Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние мелиоративных мероприятий на водную эрозию и плодородие почв южных щебенчатых черноземов Приволжской возвышенности

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Влияние мелиоративных мероприятий на водную эрозию и плодородие почв южных щебенчатых черноземов Приволжской возвышенности"



О. ^

ч

<<7 На правах рукописи

ЗАЦЕПИН Анатолий Васильевич

ВЛИЯНИЕ МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ВОДНУЮ ЭРОЗИЮ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ ЮЖНЫХ ЩЕБЕНЧАТЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРИВОЛЖСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

Специальность 06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов -1997

Работа выполнена в Саратовском государственном агроинженерном университете.

Научные руководители -

кандидаты сельскохозяйственных наук, доценты Бондаренко Ю.В и Калужский В.А..

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАСХН, академик АТН РФ Шабаев А.И. кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ЛысовА.В.

Ведущая организация - Министерство сельского хозяйства Саратовской области.

Защита состоится '«У " ^сМ^/Л^ 1997 года в ^О часов на заседании диссертационного совета Д 120.72.01 в Саратовской государственной сельскохозяйственной академии им. Н.И.Вавилова по адресу: 410600, г.Саратов, Театральная площадь, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан '¿V" А1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, академик ААО Заварзин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы определяется необходимостью коренной мелиорации овражно - балочных и присетевых земель с применением противоэро-зионного комплекса (ПЭК). Основной состав ПЭК по регионам страны в основном разработан. Вместе с тем, дальнейшее его совершенствование сдерживается, с одной стороны, отсутствием достоверных расчетных характеристик стока и эрозии с отдельных угодий и с агроландшафтов в целом, а с другой - недостаточной изученностью влияния противоэрозионной мелиорации на процессы деградации и восстановления сельскохозяйственных угодий, элементы почвенного плодородия, микроклиматические, эдафические и орографические факторы окружающей природы.

Цель исследования - комплексная оценка влияния противоэрозионной мелиорации на эрозионно-гидрологические процессы и плодородие почв южных щебенчатых черноземов Приволжской возвышенности.

В задачи исследований входило:

1) изучить элементы водного баланса и эрозию почв на основных угодьях агроландшафта;

2) определить расчетные характеристики стока и эрозии на основных угодьях, с обоснованием выбора аналитических кривых обеспеченности, адекватно отражающих закономерности распределения эрозионно - гидрологических характеристик;

3) исследовать влияние долговременной противоэрозионной мелиорации на поверхностный сток и эрозию, морфологические, водно-физические и агрохимические свойства эродированных почв присетевых склонов и гидрографической сети;

4) Изучить мелиоративную роль и агроэкономическую эффективность ПЭК.

Научная новизна работы заключается в системной оценке влияния долговременной противоэрозионной мелиорации на эрозионно-гидрологические процессы на водосборе, характер и направленность почвообразовательных процессов, агроэкономическую эффективность сельскохозяйственного освоения "бросовых" земель.

На основе многолетних исследований получены региональные расчетные значения поверхностного стока и эрозии почв по основным угодьям агроландшафта.

Определены запасы гумуса, валовые и подвижные формы элементов питания, скорости почвообразования и гумусонакопления в мелиорированных почвах.

1 фактическая значимость. Получены расчетные характеристики стока и эрозии для проектирования ПЭК и объектов водохозяйственного строительства.

Результаты исследований могут быть использованы в качестве проект-но-расчетной информации для почвозащитных систем земледелия в районах активного проявления водной эрозии почв.

Обоснованность и достоверность работы обеспечивается доверительным сроком исследований и достаточным объемом экспериментального материала на водосборах, статистически обработанного на ПЭВМ с оценкой критериев достоверности.

Личный вклад . На всех этапах диссертационной работы: определении цели, научной гипотезы, программы, методов исследований, постановки экспериментов, анализа материалов исследований, их внедрение в производство, подготовку публикаций автор принимал личное участие. .

В сборе материалов полевых исследований принимали участие студенты факультета сельскохозяйственного и мелиоративного строительства Саратовского государственного агроинженерного университета (СГАУ). При обработке материалов опытов использовалась почвенно-химическая лаборатория Волж! ШИГиМа.

