Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эрозия Черноземов Западной Сибири

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Эрозия Черноземов Западной Сибири"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ и лгрохимш;

Ма правах рукописи

7АНАСМЕНКО Анатолий Алексеевич

УДК 631.459.2:631.417.2

зрозия черноземов

ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

06.0i.03 — агропочвезедение и агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученей степени доктора биологических наук

Новосибирск — 1991

Работа выполнена в Институте почвоведения и агрохимии Сибирского отделения АН СССР

Официальные оппоненты:

- доктор биологических наук, '

профессор Р.Д.Дканпеисов - доктор сельскохозяйственных наук

Л.Н.Кулешов

- доктор биологических наук

В.М.Курачев

Ведущее учреждение:

Украинская сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится февраля 1992 г. на

заседании специализированного совета Д-002.15.01 по защите докторских диссертаций при Институте почвоведения и агрохимии СО АН СССР (630099, Новосибирск, 99, Советская, 18, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО АН СССР.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного сппй'|,я доктор биологических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТИ

Дктуальность_проблещ. Склоны той или иной крутизны представляют собой наиболее распространенный элемент рельефа и занимают наибольшую площадь. К-склоновым формам поверхности приурочена также и значительная доля пахотных угодий, активная хозяйственная деятельность на которых стимулирует развитие эрозионных процессов. Так как-эта деятельность изменяет сложившееся равновесие между рельефом и преобразующими его процессами, то зклоновые территории, обладающие в естественных условиях большим запасом противоэрозионной устойчивости, часто превращаются о области интенсивной денудации с противоэрозионной устойчивостью значительно ниже критической.

Несмотря на крупные достижения в изучении эрозии почв и разработке противоэрозионных мероприятий, ряд важных вопросов эрозиоведения остается слабо изученным. В частности остается /ало исследованной зависимость смыва от интенсивности снеготаяния и водозапаса в снежном покрове; почти не изучены процессы седиментации продуктов смыва. Малочисленны полевые стационарные наблюдения за динамикой-смыва, которые могли бы вскрыть сезон -тай ритм эрозии.

. В Западной Сибири эрозия почв развита почти повсеместно, -10 наиболее интенсивны процессы смыва в зоне распространения -¡ерноземов. По данным Госагропрома СССР в Западной Сибири на I -юября 1980 г. насчитывалось около 6,5 млн га эрозионноопасных земель, из них 3,4 млн га подвержены смыву в различной степени [Комплексная ...,1982).

Отсутствие общепринятых единых или дифференцированных диагностических признаков оставляет дискуссионным вопрос об объ- ^ активном разделении почв по категориям смытости. По существу чет единой стандартизированной классификации почв. Практически неизученным является режим влаги эродированных черноземов За-1адной Сибири.

Задачи_исследований_. Главная цель работы состояла в исследовании закономерностей проявления эрозионных процессов для научного обоснования мероприятий, обеспечивающих повышение продуктивности пахотных черноземов склоновых поверхностей, надежную защиту почв от эрозии. Для достижения этой пели необходимо: - выявление основных закономерностей формирования поверхностно-

го стока талых и ливневых вод, вызывающих смыв черноземов;

- изучение влияния почворазрушающих процессов на трансформацию почвенного покрова склонов;

- определение специфики режима влажности эродированных черноземов и водопотребление в агроценозах в целях борьбы с непроизводительными потерями влаги;

- усовершенствование системы классификационно-таксономического членения смытых почв;

- установление экологических последствий эрозионных процессов.

Объекты^сследований^ В качестве основного объекта иссле -дований послужили незродированные (полнопрофильные) и эродиро -ванные черноземы Предсалаирской и Приобской лесостепи - наибо -лее расчлененной части Западной Сибири, включающей Кемеровскую, восточные части Новосибирской области и Алтайского края - сформированные на лессовидных суглинках.

М§22аЦ_й££2§32Ё1Ш22л Многолетние исследования проводились на основе сопряженного использования профильно-генетического и сравнительно-географического методов, позволивших выявить об -щие закономерности строения почвенного покрова различных элементов лацдшафта.

Поверхностный сток талых, ливневых и ирригационных вод, смыв почв изучался на краткосрочных и долголетних стоковых площадках длиною 30-60 м и шириною 5-10 м, элементарных водосборах и с помощью промоин (Дрюченко, 1938).

В большинстве случаев экспериментальный цифровой материал был подвергнут вариационно-статистической обработке (Доспехов, 1568; Дмитриев, 1971).

Каучная_новизнал Показано, что изменение общего количества и интенсивности атмосферных осадков в широтном направлении определяет соотношение между величиной смыва черноземов Западной Сибири талыми и ливневыми водами.

Изучение многолетнего хода эрозии черноземов показало, что ранее среднемощные тучные высокоплодородные черноземы склоновых поверхностей трансформируются в маломощные низкоплодородные почвы; получена количественная характеристика эрозионной опасно -сти черноземов предалтайской лесостепной провинции.

Использованы оригинальные методические подходы, основанные на количественных градациях изменения морфологических признаков содержании и качестве гумуса, обменных оснований черноземов ка-

ны, позволившие разработать классификации западносибирских чв по степени смытости и противоэрозионной устойчивости.

Вскрыты основные закономерности формирования стока талых, вневых и ирригационных вод, смыва черноземов, что позволило зработать теоретическую основу для дифференцированного испо-зования склоновых земель, установить эталон при изучении и ртографировании смытых почв| показать влияние эрозионных про-ссов на экологическую обстановку и определить необходимость рогого нормирования антропогенных воздействий на относительно гко ранимые черноземы склоновых поверхностей.

За^таемкте_поло:кенияЛ I. Генетические особенности почв, вы-тенные в количественных и качественных характеристиках гумуса, анулометрического состава и поглощенных оснований являются ос-вными при определении интенсивности смыва черноземов.

2. Эрозия черноземов и седиментация продуктов смыва талыми, внсвыми и ирригационными водами осуществляется селективно в висимости от интенсивности поверхностного стока.

3. Противоэрозионная устойчивость черноземов снижается ледствие селективного выноса тонкодисперсных частиц, обогащен-х органическим веществом и обменными основаниями.

Практкческая_значимостьл Теоретические результаты работы гут быть использованы в дальнейшем исследовании проблемы усто-ивости рельефа и ландшафта, при оценке и прогнозе противоэро-энной устойчивости склонов.

■ Материалы исследований использованы при составлении с учас-эм автора Генеральных схем агротехнических и гидротехнических этивоэрозионкых мероприятий Новосибирской области, Почвенно -ззионной карты вго-востока Западной Сибири (Новосибирская, Ке-ровская области, Алтайский край) в М 1:2500000, классификации диагностики почв Западной Сибири. Материалы диссертации испо-зуются в лекционных курсах по почвоведению.

Апробация_работьк Различные разделы диссертационной работы кладывались на: конференции по борьбе с эрозией почв (Новоси-рск, 1970), Ш Всесоюзной межвузовской конференции "Закономер-:ти проявления эрозионных и русловых процессов в различных иродных зонах" (Москва, 1981), 1У (Алма-Ата, 1970), УП (Tan -ят, 1985) и УШ (Новосибирск, I98S) Всесоюзных делегатских эздах почвоведов.

Результаты исследований обсуждались на школах-семинарах:

"Методы изучения эрозионных процессов на водосборных бассейнах" (Новосибирск, 1978) и "Методы изучения эродированных почв" (Новосибирск, 1982).

Работа выполнена на основании материалов, полученных автором в период с 1968 по 1990 гг. Проведенные исследования являются частью плана научно-исследовательских работ Института почвоведения и агрохимии СО АН СССР по темам:"Почвенный покров Западной Сибири, вещественный состав и процессы почвообразования" (per. ¡í 76035783, шифр 2.24.6.4), по заданию ГКНТ при Совете Министров СССР (Пост, 201 от 31.05.72), по заданию Минсельхо-за РСФСР (тема 051.01.03 от 30.08.78). Исследования координировались программой "Сибирь".

Автор искренне признателен д.б.н. И.М.Гаджиеву за постоянно оказываемую помощь на протяжении всей работы; профессорам [Ti.С.Панин,у[ и В.П.Панфилову, д.б.н. В.М.Курачеву, чьи советы и критические замечания содействовали проведению настоящего исследования.

