в результате водной эрозии и механизированной обработки почвы.

-й-ГУМУС

-0-ФОСФОР

. . х- - - КАЛИЙ - О— О. кисл. □ г. кисл.

сунок. 2. Варьирование основных свойств чернозёма выщелоченного ;лабоэродированного верхней части склона профиля № 8 в совхозе

им. И. В. Мичурина

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10

—й—гумус

—о—ФОСФОР ■ - х- • -КАЛИЙ

-■о- - о.кисл. —в—г. кисл.

!ок. 3. Варьирование основных свойств чернозёма выщелоченного цнеэродированного нижней части склона профиля № 8 в совхозе им. И. В. Мичурина

-16В пробах нижней части склона варьирование гумуса происходит в пределах от 5,5 до 8,1 %; подвижного фосфора - от 1,0 до 3,7 и обменного калия - от 2,8 до 12,8 мг / 100 г почвы; гидролитическая кислотность - от 9,8 до 14,2 мг - экв / 100 г почвы; рН - от 4,5 до 5,0 % (рис. 3). В этой части склона значительное увеличение варьирования объясняется значительным усилением водной эрозии.

Наблюдения за пространственным варьированием свойств почв показали, что его показатели увеличиваются с течением времени. Так, в 1997 году коэффициент вариабельности гумуса в верхней и нижней частях склона соответственно 5 и 13%, а в 1998 году эта величина увеличилась до 6 и 18 %, что свидетельствует о значительном негативном воздействии водной эрозии на почвенный покров.

В качестве объекта для исследования влияния водной эрозии на структуру почвенного покрова была использована склоновая территори? ЮЮВ экспозиции крутизной 0,95 находящаяся в ТОО «Новоалександровское» Никифоровского района Тамбовской области. Для выявления особенностей СПП было проведено картирование данного ключевого участка е масштабе 1 : 10000 и 1 : 1000. По результатам картирования была составлен^ почвенно — эрозионная карта (рис. 4, 5, табл.7).

Исследования СПП показали, что одним из ведущих факторов преобразования ландшафтов в условиях антропогенного воздействия являете; водная эрозия. Водная эрозия оказывает на почвенный покров влияние, при водящее к его усложнению.

5. Влияние процессов водной эрозии на урожайность сельскохозяйственных культур и экономическую эффективность их производства

Учеты урожайности сельскохозяйственных культур на в разной степеш эродированных типичных и выщелоченных черноземах, проведенные в 199'

— 1999 гг., показали, что снижение урожайности на смытых почвах по срав нению с несмытыми составляет: на слабосмытых— 10 - 15 %, средне смыты:

— 15 - 25 % и сильносмытых - 25 - 40 %. Так, снижение урожайности ярово! пшеницы в нижней части склона по отношению к водоразделу составило 20,' %, озимой пшеницы - 35,1 %, гороха - 35,3 %, ячменя -29,7 %, кукурузы н; силос-37,3 %.

Оценка экономического ущерба сельскохозяйственному производст ву была проведена на примере учхоза им. Калинина Мичуринского район (табл.8).

На в разной степени смытых почвах по отношению к водоразделу се бестоимость 1 ц зерна увеличивается соответственно на 2,4; 7,1; 12,5 рубле] (7; 21; 37 %). Условный чистый доход с 1 га пашни снижается соответственн на 113,6; 283,6 и 430,4 руб. Рентабельность - на 12,1; 31,7 и 49,2 % соответст венно (табл. 6). Снизилась и выручка от продажи зерна. Выручка от продаж урожая зерновых на водоразделе при стоимости зерна 61,3 руб / ц составил 1422,2 руб., а на смытых почвах - соответственно 1281,2; 1066,6 и 852,1 руб.

т

- 17-

21 ^ Г—«----

э ТЭ -й-ТА . 4) А

ИТ* 1«Т и ти 1гг МЯяШоЖг,--ЧЛхго-ЧЛ™

1 » п-ш'-ПА'-ЛНИ ик' •) »А' • »11> •

—А*- - -А'-•ША'-ША'

1 -•-А'—А'----

Рис. 5. Схема почвенно-геоморфологического профиля №10 «Новоалександровское» Никифоровского района Тамбовской области

Таблица 7

Условные обозначения к схеме профиля №10 "Новоалександровское"

Степень

Условные обозначения

Показатель-

слабая средняя сильная

слабая средняя сильная

Эродированность (результат)

Смыв (процесс)

Ш.

Аккумулированность

кумулирова: (результат)

слабая

А'

Аккумулируемость (процесс)

слабая

А'

12

| - почвенный разрез -\__f- - пруд

- лесополоса

Ландшафты: Э - элювиальный ТЭ - трансэлювиальный ТА - трансаккумулятивный А - аккумулятивный

?