Положения^выносимые на защиту:

1) элементы водного баланса и эрозии почв на основных сельскохозяйственных угодьях;

2) аналитические кривые и расчетные характеристики стока и эрозии на различных элементах агроландшафта;

3) основные морфологические , водно-физические и агрохимические характеристики почвоулучшающей эффективности ПЭК;

4) мелиоративная и агроэкономическая эффективность ПЭК.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывалось на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ (1995-1997 г. г.) и на объединенном заседании кафедр «Сельскохозяйственная мелиорация и геодезия», «Общее и орошаемое земледелие» и «Лесомелиорация» Саратовской государственной сельскохозяйственной академии им. Н.И. Вавилова (1997г).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, списка литературы. Содержит 34 таблицы, 23 рисунка и 12 приложений. Список "использованной литературы включает 162 наименования, в том числе 3 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранного направления исследований, излагаются цель и -задачи работы и ее научная и практическая значимость.

1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСА

В России в настоящее время достигнуты большие успехи в разработке противоэрозионных схем комплексной защиты эродированных водосборов. На основе исследований Я.В. Корнева, A.C. Козменко, С.С. Соболева, С.И. Сильвестрова, И.Д. Брауде, А.И. Скачкова, Г.П. Сурмача, Н.К. Шикулы, А.И. Шабаева и других ученых разработан комплекс организационных, агротехнических, гидротехнических, фито- и лесомелиоративных мероприятий. Исследования ведущих НИИ страны показывают, что системой направленных поч-воводоохранных мероприятий можно не только приостановить процессы водной эрозии, но и существенно повысить плодородие смытых и размытых почв.

Вместе с тем, несмотря на то, что основной состав ПЭК разработан А.С.Козменко еще в двадцатые годы этого столетия, до настоящего времени он не получил хорошего научного обоснования в силу недостаточной изученности эрозионно - гидрологических процессов на агроландшафтах, роли природных и антропогенных факторов в формировании стока и эрозии, противо-эрозионной и почвоулучшающей эффективности как отдельных элементов, так и в целом всего ПЭК. Без изучения этих вопросов невозможно дальнейшее совершенствование мелиоративного ПЭК и проектирование почвозащитных систем земледелия на расчетной основе.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ИНТЕНСИВНОСТЬ ЭРОЗИОННО-ГИДРО-ЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Анализ природных условий Саратовского Правобережья свидетельствует о том, что их совокупное влияние в значительной степени определяет широкое раз питие эрозионных процессов в этом регионе. Особое значение, придающее своеобразный облик и выделяющее Приволжскую возвышенность в крупную орографическую единицу, имеет рельеф. Морфологический облик рельефа определяется сочетанием водоразделов, склонов, овражно- балочных форм рельефа, оползней, карста, речных долин и надпойменных террас.

Проведенные морфометрические измерения свидетельствуют о широком развитии здесь линейной эрозии на фоне древней долинно- балочной сети. 11а отдельных участках водосбора реки Курдюм густота оврагов достигает 10-12 шт/км, а коэффициент расчлененности - 0,7 - 0,8 км/км2, что во многом определяет большие потери зимне - весенней влаги (до 70%), смыв почвы, ухудшение водно- физических свойств почвы и снижение се плодородия. Все это на фоне выраженной континентальности климата отрицательно сказывается на влагообеспеченности сельскохозяйственных культур. Поэтому в этом регионе особое значение приобретает мелиоративная составляющая общего положительного эффекта ПЭК.

Из пяти лет наблюдений 3 года (1991, 1992, 1995) характеризуются засушливым вегетационным периодом, один (1994) - умеренным и один (1993) - дождливым и холодным. Интенсивность поверхностного стока (по Г.П. Сурмачу) в 1991 г. оценивается как очень слабая, в 1993, 1994 г.г. как умеренная, в 1992 и 1995 г.г. сток отсутствовал на всех агрофонах.

3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основные программные вопросы, сформулированные как задачи для выполнения цели исследований^ изложены в общей характеристике работы.

Методологической основой исследований в противоэрозионной мелиорации является система методов, заимствованных из разных наук (мелиорации, земледелия, почвоведения, гидрологии, математики, географии и др.), модифицированных в соответствии с поставленными целями и задачами и адаптированных к ним.

В качестве основного при изучении поверхностного стока применялся воднобалансовый метод с использованием малых водосборов, а при исследовании почвоулучшающего влияния мелиораций на склоновых землях - исто-рико -географический, сравнительно- географический и лабораторно- аналитический методы.