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность ближайшим товарищам по работе к.б.н. С.Р.Ковалевой и В.В.Рейм -хе, к.г.н. А.Ф.Путилину за участие и помощь на всех этапах работы.

95ъеы_работы. Содержание работы изложено на 500 страницах машинописного текста, включая 73 таблицы, иллюстрирована 74 рисунками. Список литературы насчитывает 397 работ на русском и 45 - на иностранном языках.-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА, ШГЕНСШЦИРУЩАЯ ЭРОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Антропогенная нагрузка на ландшафты Западной Сибири, в сравнении с европейской частью СССР, относительно невысока, что объясняется меньшей продолжительностью интенсивного воздействия на ландшафт. Длительность этого воздействия здесь не превышает 100 лет (Кирюшин, Лебедева, 1984),в то время как в европейской части страны она достигает 350 лет (Сурмач, 1970). Благодаря этому эрозионными процессами в Западной Сибири поражены, глав -ным образом, территории, характеризующиеся довольно высоким расчленением, большим распространением пахотных угодий на склоновых

млях. Распашка крутых склонов земледельческой зоны Западной бири привела к тому, что на территории в настоящее время око-7 млн га являются эрозионноопасными землями. Только в Алтай-ом крае, Кемеровской и Новосибирской областях эрозионными про-ссами поражено около 1,5 млн га или 11% площади пашни (табл. . Средние ежегодные потери твердой фазы черноземов за период тенсивного их хозяйственного использования достигают 9 т/га.

Таблица I

Распространение смытых почв и 'потери твердой фазы черноземов Западной Сибири

ай, область Пашня_1_тыс_га_ Эродированные поч- Средние еже-

всего в т.ч. ____вы^_гыс_га_______годные поте-

черно- слабо- средне- и всего ри почвы, земы* смытые сильносмы- т/га ____________________________________тые_____________________

тайский 7254 5503 822,5 241,7 1064,2 9,8 меровская 1578 1037 356,0 14,9 370,9 7,4 восибирская 3910 1286 174,1 28,3 202,4 8,9

его 12742 7826 1352,6 284,9 1636,5 9,3

Черноземы оподзоленные, выщелоченные и обыкновенные.

©АКТОРЫ РАЗВИТИЯ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

На пахотных землях Западной Сибири широко распространена озия почв. Ее развитию способствуют прежде всего естественно-торические условия территории: изрезанный холмисто-увалистый льеф; неравномерное распределение осадков в течение года с ксимумом их выпадения во второй половине лета, преимуществен-в виде ливней; сильное и глубокое промерзание почв в зимний риод, препятствующее инфильтрации талых вод. Следовательно, ыв почв обусловлен рядом специфических особенностей, важней -ми из которых выступает климат, в частности осадки.

Снеготалые_водыл Существенное разрушение почвенного покрова рабатываемых склонов, выражающееся в укорачивании и даже лик-цации гумусового горизонта, обусловлено спецификой сибирского эготаяния. Впервые о наличии этой специфики упомянуто в рабо-к А.Д.Орлова (1971, 1983). Однако полностью она не расшифро -

вана. В нашем понимании специфика снеготаяния проявляется еще с осени, когда происходит переувлажнение верхней части черноземов, которое зимой под влиянием отрицательных температур приводит к формированию водонепроницаемого экрана.

В зимнее время здесь отсутствуют оттепели, поэтому в снеге нет ледовой прослойки, которая почти всегда наблюдается в европейской части страны. Вследствие преобладания юго-западных ветров, ветроударный склон южной экспозиции в средней части акку -мулирует минимальное количество снега, а на северном, заветренном, склоне этот минимум приходится на верхнею часть.

Снеготаяние на склонах южной ориентации длится 5-7 дней и заканчивается обычно тогда, когда среднесуточная температура воздуха становится выше 0°С. К этому времени на склоне северной экспозиции снег уплотнился, прошел стадию капельного стока и достиг фазы начала стока.

Мы выделяем три фазы поверхностного стока вод различного генезиса: начало, средину, или интенсивный сток, и конец. В начальную и конечную фазы интенсивность стока поверхностных вод не превышает 2,5 л/сек.га или около I мм/час.га. Эти фазы характеризуются максимальной продолжительностью контакта воды с поверхностью почвы, но низкой кинетической энергией потока. При стоке более 2,5 л/сек.га - это интенсивная фаза или средина стока. Ее продолжительность на склоне южной ориентации исчисляется 2-4 часами в сутки, а на северном склоне, когда снеготаяние не затухает даже ночью, достигает 8-10 часов в сутки. Кинетическая энергия потока в эту фазу максимальна.

Период снеготаяния в Западной Сибири характеризуется высокой интенсивностью весенних процессов. Под этим подразумевается быстрое нарастание положительных температур воздуха. В отдель -ные дни воздух прогревается до 20°С, а ночью охлаждается до минус Ю-15°С. Резкая смена температуры воздуха в первые дни снеготаяния приводит к тому, что в средней части склона южной экспозиции снег быстро стаивает, поскольку его запасы здесь мини -мальны. Поверхность почвы оттаивает максимум на 10 см, инфиль -трации влаги препятствует мерзлотный экран, поэтому оттаявшая почва сильно переувлажнена. Содержание влаги в талом слое дос -тигает 50 и более процентов.- На 3-5-й день после начала стока водоотдача из снега достигает максимума - 11-20 л/сек.га. Та -кая высокая водоотдача характерна лишь Западной Сибири и не сво-

:твенна европейской части страны. Весь южный склон испещрен тароруслами стока. Глубина этих русел соответствует мощности гтаявшего слоя и не превышает 10 см в первые дни стока и 20 -3 см - в конце снеготаяния. Благодаря притоку воды сверху на ^лоне южной ориентации даже при минимальных снегозапасах - 40-3 мм - наблюдается значительный смыв твердой фазы черноземов: ,5-9 т/га-- на выщелоченных, 15 т/га - оподзоленных и 10-15 -Зыкновенных.

Проявление эрозионных процессов на пахотных почвах склонов, 1К и повышенный объем снеготалых вод, обусловлены не только кгозапасами и интенсивностью таяния снега, но также и высокой >донасыщенностью пахотного и промерзанием подпахотного слоев.

Среди эрозионистов нет единого мнения в )м, какие из осадков - твердые или жидкие - являются ведущими разрушении почвенного покрова склонов Западной Сибири. Боль -шство исследователей едины во мнении, что приоритет следует рдать твердым осадкам. Ведь холодный период в Западной Сибири жближается почти к полугодовому сроку, в течение которого на-шливается около 1/3 годового количества осадков. Немаловажна высокая интенсивность весенних процессов, о которой сказано дне. Однако в лесостепной зоне Западной Сибири довольно часты эжди ливневого характера, преимущественно во влажные годы, по-горяющиеся через 5-6 лет. Су>ма осадков во влажные годы превц-ает 500 мм для черноземов лесостепи и 450 мм - северной степи, в засушливые годы она 'снижается соответственно до 300 и 250мм. злболее часты ливни в северной лесостепи, а меньше всего их гвает в северной степи.

Процесс смыва почвы, вызываемый ливневыми осадками, сущест-шно отличается от смыва талыми. В теплый период года поверх -зстный сток "работает" не по разжиженной, как во время снего -1яния, а лишь по увлажненной поверхности склона; малую роль лрает экспозиция, но очень большое значение приобретают крути-1а склона и почвозащитная способность растений.

Эрозионные процессы проявляются в максимальной степени в случаях, когда додди высокой интенсивности приходятся на ке-щищенную растительностью почву. Смыв твердой фазы черноземов щелоченных - этого эталона противоэрозионнон устойчивости -)и этом находится в зависимости от количества выпадающих ссяд->в за I ливень (рис. 1).

5 10 /5 го 25 30 Ж 40- м Среднее количество осадков за I ливень

Рис. I. Влияние количества ливневых осадков мм/мин) на смыв твер-

дой фазы черноземов выщелоченных.

Черноземам оподзоленным, в силу их незначит' льной противоэро-зионной устойчи вости, свойствен на очень высокая смываемость. Ха рактерно, что на этих же почвах при тех же уклонах талые воды выносят в 3-4 ра за меньше тверды частиц, чем при выпадении ливней

Одной из особенностей продуктов твердого стока талых и ливневых вод является преобладание в их 'составе фракций мелкой пы ли и ила. В период снеготаяния отчуждается самая активная и наиболее плодородная часть■твердой фазы черноземов, обладающая вы сокой "клеющей" способностью. Вынос тонкодисперсных частиц из пахотного слоя черноземов обесструктуривает его, снижает проти-воэрозионную устойчивость.