к

Рисунок 4. Почвенно

- эрозионная карта ключевого участка в ТОО «Новоалександровское» Никифоровского района Тамбовской области

Таблица 8

Влияние эродируемости почвы на экономическую эффективность производства зерна в учхозе им. Калинина Мичуринского района Тамбовской области

№ Показатели Эродированность почвы

нет слабая средняя сильная

1 Урожайность, ц/га 23,2 20,9 17,4 13,9

2 Стоимость продукции, руб/га 1422,2 1281,2 1066,6 852,1

3 Себестоимость 1 ц зерна, руб 33,7 36,1 40,8 46,2

4 Условный чистый доход, руб/ц руб/га 27,6 640,3 25,2 526,7 20,5 356,7 15,1 209,9

5 Уровень рентабельности, % 81,9 9,8 50,2 32,7

Общие выводы и предложения

1. В структуре почвенного покрова западной части Тамбовской области преобладающими являются чернозёмы типичные и выщелоченные. Неэродиро-ванные чернозёмы характеризуются высоким потенциальным плодородием -содержание гумуса достигает 6 - 8% в чернозёмах выщелоченных и 7 - 9% в чернозёмах типичных, содержание обменных кальция и магния — соответственно 26 — 36 и 30 -40 мг-экв/100 г почвы, гидролитическая кислотность меняется от 7 до 2 мг-экв/100 г почвы в чернозёмах выщелоченных и от 2 до 4 мг-экв/100 г почвы в чернозёмах типичных. Почвы хорошо обеспечены калием и азотом, недостаточно - фосфором и в целом являются лучшими почвами

цчз.

2. Равнинный рельеф местности — высота над уровнем моря в пределах 153 -165 м обусловил то, что 1749,1 тыс. га пахотных земель или 65,33% от площади сельскохозяйственных угодий Тамбовской области расположено на склонах крутизной менее 1°, имеющих значительную (более 2 км) протяжённость. Такой рельеф способствует перераспределению огромных масс талых и ливневых вод, стекающих по поверхности почвы и оказывающих на них значительное эродирующее воздействие.

3. Степень потенциальной опасности проявления водной эрозии в значительной степени определяется такими факторами, как рельеф, расчленённость территории, площадь водосбора, длина линии стока (склона), форма и

экспозиция склона; почвы, климатические и погодные условия, характер и пользования почвенного покрова.

На объектах исследования развитие водной эрозии в наибольшой м ре определялось формой склонов - склоны выпуклой формы эродируют! значительно сильнее, чем прямые или вогнутые, что подтверждается разл чиями в мощности гумусового горизонта почв склонов — различие в мощн сти гумусовых слоев почвы верхних частей слабовогнутого и слабовыпукл го склона составило 23%. Водная эрозия зависит также от длины склонов вынос почвы со склонов длиной 2 км (0,9°) составил 185,1 кг/га/мес., со скл нов длиной 1 км (0,9°) - 94,3 кг/га/мес., а со склонов длиной 1,5 км (0,9°) 164,2кг/га/мес.

4. Выявлена высокая почвозащитная роль растительного покрова. Так, i транс-элювиального ландшафта склона северной экспозиции крутизной 0,8; с растительным покровом (оз. пшеница) за восемь месяцев талыми и ливн выми водами был вынесен слой почвы мощностью 0,2 мм, тогда как с подо! ного склона без растительного покрова (зябь) - 0,9 мм. Вместе с тем, отдел ные виды растений при размещении рядов (рядков) плодовых деревьев (п< левых культур) вдоль склона способны провоцировать развитие водной эр* зии. Так, на 25.03.1999 г. высота снежного покрова в яблоневом саду дости ла средней величины 40 см с запасами воды в снеге 184,0 мм. Уже 31.03.1999 г. мощность снежного покрова и запасы воды сократились соо ветственно до 25 см и 85,0 мм. В результате быстрого таяния снега создали! условия для формирования мощных водных потоков и развития водной эр| зии. Так, со склонов северной экспозиции (оз. пшеница) средняя величш стока талых вод составила в 1997 году 67,8 м3/га, в 1998 году - 24,9 м3/га, 1999 году — 74,6 м3/га; со склонов южной экспозиции - соответственно 54,1 25,7 и 51,4 м3/га.

5. Интенсивность проявления водной эрозии зависит от гранулометрическо] состава почв. Так, чернозёмы выщелоченные на легкосуглинистых матери] ских породах ежемесячно теряют около 118 кг/га, на тяжелосуглинистых м теринских породах — около 92 кг/га, на легкоглинистых материнских пород« - 70 кг/га.

6. Максимальных значений по размерам и разрушающей силе процессы во, ной эрозии достигают весной в момент весеннего стока талых вод. Ещё oaf всплеск активности эрозионных процессов приходится в летний период, ki гда начинается период ливневых дождей. Всё остальное время года води; эрозия значительных размеров не достигают, хотя и воздействует на почве1 ный покров постоянно.