Исследования стока и эрозии по элементам агроландшафта велись на следующих угодьях: зябь, озимые посевы, пастбище и лес. Изучение влияния ПЭК на сток, эрозию почв и почвенное плодородие проводили на двух водосборах: опытном (мелиорированном) и контрольном (полевом).

Изучение стока, эрозии и сопутствующие наблюдения проводили по методикам ВНИАЛМИ, ГГИ, ВНИИЗиЗПЭ, НИИСХ Юго-Востока.

Урожай учитывали методом сплошного комбайнирования на каждом водосборе.

Математическую обработку гидрологических данных вели на ПЭВМ "Агат" по программам, разработанным на кафедре геодезии, гидрологии и гидрогеологии СГАУ,-

Экспериментальные исследования проводились на территории ТОО "Вязовское" , расположенное в черноземной степи Приволжской возвышенности, на двух водосборах - опытном и контрольном. Почвы участка- южные щебенчатые черноземы на элювии коренных пород.

Опытный водосбор асимметричен и вытянут с северо-запада на юго-восток. Северный склон узкий, длиной в среднем 100 м. Длина южного склона от 700 до 800 м, уклон - 0,06 - 0,07. Площадь водосбора 82 га. На опытном водосборе в 1964 - 1965 г.г. A.B. Лысовым (1968) выполнена коренная мелиорация южного склона с внедрением комплекса мелиоративных мероприятий, включающего: 1) сооружение водозадерживающих валов; 2) планировку поверхности склона; 3) посадку защитных лесных полос (ЗЛП); 4) залужение склона; 5) планировку и залужение оврага.

Контрольный водосбор находится на том же склоне южной экспозиции. Площадь его составляет 139 га. Средняя длина склона - 1200 м, уклон - 0,06 -0,07. Северный склон водосбора общей площадью 13 га тянется узкой (70 -100 м) полосой.

4. ПОВЕРХНОСТНЫЙ СТОК И ЭРОЗИЯ ПОЧВ

Интенсивность эрозионно - гидрологических процессов определяется целым рядом физико - географических и антропогенных факторов, среди которых в качестве главных большинство ученых (С.И. Харченко, 1975; П.А. Урываев, 1983; В.И. Панов, 1972; И.А. Кузник, 1962; М.И. Львович, 1963; А.Т. Барабанов, 1993 и др. ) выделяет величину снегозапасов, увлажнение и глубину промерзания почв перед снеготаянием. Вместе с тем, до настоящего времени эти факторы в основном рассматриваются без учета совокупности их влияния даже на отдельных элементах ландшафта. Необходимость оценки эрозионно - гидрологических процессов на агроландшафтах водосборов требует дальнейшего изучения стокоформирующих факторов, учета их взаимовлияния, тем более, что взгляды различных исследователей на влияние даже одного фактора часто отличаются, а иногда бывают крайне противоположными. Набором из трех вышеперечисленных факторов не всегда удается объяснить особенности формирования стока и эрозии в отдельные годы. Так, экстрем&чьные значения коэффициента стока в отдельные годы П.Н. Проездов (1983) объясняет наличием ледяной корки на поверхности почвы. По мнению А.И. Шабаева (1985) основными погодными условиями, способст-

вующими повышенному стоку в Поволжье наряду с осенним увлажнением, являются глубокие зимне - весенние оттепели.

Данные наших исследований вписываются в общую схему влияния факторов на сток (табл. 1). Вместе с тем, нашло подтверждение мнение Ю.В. Бондаренко (1981), В.Н. Жигалова (1994) о том, что такой фактор, как тип снеготаяния/может оказывать существенное влияние на сток через изменение интенсивности снеготаяния, продолжительности стока и фильтрации. Так, 1990 - 1991 - гидрологический год при значительных влагозапасах и промерзании почвы, но при адвективном снеготаянии, характеризуется очень слабым поверхностным стоком, тогда как в 1993 - 1994 г. при меньшем увлажнении и таком же промерзании почвы наблюдался умеренный сток. Из данных таблицы 1 следует, что солярному типу снеготаяния (1993, 1994 г. г.) соответствует повышенный поверхностный сток.