В начале формирования стока, когда кинетическая энергия по тока недостаточно высока, чтобы перемещать отдельные почвенные макроагрегаты, происходит отрыв и транспортировка лишь тонкодисперсных частиц. Те же фракции по той же причине выносятся и в конце стока. Почвенные частицы при этом сильно гидратируются, теряют связь, приобретают свойства текучести и легко переносятся талыми водами при незначительных скоростях склонового стока (Маккавеев, 1970).

В средине стока, когда кинетическая энергия потока макси -мальна, происходит вынос всей почвенной массы на глубину оттаяв шего слоя. При этом мутность потока возрастает с 2-4 кг/м3 до 28-45 кг/м3 и в продуктах твердого стока заметно снижается коли чество ипа.

Основным фактором разрушения черноземов, распространенных на склонах, является неурегулированный поверхностный сток талых и ливневых вод. Величина отчуждения твердой фазы черноземов За-

падной Сибири изменяется в широтном направлении "и определяется противоэрозионной устойчивостью почвы, увлажненностью года и видом осадков.

ТРАНСФОРМАЦИЯ ВОДНОГО РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Основы изучения водного режима почв под естественной и культурной растительностью в элювиальных ландшафтах заложены работами В.В.Докучаева С1954) и A.A.Измаильского (1937). Режиму влаги почв склоновых поверхностей уделялось слишком мало внимания. Поэтому не случаен повышенный интерес многих исследователей к изучению водного режима почв трансэлювиального ландшафта евро -пейской части страны (Заславский, 1951, 1962 а; Сильвестров, 1955; Черемисинов, 1955; Швебс, i960; Шикула, 1962).

Почти повсеместная зяблевая вспашка западносибирских почв не способствует равномерному снегораспределению на склоновых массивах. Вследствие метелевого переноса 100-120 мм зимних осадков распределены по катене следующим образом; водораздел — 169 мм, верхняя часть склона - 132 мм, средняя - 50 мм, нижняя - 36 мм и шлейф склона - 210 мм.

Сток талых вод протекает в условиях глубокого и сильного промерзания черноземов, что ограничивает впитывание почвами склонов стекающих вод и составляет одну из основных частей непроизводительного расхода влаги. Снегозапасы на средне- и си -льносмытых черноземах, распространенных в средней и нижней частях склона, настолько малы, что здесь формируется минимальный поверхностный сток за счет собственных запасов. Талые воды к этим почвам транзитом поступают из гтриводораздельной части склона, где развиты преимущественно слабосмытые почвы.

Осадки в мае-августе довольно часто выпадают" в виде ливней высокой интенсивности, превышающей скорость фильтрации почв. Не-впитавшаяся атмосферная влага формирует поверхностный сток, усугубляющий водный режим черноземов склоновых поверхностей.

Характерное состояние влаги в почвах элювиального ландшафта - среднедоступное. Интенсивным влагооборотом охвачена в ос -новном метровая толща. Влага в слое 120-150 см покоится мертвым запасом. Водный режим верхнего 1,5-метрового слоя целинных и ра-зпаханных черноземов складывается по типу периодически промывно-

го (33% случаев) с более частым сквозным промачиванием обрабаты -ваемых почв ранней весной.

Весеннее увлажнение талыми водами лишь небольшой части гумусового горизонта слабосмытых почв, образ,ование малопроницаемо- • го экрана под оттаявшим слоем, наличие уклона способствуют миграции влаги вниз по склону. Поэтому водный режим слабосмытых черноземов складывается по непромывному типу.

Среднесмытые черноземы, обычно распространенные в средней части склона южной экспозиции и характеризующиеся минимальными снегозапасами, к концу снеготаяния успевают оттаять заметно глубже, чем слабосмьггые, и способны впитать существенное количество притекающих вод из приводораздельной части склона. Приток влаги к среднесмытым черноземам (1979 и 1983 гг.) обусловил в них периодически промывной тип водного режима.

В сильносмытых черноземах, формирующихся на склоне крутизной 6-9°, аккумулируется очень мало твердых осадков, значительная часть которых сублимируется еще до начала снеготаяния, а осадкам теплого периода легче скатиться в понижения, чем проникнуть вглубь профиля через заметно уплотненный пахотный слой, представленный смесью гумусового и иллювиального горизонтов. Поэтому здесь в летний период возникает очаг сильного иссушения не только в засушливые, но и во влажные годы, что приводит к формированию водного режима сильносмытых черноземов по так назы -ваемому "иссушающему" типу. Интенсивным влагооборотом в средне-и сильносмытых черноземах охвачена вся 1,5-метровая толща.

Миграция влаги поверхностным стоком с повышенных элементов склона в пониженные, где распространены лугово-черноземные намытые почвы, способствует их почти ежегодному (75% случаев), чаще весеннему', чем осеннему, промачиванию. Поэтому водный режим почв трансаккумулятивного ландшафта характеризуется как промывной. Активный влагооборот ограничивается верхней 0,5-метровой толщей.

Накопление осадков холодного периода для западносибирских черноземов не превышает 30-50% от суммы твердых осадков. В 1,5-метровой толще черноземов выщелоченных слабосмытых потери поч -венной влаги достигают 170 мм, среднесмытых - ПО и сильносмы -тых - 90 мм. Снижение этих потерь в эродированных черноземах происходит за счет меньшего прихода (на 40-130 мм) к ним влаги.

Различия в снзгозапасах, глубине оттаивания почв, в спосо-

!ности к неодинаковому поглощению талых и ливневых вод вследст-зие утяжеления гранулометрического состава, ведущего к снижению ¡корости фильтрации, способствуют изменению водного режима чер-юземов склоновых поверхностей. Этот режим из периодически про-«Ывного в несмытых почвах трансформируется в непромывной — в ¡лабосмытых и "иссушающий" - в сильносмытых.

ТРАНСФОРМАЦИЯ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Полнопрофильные черноземы предалтайской лесостепной провинции выполняют две важнейшие функции: а) экологическую, посиоль-<у выступают в качестве главного компонента почвенного покрова таиболее заселенной территории Западной Сибири; б) ведущую аг-эоэкономическую, так как, представляя собой основу пахотных угодий (угодий высокой хозяйственной активности), служат базой получения зерна (Хмелев, Танасиенко, 1983). Развитие эрозион -гшх процессов сильно сказывается на габитусе черноземов склоновых поверхностей. В связи с этим всестороннее рассмотрение свойств черноземов Западной Сибири приобретает особую значимость.

Морфологические_свойствал Установлено (Орлов, Танасиенко, 1975; Хмелев, Танасиенко, 1983; Танасиенко, 1985), что в пре-аелах одной и той же лесостепной провинции, но разных геомор -Дологических районов мощность гумусового горизонта (А) черноземов варьирует в пределах 44-51 см, а гумусового слоя (горизонты 4+АВ) - 56-62 см, что, согласно "Классификации ..."(1977), позволяет отнести эти почвы к среднемощным.

Характерная особенность гумусовых горизонтов (А и АВ) — чрезмерная языяоватость, служащая фациальным признаком черноземных почв Западной Сибири (Каретин, 1982). Варьирование мощности гумусового слоя в пределах расчлененной лесостепи Западной Сибири незначительно (УсЕЙ) и поэтому имеется возможность использовать в качестве эталона неэродированных черноземов почвы пологих водоразделов или верхней части склона.

Наиболее характерный и устойчивый признак черноземов, подверженных эрозионным процессам,- уменьшение мощности гумусовых горизонтов. Слабосмытые черноземы занимают нерхнгсю треть склона и характеризуются пониженной (на ЗОЙ) мощностью горизонта А.По-чзенный профиль состоит из полного набора генетических горизон-

тов и подгоризонтов -А, АВ, В1 и В2 (рис. 2). Среднесмытые черноземы распространены в средней части склона, мощность их гу -мусового (А) горизонта снижена .более чем на 50%. Поэтому пахо -тный слой этих почв представлен собственно горизонтом А, к ко -торому частично гцэипахивается и переходный горизонт АВ. Сильно-смытые черноземы встречаются в нижней, наиболее крутой, части склона и не имеют обособленных генетических горизонтов А, АВ и В. Пахотный слой данных почв представлен смесью вышеназванных горизонтов, к которым довольно часто припахивается и иллювиаль-но-карбонатный.