7. Водная эрозия оказывает на почвенный покров существенное воздействи приводя к изменению морфологического строения почв, а также физичеси и физико-химических свойств почв. Так, мощность гумусового горизонта ( + В) нижней части склона профиля №7 «Опытное поле» (56 см) снизилось г отношению к верхней (101 см) на 55,44%; запасы гумуса в гумусовом слс нижней части склона профиля №1 «Яровая пшеница» (356,21 т/га) сократ] лись по отношению к верхней (530,49 т/га) на 174,28 т/га; уменьшение а держания подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое от вод< раздела (6,8 и 6,0 мг/100 г) к нижней части склона (3,1 и 2,9 мг/100г) сост вило 45,59% Р205 и 48,33% К20; рН,.ол профиля №3

«Новосеславино» увеличилось в нижней части склона (рН<.ол 6,8) по линии водотока по отношению к водоразделу (рНсол 5,7) на 1,1, что объясняется большой смытостью гумусового горизонта и подтягивания линии вскипания к поверхности почвы; снизилась также величина суммы обменных оснований - с 29,6 мг-экв/100г в верхней части склона до 20,1 мг-экв/100г в нижней; произошло снижение и степени насыщенности основаниями - с 75,40 до 60,38% в почвах профиля №5 «Яблоневый сад».

8. Пространственная вариабельность основных свойств чернозёмов находится в зависимости от ряда факторов, ключевым из которых является водная эрозия. В верхней части склона профиля №11 «Совхоз Мичурина» в слое почвы 0 - 30 см на пределах 70 м содержание гумуса изменяется от 5,5 до 6,4%, тогда как в нижней части он изменяется в более широком диапазоне -от 5,5 до 8,1%; содержание подвижного фосфора снизилось в верхней части склона - от 1,0 до 5,0 мг/100 г, в нижней части склона - от 1,0 до 3,7 мг/100 г почвы; содержание обменного калия снизилось в верхней части склона - от 3,6 до 12,8 мг/100 г, в нижней части склона - от 2,8 до 12,8 мг/100 г почвы, что связано со значительной смытостью почвы.

9. Водная эрозия, ускоренная производственной деятельностью человека, является мощным фактором дифференциации почвенного покрова, способствует увеличению числа элементарных почвенных ареалов и тем самым усложняет структуру почвенного покрова.

10. Урожайность сельскохозяйственных культур находится в прямой зависимости от уровня плодородия почвы, то есть по мере усиления эродируемости почвы снижается урожайность сельскохозяйственных культур - снижение урожайности яровой пшеницы в нижнейчасти склона по отношению к водоразделу составило 20,4%, озимой пшеницы — 35,1%, гороха — 35,3%, ячменя -29,7%, кукурузы на силос — 37,3%. Уровень рентабельности производства зерна в учхозе им. Калинина Мичуринского района в 1998 году на неэроди-рованной почве составил 81,9%, на слабоэродированной - 69,8%, на средне-эродированной - 50,2%, на сильноэродированной - 32,7%.

11. В условиях западной части Тамбовской равнины наиболее эффективными мерами борьбы с водной эрозией является система почвозащитных мероприятий, включающих следующее:

а) контурная организация территории в целом по хозяйствам и на каждом конкретном склоне, учитывающая закономерности формирования поверхностного стока воды;

б) размещение на склонах буферных полос из бобовых или злаковых трав; оставление стерни растений в зиму; создание стокорегулирующих лесных полос и строительство простейших гидротехнических сооружений - во-дозадерживающих валов, валов на пашне; необходимо сооружение безопасных водосборов вдоль асфальтовых и грунтовых дорог, что позволит снизить опасность формирования стока талых и ливневых вод как вдоль дорог, так и по прилегающим к ним склонам .

в) в системе агротехнических мероприятий необходимо использовать почвозащитные мероприятия, основанные на минимализации обработки

- 22-

почвы и ресурсосбережении, позволяющие создать мощный биологичес активный слой почвы;

г) ежегодное внесение комплекса минеральных и органических удобрен: что способствует как повышению противоэрозионной стойкости почв, та! созданию бездефицитного баланса гумуса.

Выполнение данного комплекса противоэрозионных мероприят позволит улучшить экологическую обстановку в районах развитой эроз) снизит эрозию почв и обеспечит высокую продуктивность сельскохозяй венных угодий.

По теме диссертационной работы опубликованы:

1. Гумусное состояние типичных черноземов Тамбовской равнины как по] затель интегративной эрозии: Тез. докл. междун. студ. конф. - С.-П., 1997 С.60.

2. Основные почвенно-экологические проблемы агроландшафтов Тамб< ской равнины: Тез. докл. науч.-практ. конф. — М., 1998. — С. 41 (в соавтор ве).

3. Трансформация свойств черноземов выщелоченных Тамбовской равни под действием водной эрозии: Тез. докл. 50 науч. конф. студ. и аспир. - IV чуринск, 1998. - С.83 - 84.

4. Влияние различных систем содержания почвы в междурядьях сада на « фитосанитарное состояние и степень проявления водной эрозии: Тез докл. междун. науч. конф. — Белгород, 1999. — С. 77 — 78 (в соавторстве).