В условиях расчлененного рельефа часть•твердой фазы черноземов перемещается из трансэлювиального ландшафта к трансакку -мулятивному. Основная масса наносов, увлекаемых с пашни стекающими водами, откладывается у подножий склона, ложбинах балочной сети и днищах речных долин. Н.И.Маккавеев (1951) предположил, и это в целом подтверждено другими исследователями (Старостина, 1972; Ковальчук, 1983), что лишь 10% твердого стока со склонов поступает в речную сеть, 60& смываемой почвы откладывается в нижних частях склона, формируя намытые полугидроморфные почвы.

Собственно полугидроморфные почвы представлены в основном лугово-черноземными. Они характеризуются значительной мощностью как гумусового горизонта, так и выщелоченной от карбонатов почвенной толщи. • Горизонт А этих почв становится еще мощнее в случае аккумуляции смытого материала с трансэлювиального участка склона и на 25-60$ превышает мощность данного горизонта несмц-тых черноземов.

Распашка целинных земель, неурегулированный поверхностный сток, достигающий максимальных значений на склоновых землях, отрыв и транспортировка с переотложением части твердой фазы почвы потоками тальк и ливневых вод привели к формированию элементарных почвенных ареалов, отличных от распространенных на пла-коре. На склонах любой ориентации снижение мощности гумусового горизонта, превышающее уровень естественного варьирования, свидетельствует об образовании смытых почв, а увеличение таковой , на характерных позициях ландшафта указывает на возникновение намытых почв.

$И2ИН£С£И£_£_§2£Ы°гфи§ИЗ§£кие_свойства. Эрозия почв ( по Заславскому) - смыв и размыв поверхностным стоком временных водных потоков. Такое определение не раскрывает механизма влияния

80 60 . 40 .

го о

20

ян

1т

5

А

%

а.

6

п

ё

А

5 е

I

I

60. 40-го о

го

40

2

III

60 1 40 -20 -. О -20 40

2

¿2

в

'А

□ '

И *

Щ 4

Рис. 2. Мощность теистических горизонтов черноземов Кузнецкой

котловины (А) н .Присалаирья (Б и В). А и Б - тяжелосуглинистые, В - сроднесугликистые. I - чернозе -мы оподзояскт;о, Л - выщелоченные; а - наютдо (лугово-чернозе-кнкэ) почвы, б - кесмытью, з - елабосмытыо, г - средкссуытые,

стекающих вод на эродируемую,поверхность. Ведь на селективный вынос тонкодисперсных частиц накладывается такой сильный антропогенный фактор как вспашка. Смыв и вспашка сильно трансформи -рупт облик эродируемого склона. В результате этих процессов происходит разбавление богатого органическими компонентами гумусового горизонта иллювиальным и даже иллювиалько-карбонатным, что затрудняет прогноз изменения гранулометрического состава пахотного слоя склоновых земель. Не случайно в оценке влияния процессов смыва на гранулометрический состав склоновых почв среди отечественных эрозиоведов нет единого мнения. С.С.Сосолев(1948), В.П.Лидов (1957), В.Б.Гуссак (1959, Л.И.Акентьева (1971) считают, что с увеличением смыва пахотный слой обедняется физической глиной; И.С.Константинов (1966) и А.С.Скородумов (1973) указы -вавт на его неизменность; Г.А.Преснякова (1953), Г.Д.Сурмач (1970, 1976), В.С.Родионов (IS72) свидетельствуют о его утяже -лении. Все исследователи едины во мнении, что в пределах слабой смытости гранулометрический состав пахотного слоя аналогичен не-смытым почвам.

В дифференцированных по гранулометрическому составу почвах с иллювиальным горизонтом, характеризующимся максимальным накоплением илистых частиц, в случае вовлечения его в пахотный слой, механический состав последнего должен утяжеляться, что и обна -руживается в средне- и сильносмытых черноземах.

Благодаря высокому содержанию гумуса, преимущественно тяжелосуглинистому гранулометрическому составу изученные черноземы плакорных позиций в горизонте А имеют хорошую зернистую структуру. Оструктуренность черноземов склоновых поверхностей сильно отличается от черноземов плакоров. Прежде всего зто обусловлено эрозионными процессами, способствующими значительному отчуждению из пахотного слоя тонкодисперсных частиц, служащих органическими и минеральными клеями.

Черноземы иллювиального ландшафта в течение вегетационного периода характеризуются относительно высокой скоростью фильтрации как с поверхности, так и иллювиально-карбонатного горизон -та, что обеспечивает им хороший дренаж в'случае орошения. Луч -шая фильтрация (с поверхности) присуща несмытым черноземам (0,6 -1,0 мм/мин) и луг0Е0-черн0земным почвам (>2 мм/мин).

Утяжеление гранулометрического состава пахотного слоя склоновых почв, наличие уклона, значительная выпаханность и явная

>донеустойчивоеть почвенной структуры способствуют снижению юницаемости эродированннх черноземов. С увеличением смытости :орость фильтрации почв снижается, что приводит к недостаточ->глу насыщению их влагой, увеличению поверхностного стока, уси-жию эрозионных процессов.

Веиюственныч_соста В результате

юцесса биологической аккумуляции черноземам свойственно как -мальное накопление гумуса - до 13^. Содержание гумуса опреде-1ется и гранулометрическим составом. Чем тяжелее этот состав, :м б.огаче гумусом верхняя часть профиля черноземов (ряс. 3). )этому черноземы оподзоленнке и выщелоченные тяжелосуглинистые, фоко распространенные в Кузнецкой котловине, предгорьях Алтая частично в Присалаирье, относились прежде к тучным. Среднесу-шнистые черноземы Присалаирья и обыкновенные Приобья - к сре-югумусным.

Основными"носителями" гумуса черноземов служат тонкодиспе-:ные частицы, на долю которых приходится от 1/2 до 3/4 от об-;го количества гумуса, закрепленного твердой фазой почвы.

Акцент на выеокодисперсные частицы сделан потому, что, зо-:рвых, продукты твердого стока примерно на 50% состоят из мел->пылеватой и илисто;! фракций. Во-вторых, продуктам твердого :'ока свойственна высокая гумусированность.

Ежегодный вынос значительного количества тонкодисперсных ¡стиц из пахотного слоя склоновых почв привел к тому, что лишь гзненкие слабосмытые черноземы "задержались" в группе тучных, ?еднесмытые перешли в сЪеднегумуснне, а сильнссмытые - в ма->гумусные.

Состав гумуса полнопрофильных черноземов характеризуется пс гуматный. На трансформацию гумуса черноземов склоновых по-грхностей существенное влияние оказывает осеннее увлажнение )чвы и ее зимнее промораживание. 3 частности, содержание гуми-)вых кислот з несмытых и смытых почвах зимой примерно на 10 -)/ выи©, чем летом. После окончания снеготаяния в пахотном юе эродированных черноземов количество гумнновых кислот не -солько уменьшается по сравнению с мерзлыми, но остается все ; большим, чем летом (ряс. 4).

г.а сухих с осени черноземах часть талых вод весной епиты-ются, что обусловливает меньсую величину стока, а на влажных >чти все талые воды скатываются по склону. При этом в продук-

£ 0

¿0 -

£

но ■

X ьо

С во -

ных (I) и выщелоченных СП).Кузнецкой котловины (А) и Присала -ирья (Б и В).

В - среднесуглинистые, остальные - тяжелосуглинистые. I - сильносмытые, 2 - среднесмытые, 3 - слабосмытые, 4 - не-смытые, 5 - намытые (лугово-черноземные) почвы.

тах твердого стока влажных с осени черноземов, по сравнению с сухими, происходит достоверное увеличение группы гуминовых кислот. В их составе значительная доля приходится на подвижную фракцию, связанную с полуторными окислами (ГК-1). При содержа-

50

Несши- Слабо- Зредие- Сильно-

тые смытые :мытые смытые

Начало Средина Конец

стока стока стока

5040 : зо го ■ \ ю -

Рис.

■3

Несбы- Слабо- Средне-

тые смытые смытые

Начале Средин« Конец

стока стока стока

4. Состав гумуса пахотного слоя (А) черноземов и продук -тов твердого стока (Б). I - черноземы выщелоченные Кузнецкой котловины, П - черноземы оподзоленные Присалаирья. Для пахотного слоя: I - ГК мерзлых, 2 - ГК талых, 3 - ГК сухих почв. 4 -Ж. -"- , 5 - ФК -"- , 6 - ФК 7-ГК-1 , 8-ГК-1 -"- , 9-ГК-1

Для продуктов твердого стока: 1 - ГК сухих с осени почв, 2 - ГК сырых,-3 - ГК очень сырых. 4 - ФК -"- , 5 - ФК -"- , б - ФК

7 _ ГК-1 -"- , 8 - ГК-1 -"-, 9 - ГК-1 -"-

нки влаги осенью значительно меньше НВ, "выход" ГК-1 составляет незначительную величину. Количество их во влажных и очень влажных с осени почвах увеличивается вдвое против сухих и достига -ет, в зависимости от фазы поверхностного стока, почти половины углерода гуминовых кислот. В связи с этим возникает проблема поиска путей снижения растворимости гумуса в период снеготая -ния и уменьшения количества отчуждаемой твердой фазы почвы, обогащенной ГК. Если существующие темпы смыва почв талыми и ливневыми водами сохранятся в ближайшие 50-100 лет, то черноземы си-льносмытые через 33 года лишатся подвижных гуминовых кислот из всего профиля, среднесмытые - через 66 лет, а слабосмытые - через 130 лет. Ситуация очень тревожная, поскольку с ГК-1 связана возможность структуроэбразовакия (Кононова, 1963; Богданов,1964),

Гумус распахиваемых черноземов, в сравнении с целиной, становится более агрессивным и мобильным. Эффект "выпахивания" в сибирских условиях выражен ярче, чем на аналогичных почвах европейской части страны, что служит основанием более бережного отношения к гумусному состоянию западносибирских черноземов. Качество гумуса смытых почв, в сравнении с несмытыми, заметно ухудшается,.б частности гумус существенно обедняется гуминовыми кислотами. Это происходит вследствие выноса тонкодисперсных частиц, обогащенных гуминовыми кислотами; в результате повышенной растворимости гумуса в переувлажненном с осени пахотном слое; из-за припахивания иллювиального горизонта, обогащенного фуль -вокислотами. Все это приводит к резкому снижению противоэрози -онной устойчивости пахотного слоя черноземов склоновых позиций.

Агдохимические_свойства^ у!нтенсивная антропогенная нагрузка на агроландшафт теплого склона сопровождается усиленной минерализацией гумуса с высвобождением азота и зольных элементов, с одной стороны, и отчуждением значительного количества твердой фазы почвы, обогащенной органическим веществом и азотом - с другой. В итоге запасы азота с 14-18 г/га в несмытых черноземах снижаются до 10 в слабосмытых, 6 - среднесмытых и 5 т/га - в си-льносмытых, а вследствие аккумуляции почвенного материала на лу-гово-черноземных почвах - возрастают до 25 т/га.

Запасы азота нитратов в эродированных черноземах крайне низки и варьируют от 22 кг/га б слабосмытых почвах до 10 кг/га - в сильносмытых. Поэтому все смытые почвы сильно нуждаются в азотных удобрениях.

Обеспеченность подвижными фосфором и калием полнопрофиль -ных черноземов высокая, слабосмытых: - средняя, а средне- и си -льносмытых - низкая.

Значительные запасы валовых и подвижных азота, фосфора и калия з несмытых черноземах, хорошая" обеспеченность теплсм и влагой способствуют формированию высоких урожаев зерна возделываемых культур. 3 среднем за I96S-ÍS90 гг. сбор зерна яровых культур на несмытых почвах составлял 23 ц/га.

Режим влаги, питательных веществ и, как следствие, урожай сельскохозяйственных культур зависят от смытосги черноземов (рис. 5). В среднем за период исследований он составил {%)•. на несмытых - ICO, слабосмытых - 80, среднесмытых - 60, сильносмы-тых - 50 , a lia намытых - 125.

Рис. 5. Урожай зеленой массы кукурузы (А) и зерна пшеницы (Б) на черноземах.

1 и 3 - черноземы выщелоченные Кузнеыкой котловины.

2 и 4 - черноземы обыкновенные Приобьк.

Снижение продуктивности эродированных черноземов привело к ежегодному недобору только в' трех областях Западной Сибири примерно 500 тыс т зерна.

Интенсивная эксплуатация склоновых земель без применения лротивоэрозионных агротехнических приемов сопровождается отчу-

ждением значительного количества макроэлементов из пахотного слоя черноземов. Потери этих элементов в 1,5 раза в среднесмы -тых и в 2 раза - в сильносмытых превышают отчуждение валовых и подвижных азота, фосфора и калия из слабосмытых черноземов.

ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ И ДИАГНОСТИКА СМЫТЫХ И НАМЫТЫХ ПОЧВ

0ц§нка_щютивоэрозионной^стойчивости_че2ноземов^ Среди отечественных эрозиоведов в последнее время ведется острая дискуссия о противоэрозионной устойчивости почвы. Многие исследо -ватели за противоэрозионную устойчивость (ПЗУ) принимают смыва-емость почвы, которая зависит от генетических свойств почвы, климатических (количество и интенсивность осадков), геоморфологических (длина и крутизна склона) условий и фактора времени. Поскольку под противоэрозионной устойчивостью мы понимаем спо -собность самой почвы противостоять смывающему и размывающему действию временных водных потоков, в настоящей работе делается акцент лишь на почвенный фактор. В нашем понимании противоэро -зионная устойчивость определяется генетическими свойствами черноземов, выраженными в количественных и качественных характеристиках гумуса, гранулометрического состава и почвенного погло -щающего комплекса.

Известно (ТЬлин, 1935; Соболев, 1948; Маккавеев, 1971), что чем больше шли и мелкого песка содержит пахотный слой склоновых почв, тем ниже его ПЗУ. Здесь очень существено влияние ГТС-1, ответственными за структурообразование. Чем больше этих кислот содержится в верхней части профиля черноземов, тем лучше оструктурен этот слой.

ПЗУ черноземов во многом зависит от содержания в ПЛК двухвалентных катионов. Максимальное их количество характерно поч -вам Кузнецкой котловины, а минимальное - черноземам обыкновен -ним Приобья. Насыщение ППХ ионом натрия (Ремезов, 1957) приво -дит к сильному диспергированию почвы и снижает ПЗУ (Поляков, 1970).

Водопроницаемость почв зависит от количества агрономически ценных водопрочных агрегатов. Чем их больше в пахотном слоо, тем выше скорость фильтрации воды и тем меньше ливневых осадков скатывается по поверхности склона. Следовательно, ПЗУ черноземов

висит и от величины.водопроницаемости.

Если все эти почвенные характеристики выразить в баллах, то помощью балльной оценки моя$но охарактеризовать ПЗУ черноземов, держание гумуса и подвижных ГК, равные 10% , количество обмен-х оснований, выраженное в процентах к массе почвы и равное 1%, также водопроницаемость черноземов в 60 мм/час оценивались по баллов. Суммируя их, получим величину ПЗУ, основанную на готических свойствах почв (рис. 6).

Самой высокой противоэрозионной устойчивостью характеризу-ся черноземы выщелоченные тучные тяжелосуглинистые Кузнецкой гловины, принимаемые нами за эталон. Их устойчивость равна 37 41 баллам. Меньшее количество гумуса^ облегченный грануломет-теский состав в черноземах оподзоленных и обыкновенных обус -зливает снижение их ПЗУ.

50. Ф-50

I ю

В

| | Нес!шты9

В Слабо сшанз

СП Средне скита I I Сияьносаытиэ

6. Противоэрозионная устойчивость черноземов, баллы. - черноземы оподзоленные Присалаирья, Б - черноземы выщелочен; Кузнецкой котловины, В - черноземы обыкновенные Приобья.

Теперь становятся понятными низкие величины смыва чернозе-з Кузнецкой котловины, распространенных на относительно крутых гонах при сравнительно большом объеме поверхностного стока вод ¡ысокая смываемость черноземов оподзоленных и обыкновенных при мерно одинаковом поверхностном стоке, но меньшей крутизне юна.

Обращает на себя внимание низкая ПЗУ эродированных чернозе-I (в 1,5-2 раза меньше в сравнении с несмытыми), что объясня-:я селективным выносом тонкодисперсных частиц, обогащенных ор-гичес.ким веществом и обменными основаниями.

Полученные материалы легли в основу классификации противо-эрозионной устойчивости черноземов Западной Сибири ( табл. 2).

Таблица 2

Классификация черноземов по противоэрозионной устойчивости

Степень _____Содержание, устойчивости гумуса ГК-1 Са^ч- М<з++ Водопроницаемость , мм/мин - ПЗУ, баллы

Черноземы тяжелосуглинистые и легкоглинистые

Высокоустойчивые > 9 >9 >1,0 0,8-1,0 > 37

Среднеустойчивые 6-9 8-9 0,7-1,0 0,5-0,8 26-37

Низкоустойчивые 3-6 5-8 0,5-0,7 0,3-0,5 16-26

Неустойчивые <3 ¿5 <0,5 С0,3 <16

Черноземы средне- и легкосуглинистые

Высокоустойчивые >9 >9 0,7-1,0 >0,5 >30

Среднеустойчивые 6-9 5-9 0,5-0,7 0,3-0,5 20-30

Низкоустойчивые 3-6 3-5 0,3-0,5 0,2-0,3 " П-20

Неустойчивые <3 < 3 <0,3 <0,2 ¿11

Зная ПЗУ почв склоновых поверхностей, можно прогнозировать смыв твердой фазы черноземов в различные по увлажнению годы. На высокоустойчивых черноземах Кузнецкой котловины смыв почвы варьирует от 2 т/га в засушливые годы до 9 т/га - во влажные. На среднеустойчивых черноземах обыкновенных смыв почвы колеблется от 6 т/га в засушливые годы до 14 т/га - во влажные, а на низкоустойчивых черноземах оподзоленных Присалаирья - от 15 до 55 т/га соответственно.

Разделение_черноземов_по_категориям_смот Проблема ди-

агностики черноземов Западной Сибири усложняется тем, что наряду с необходимостью отражения своеобразия генетической сущности почвенных образований (эталон) важное значение приобретает и оценка особенностей подверженности их эрозионным процессам.

За эталон полнопрофильных (неэродированных) черноземов принимается среднестатистический профиль, рассчитанный при анализе распаханных почв водораздела или верхней части склона. Общим критерием подверженности почв эрозионным процессам в классификационных схемах эродированных почв (Сурмач, 1954; Наумов, 1955; Преснякова, 1956; Заславский, 1962; Орлов, 1971) выступает сокращение мощности гумусового слоя.-Поэтому подразделение смытых почв по категориям проведено, исходя из.смыва определенной час-

ри этого слоя. К смытым отнесены такие черноземы, мощность гумусового слоя которых меньше средней достоверной мощности эталона за вычетом среднеквадратического отклонения (Мср-6"), к намытым - где эта мощность больше Мср4б" (табл. 3). Учитывая такой под-сод, на основании имеющегося материала о мощности горизонтов точв плакорных позиций и уровня их естественного варьирования хля трех ведущих подтипов черноземов рассчитан эталон несмытых ючв, позволивший отделить несмытые черноземы от смытых, под -разделить последние по категориям смытости, а также вычленить зугово-черноземные намытые почвы (табл. 4).

Таблица 3

Группировка черноземов по категориям смытости, намытости

¡тепень Граница Морфологичес-¡мытости, катего- кие показате-¡амытости рии ли

Степень Граница Морфологиче-смытости, катего- ские показа-намытости рии тели

1есмытые а б

¡лабосмытые а б

¡редне смытые а _______б

1римечание. а - верхняя, б - нижняя; Мер - среднеарифметиче -:кая мощность горизонтов; а"- среднеквадратическое отклонение.

В слабосмытых черноземах присутствуют все горизонты, кото-, ¡ые свойственны черноземам плакорных позиций, но только с пони-;енной мощностью горизонта А.

Если эрозионными процессами удалено более половины горизо-[та А, то это среднесмытые черноземы. Эталонная мощность этого 'оризонта для черноземов Кузнецкой котловины равна 50 см, а При-алаирья и Приобья - 42 см. Удаление половины горизонта А при 'лубокой осенней вспашке приводит к припахиванию глубжележащего 'оризонта (АВ). Если учесть, что для черноземов Западной Сибири ¡талонная мощность переходного горизонта равна 13 см, припахи-ание 3-5 см его четко диагностируется в полевых условиях. Сле-

Мср+^ Сильносмытые а Мср-^ЮО/йА

Мер-©' б Мср-5"-Ю0$А-

- АВ

Мер-5" Очень сильно- а Мср-(Г-100%А-

смытые - АВ

Мср-^-бО^А б Мср-5"-Ю0%А-

-АВ-50ДО

Мср-6/-50%А Слабонамытые а Мср+6+50%А Мст)-(Г-Ю0%А Б Мсо+<Г

довательно, среднесмытые черноземы характеризуются не только укороченным горизонтом А, но и АВ.

Таблица 4

Расчетные интервалы мощности горизонтов черноземов, содержание гумуса в пахотном слое

Степень смытости, _Мощость_горизонтов_1_см_ Содержание

намытости А А+АВ А+АВ+В1 гумуса, %

Несмытые 39-53 51-67 68-91 7,0-12,4

Слабосмытые 27-38 37-50 56-68 6,0-10,0

Среднесмытые 19-26 30-36 44-56 4,3- 8,0

Сильносмытые 0 17-30 34-44 3,6- 7,1

Очень сильносмытые 0 0 21-33 2,9-6,9

Слабонамытые* 54-81 68-98 85-119 9,2-14,3

х)

Лугово-черноземные почвы

Сильносмытые черноземы, как правило, не имеют обособленного горизонта А, ибо по мере смыва его в сельскохозяйственную обработку вовлекаются нижележащие и пахотный слой представляет собой "смесь" горизонтов А, АВ, В, к которым довольно часто пр! пахивается и иллювиально-карбонатный. (Вк).

Вследствие аккумуляции смытого материала на лугово-черно -земных почвах, мощность гумусового горизонта на 15 и более процентов превышает эталонную.

Некоторые авторы (Наумов, 1955; Заславский, 1962 а, 1966, 1972; Орлов, 1971) считают, что при оценке эродированных почв наиболее правилен гумусово-аналитический метод. Мы разделяем эту точку зрения и считаем, что содержание гумуса, модифициро -ванное статистическим подходом, служит в качестве дополнительно го диагностического признака смытых черноземов. Вместе с тем от мечаем, что количеству гумуса, из-за существенного варьирования свойственна значительная трансгрессия по категориям смытости.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

§Ш325_™М!1Н§£!?их_элементов_талши водамил_ Влияние ускорен ной эрозии на экосистему проявляется как в потере почвы, так и поступлении твердой фазы смытой почвы на другой участок местности . Для компенсации потери продуктивности земель приходится включать в сельскохозяйственное производство дополнительные пло

щади (Larson, Piece, Dovvby, 1983).

Важное последствие эрозии почв для экосистемы - это сниже -ние запасов органического вещества в почве. В связи с высокой концентрацией органического вещества в верхней части почвенного профиля и его низкой плотностью оно представляет собой один из первых компонентов, которые выносятся из почв в результате эрозии. Снижение запасов гумуса в результате эрозии почв непосредственно влияет на круговорот питательных веществ в агроэкосис -теме, по крайней мере по двум причинам: I) снижение запасов питательных веществ связано с уменьшением содержания гумуса; 2) в результате снижения емкости катионного обмена органического вещества (в илистой фракции) и соответствующего уменьшения способности почв удерживать питательные вещества. Совместное влияние этих двух факторов и увеличение затрат удобрений, которые тре -буется вносить на более эродированных участках, приводит к возрастанию потенциального переноса элементов питания в результате эрозии поверхностного слоя почвы и внутрипочвенного выщелачивания.

Деятельность человека, проявляющаяся в сжигании ископаемого топлива, плавлении сернистых руд, получении цемента, привела к заметным изменениям в кислотности атмосферных осадков. Оксиды азота, серы, а также щелочных и щелочноземельных металлов, хлор,, выделяемые в процессе технологической деятельности, преобразуются в атмосфере либо в сильные кислоты, либо в щелочи и возвращаются на землю с осадками. Эти кислоты (либо щелочи) при таянии снежного покрова понижают (либо повышают) рН атмосферных осад -ков, что усиливает вымывание из оттаявшего слоя черноземов склоновых поверхностей многих химических элементов.

Значительный экологический ущерб наносит и транспортируемая поверхностным стоком твердая фаза почвы. За период интенсивного освоения Западной Сибири эрозионные потери твердой фазы почвы составили почти 1,5 млрд т. Твердый сток транзитом поступает в реки, заиляя не только русла, но и сами истоки. Часть ;мытого материала выносится в озера и моря, что ведет к их обмелению. В итоге происходит интенсивное обсыхание территории.

Ежегодное отчуждение водо-раствориыых 20-80 кг/га углерода 1 70-160 кг/га кальция отрицательно сказываются на противоэро -зионной устойчивости черноземов, а дополнительное поступление химических элементов, особенно в растворенной форме, негативно

сказывается на проецировании автохтонных органических веществ в водоемах.

Вынос химических элементов_ирригационнм_стоком. Сток ирригационных вод проходит по поверхности черноземов обыкновенных, содержащих в ППК около 2 мг-экв/100 г поглощенного натрия. В результате контакта почти нейтральных поливных вод с поверхностью таких черноземов ирригационный сток приобретает слабощелочную реакцию среды (рН 8,5-8,8). Стекающие слабощелочные воды вымы -вают из поверхностного слоя черноземов склоновых поверхностей многие химические элементы. В ирригационном стоке концентрация катионов убывает в следующем ряду: /Уа+—Ж+, а анионов: НСОз —» 50ч СОз С17. В составе солей бикарбонаты в 2 раза превышают сумму хлоридов и сульфатов. Во всех пробах . ирригационного стока присутствует сода, количество которой равно примерно 2 мг-экв/л. Наличие соды в стекающих водах обусловливает повышенный вынос углерода из пахотного слоя черноземов склоновых поверхностей.

БУТИ СНИЖЕНИЯ ЭРОЗИОННЫХ ПОТЕРЬ ПОЧВЫ

Эрозионные процессы оказывают сильное пагубное влияние на окружающую среду потому, что в Западной Сибири почти повсеместно распространена отвальная вспашка зяби и практически отсутствуют посевы озимых культур, существенно сдерживающие смыв чер -ноземов склоновых поверхностей. В структуре посевных площадей около 70% занимают зерновые культуры и только 10% - многолетние травы. Следовательно, около 90% пахотных угодий в период снеготаяния не защищены растительным покровом и легко эродируются. Для рационального использования склоновых земель, подвергающихся или уже подверженных эрозионному разрушению, целесообразно использование почвозащитных свойств растительности, ее корневой системы. Одниы из таких агроприемов выступает весновспашка. Как противоэрозионный прием весновспашка эквивалентна глубокой плоскорезной обработке (рис. 7), по влагонакопительному эффекту проигрывает последней лишь в первый момент после снеготаяния. Ко времени посева яровых зерновых'запасы влаги в метровой толще черноземов, обработанных плоскорезом и вспаханных весной, вырав -ниваются.

В течение вегетационного периода борьба с эрозионными процессами заключается в повышении фильтрации склоновых земель. Ин-

я с-, \

У

0

с «

1 О

Рис. 7. Влияние способа обработки слабосмытых черноземов на

величину жидкого (I) и твердого (2) стока. А - черноземы выщелоченные Кузнецкой котловины, Б - черноземы оподзоленные Присалаирья, В - черноземы обыкновенные Приобья. а - отвальная вспашка (контроль), б - безотвальная вспашка, в -отвальная вспашка + валкование, г - весновспашка, д - глубокая плоскорезная обработка.

тенсивность выпадения ливневых осадков в 3-4 раза выше скорости фильтрации обрабатываемого слоя, что обусловливает формирование значительного поверхностного стока и смыва почв. Повысить фильтрацию склоновых почв удается лишь внесением высоких доз орга -нических удобрений. Однако широкое применение органических удобрений сдерживается удаленностью животноводческих комплексов от мест реализации навоза, да и незначительными его запасами. Следует отметить, что вносить с осени в запас органо-минеральные удобрения экологически и экономически нецелесообразно, поскольку, как установлено, отчуждение водо-растворимого углерода и химических элементов талыми водами на удобренных склонах на порядок выше, чем на участках без внесения удобрений.

ВЫВОДЫ

I. На юге Западной Сибири наиболее ценными почвами, составляющими основу пахотного фонда, являются черноземы. Большая часть пахотных земель региона расположена на склонах крутизной более 3°. Применение на них агротехники, сложившейся на равнинных территориях, привело к тому^, что от 10 до 25% площади пахотных угодий подвержено эрозионным процессам.

2. К началу снеготаяния запасы воды в снеге достигают 100120 мм. Таяние снега происходит в условиях глубокого и сильного промерзания почв при сформированном в зимнее время водонепроницаемом экране. Поэтому средний многолетний сток достигает более 50% от осадков холодного периода. Летние осадки довольно часто выпадают в виде ливней интенсивность» 1-2 мм/мин и в 3-4 раза превышают скорость фильтрации воды на склоновых территориях. Формируемый склоновый сток приводит к значительному смыву черноземов.

3. На величину отчуждения твердой фазы влияют генетические свойства почв, определяющие их противоэрозионную устойчивость, а также увлажнение года и вид осадков. Изменение общего количества осадков в широтном направлении определяет соотношение между величиной смыва почвы талыми и ливневыми водами. Б период снеготаяния доля смытой твердой фазы черноземов выщелоченных достигает 42% величины ежегодного смыва, в оподзоленных эта доля возрастает до 58%, в обыкновенных - 90%.

4. Количество и дисперсность смытого материала определя -ется кинетической энергией потока и продолжительностью контакта различных фаз стока с поверхностью почвы. Продукты твердого стока, в сравнении с пахотным слоем, характеризуются повышенным содержанием ила и физической глины.

5. На черноземах плакорных позиций суммарный приход влаги обеспечивает периодически промывной (33% случаев) тип водного режима с более частым сквозным промачиванием почв ранней весной. Вследствие существенного поверхностного стока талых и ливневых вод аккумуляция влаги на черноземах склонов резко снижается, что отражается на их водном режиме. В итоге на слабосмытых черноземах он складывается по типу непромывного, сильносмытых - по так называемому "иссушающему" типу (75% случаев). Благодаря притоку влаги с поверхностным стоком к намытым почвам, в них формируется водный режим промывного типа.

6. На склонах любой ориентации снижение мощности гумусового горизонта, превышающее уровень естественного варьирования, является следствием смыва, а ее увеличение указывает на отложение материала на почвах аккумулятивных позиций.

7. Абсолютные эрозионные потери гумуса из черноземов за период интенсивного антропогенного воздействия на почвенный покров склонов достигли 105 т/га для слабосмытых почв, 225 т/га - сре-

«смытых и 386 т/га - сильносмытых. За -этот же период лугово-зрноземные почвы аккумулировали около 150 т/га запасов гумуса, го в целом свидетельствует об отрицательном его балансе в поч-ix катены. и о выносе гумуса из почв трансэлювиального ландшаф-1 за пределы обрабатываемого склона.

8. Состав гумуса целинных черноземов заметно отличается от 1х0тных резким возрастанием количества гуминовых кислот и общей (створимостью органического вещества. Вследствие миграции водо-ютворимого углерода, а также отчуждения его с твердой фазой !чвы, протекающие в специфических условиях снеготаяния, состав гмуса склоновых черноземов трансформируется из гумагного в фу-

.ватный.

9. Интенсивная эксплуатация склоновых земель без применения ютивоэрозионных мероприятий сопровождается отчуждением из парного слоя значительного количества биогенных элементов. Поэ-'му все эродированные черноземы требуют первоочередного применил органо-минеральных удобрений.

10. Противозрозионная устойчивость черноземов определяется личеством и качеством гумуса, емкостью обмена и составом об-нных оснований, а также водопроницаемостью и гранулометриче -им составом. Ее высокие показатели свойственны черноземам вылеченным тучным тяжелосуглинистым, обычно принимаемым за этан. Меньшее количество гумуса, облегченный гранулометрический став в черноземах оподзоленных и обыкновенных обусловливают ижение их ПЗУ (оподзоленных - 0,8; обыкновенных - 0,7 от этана). Вследствие селективного выноса из пахотного слоя тонко -сперсных частиц, обогащенных гумусом и обменными основаниями, сокоустойчивые к смыву черноземы трансформируются в низкоусто-ивые.

11. Основным диагностическим признаком эродированных черно-'.юв служит мощность гумусового и иллювиального горизонтов. В честве уточняющих признаков могут использоваться содержание и пасы гумуса в горизонтах А и АВ, количество ила в пахотном

эе.

В слабссмытых черноземах изменения за счет смыва незначите-иы и их следует рассматривать на видовом уровне. Средне- и си-•юсмытые черноземы, лишившиеся более половины горизонта А и £ запасов гучуса, необходимо выделять на родовом уровне, а знь сильносмытые, не имеющие генетически обособленных горизо-

нтов А., AB и BI, должны выделяться на более высоком уровне.

12. Техногенные выбросы аккумулируются снежным покровом и оказывают существенное влияние на реакцию среды талых вод и вынос с ними химических элементов. В экологически безопасном ре -гионе (Приобье - эталон) в зависимости от увлажненности года вынос химических элементов варьирует от 25 до 100 кг/га. В Кузнецкой котловине, где превалируют кислые техногенные выбросы, и в Присалаирье (щелочные выбросы) талые воды выносят в гидрографическую сеть в 3-4 раза больше этих элементов по сравнению с При-обьем.

Довольно большое количество химических элементов в зоне техногенного давления на окружающую среду загрязняет водоемы, что может привести к ухудшению здоровья населения Западной Сибири.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Вследствие несоблюдения технологической дисциплины на склоновых землях, где повсеместно применяется отвальная вспашка зяби, интенсифицируются эрозионные процессы. Это служит основанием для полного запрещения данного агроприема.

2. Поскольку при существующей системе земледелия на склоновых землях полностью ликвидировать поверхностный сток талых и ливневых вод практически невозможно, потери твердой фазы черноземов при смыве не должны превышать то количество почвы, кото -рое компенсируется почвообразованием (0,5-2,0 т/га). Такой смыв наблюдается на вариантах плоскорезной обработки или весновспашки.

3. Эродированные склоны южной экспозиции, где в процессе современных технологий обработки пашни существует сильный смыв твердой фазы черноземов, должны выводиться из севооборота.

4. В эрозионных ландшафтах потеря химических элементов, в частности элементов писания растений, идет в основном с жидким и твердым стоком. Поэтому не рекомендуется органические удобрения (особенно жидкий навоз) вывозить на поля зимой. Эти удобрения целесообразно вносить перед вспашкой.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ I. Монографии

1. Орлов А.Д., Танасиенко A.A., Дремайлова Л.М. и др. Водная эрозия почв в Сибири,- Новосибирск: Наука, 1975.- 159 с.

2. Хмелев В.А., Танасиенко A.A. Черноземы Кузнецкой котло-

ловины.- Новосибирск: Наука, 1983.- 256 с.

3. Бахнов В.К., Гамзиков Г.П., Ильин В.Б. и др. Методоло -гические и методические аспекты почвоведения,- Новосибирск: Наука, 1988.- 167 с.

4. Орлов А.Д., Реймхе В.В., Ковалева С.Р. и др. Эрозия и диагностика эродированных почв Сибири.- Новосибирск: Наука, 1988.- 119 с.

5. Трофимов С.С., Щербинин В.И., Реймхе В.В. и др. Основы использования и охраны почв Западной Сибири.- Новосибирск: Наука, 1989.- 226 с.

6. Танасиенко A.A. Эродированные черноземы юга Западной Сибири.- Новосибирск: Наука, 1992 (10 п.л.).

П. Научные статьи

7. Танасиенко A.A. Продукты твердого стока эродированных выщелоченных черноземов Кузнецкой котловины//Изв. СО АН СССР, Сер. биол. наук.- IS74.- №10.- Вып. 2.- С. 3-7.

8. Орлов А.Д., Танасиенко A.A. Некоторые теоретические вопросы защиты почв от эрозии//Проблемы сибирского почвоведения.-Новосибирск: Наука! 1977.- С. 158-167.

9. Орлов А.Д., Дремайлова JI.M., Путилин А.Ф. и др. Экспериментальное исследование смыва серых лесных почв Бие-Чумышской возвышенности//3родированные почвы и пути повышения их произво- . дительности.- Новосибирск: Наука, 1977.- С. 72-83.

10. Танасиенко A.A. Некоторые физико-химические свойства гранулометрических фракций эродированных выщелоченных чернозе -мов Кузнецкой котловины//Там же.- С. I04-II5.

П.Орлов А.Д., Путилин А.Ф., Танасиенко A.A. и др. Особенности поверхностного стока талых вод и смыва почв в Западной Си-5ири при затяжной весне//Эрозионные процессы в Сибири.- Новосибирск: Наука, 1978.- С. 66-78.

12. Танасиенко A.A. Валовой химический состав грануломет -эических фракций эродированных в'ыщелоченных черноземов Кузнец -мй котловины// Там же.- С. 148-160.

13. Танасиенко A.A. Методы диагностики и исследования свойств эродированных черноземов Западной Сибири//Современные зспекты изучения эрозионных процессов.- Новосибирск: Наука, [980.- С. 105-113.

14. Гантимурова Н.И., Танасиенко A.A. Вопросы метаболизма азота в выщелоченных черноземах//Вопросы метаболизма почвенных

микроорганизмов.- Новосибирск: Наука, 1981.- С. 37-65.

15. Ковалева С.Р., Танасиенко A.A. К диагностике смытых оподзоленных черноземов Присалаирья//3ащита почв от эрозии и дефляции.- Новосибирск: Наука, 198Г.- С. 106—117.

16. Танасиенко A.A. Органическое вещество предылистой и илистой фракций эродированных выщелоченных черноземов Кузнецкой котловины// Там же.- С. 141—151.

17. Танасиенко A.A. Гумус выщелоченных черноземов и его изменение под воздействием эрозии//Почвоведение.- 1983.- ."-4.-

С. 116—125.

18. Гантимурова Н.И., Танасиенко A.A. Микробоценозы эродированных черноземов Западной'Сибири//Микробоценозы почв при антропогенном воздействии.- Новосибирск: Наука, 1985.- С.94-103.

19. Орлов А.Д., Танасиенко A.A. О месте эродированных черноземов в Единой классификационной схеме почв//Эродированные почвы и повышение их плодородия.- Новосибирск: Наука, iS85.-С. 19-27.

20. Танасиенко A.A. Диагностика и классификация эродиро -ванных черноземов Западной Сибири// Там же.- С. 33-44.

21. Ковалева С.Р., Реймхе В.В., Танасиенко A.A. Диагностика эродированных почв Западной Сибири//Почвоведение.- 1987.-

.V II.- С. 100-107.

22. Танасиенко A.A. Эрозионные потери гумуса в черноземах юго-востока Западной Сибири//Управление плодородием почв в интенсивных системах земледелия: Сб. науч. тр./ВАСХНШ. Сиб. отд-ние, СибНИИЗХим.- Новосибирск, 1986.- С.23-41.

23. Панин П.С., Танасиенко A.A. Ирригационная эрозия чер -ноземов и гидрохимия стока//Почвоведение.- 1989.- л-3.- C.II3-I22,

24. Таранов С.А., Танасиенко A.A., Кандрашин ¡¿.Р. Кузнецкая котловина и Горная 11!ория//Путеводитель экскурсий УИ Всесоюзного съезда почвоведов/Ин-т почвоведения и агрохимии СО АН СССР.- Новосибирск, 1989.- С. 94-116.

25. Танасиенко A.A., Ковалева С.Р., Реймхе В.В. и др. Экологические аспекты эрозионных процессов в Западной Сибири//Про-блемы почвоведения в Сибири.- Новосибирск: Наука, 1990.-

С. 95-100.

26.Tanasiyenko A,A. Changes in humus lauched chernosems by erosion//Soviet Soil Science.-1983.-V.15.-N.2.-P.78-87.

27. Kovaleva S.R.,Re±akhe V.V.,lanasiyenko A.A. Diagnostics of eroded soils in Western Siberia //Soviet Soil Science.-1988.-

V.3.-P--100-107.