Таблица 1

Характеристика поверхностного стока, эрозии почв и факторов, их определяющих, на основных угодьях агроландшафта

Сток и факторы, Вид ГО Д ы

его определяю- угодья 1991 1992 1993 1994 1995 Сред-

щие нее

1 2 3 4 5 6 7 8

Влагозапасы Зябь 23,1 14,7 16,0 17,2 12.0 16,6

перед снеготая-

нием в метровом Озимые 23,4 12,6 17,1 17,0 12,2 16,46

слое почвы, % Пастбище 22,7 14,9 16,6 17,2 11,7 16,62

Лес 18,0 12,2 14,1 16,0 10,8 14,22

Глубина промер- Зябь 42 37 66 45 33 36,2

зания почвы, см Озимые 56 47 78 54 38 54,6

Пастбище 60 50 85 63 41 59,8

Лес 8 0 14 10 0 6,4

Толщина ледяной Зябь 0 0 0 0 0 0

корки, см Озимые 0 0 2,0 0 0 0,4

Пастбище 0 0 0 0 0 0

Лес 0 0 0 0 0 0

Снегозапасы, мм Зябь 80 70 21 101 31 60,6

Озимые 92 78 20 112 84 77,2

Пастбище 92 82 18 108 73 60,6

Лес 136 134 92 109 127 119,6

Тип снеготаяния адвект. адвект. соляр. соляр. адвект.

Слой стока, мм Зябь 0 0 2,1 6,5 0 1,72

Озимые 2,2 0 5,3 21,2 0 5,74

Пастбище 4,0 0 4,2 18,4 0 5,32

п родолжение табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8

Лес 0 0 1,0 0 0 0,2

Максимальный Зябь 0 0 1,03 1,94 0 0,59

модуль стока, Озимые 0,61 0 1,87 7,38 0 1,97

л/с.га Пастбище 0,8 0 1,58 5,42 0 1,56

Лес 0 0 0,42 0 0 0,03

Смыв почвы Т/ГА Зябь 0 0 0,14 1,21 0 0,27

Озимые 0,07 0 0,12 0,67 0 0,17

Пастбище 0,06 0 0,08 0,21 0 0,12

Лес - 0 0 0 0 0 0

С типом снеготаяния тесно связан и такой элемент водного баланса как испарение с поверхности снега. Установлено , что интенсивность испарения снега на полевых угодьях в среднем в 2,5 раза выше, чем в лесу, а в годы с солярным типом снеготаяния в 2 - 3 раза выше, чем в годы с адвективным снеготаянием. Максимальная среднесуточная интенсивность испарения (1,0 мм/сут) также отмечена в 1993 году, характеризующимся солярным типом снеготаяния. Суммарное испарение за весенний период в среднем за 5 лет составило 9 мм на полевых угодьях и 4 мм в лесу.

Основной задачей при изучении стока являлось удлинение существующих гидрологических рядов и на их основе получение достоверных расчетных значений стока и эрозии почв по угодьям для обоснования проектируемых водохозяйственных и противоэрозионных сооружений.

Сток наблюдался с зяби - два года, с озимых и пастбища - три, из леса -один год из пяти лет (табл. 1). По величине слоя стока и максимального модуля стока видно, что наибольшим стокоформирующим эффектом обладают озимые и выбитое пастбище. Если слой стока с озимых в среднем за 5 лет принять за 1,00, то сток с пастбища составит 0,83, с зяби 0,33, из леса 0,03. По максимальному модулю стока соответственно 1,00; 0,79; 0,30; 0,04 при модуле стока с озимых 1,97 л/с • га. Показатели весеннего водопоглощения располагаются в обратном порядке.

Наибольшая эрозия почв в среднем за 5 лет отмечена на зяби - 0,27 т/га. Если эту величину принять за 1,0, то смыв с озимых составит 0,63, с пастбища - 0,44, из леса - 0.

Для получения расчетных, отвечающих требованиям проектирования, значений основных эрозионно - гидрологических характеристик использовано обобщение гидрологических данных по Вязовскому стационару В.Н. Жигалова (1994) и результаты собственных исследований в 1990 - 1995 г.г.

Для определения основных параметров и построения биномиальных кривых обеспеченности слоя стока и модуля стока наносов применили моди-

фикацню графо-аналитического метода, учитывающую неоднородность исходных данных при наличии в гидрологическом ряду нулевых значений (рис.).

Норма эрозии почв составляет на зяби - 0,75, на озимых - 0,71, на пастбище - 0,27 и в лесу - 0,005 т/га. При сравнительно близких значениях поверхностного стока с озимых и пастбища норма эрозии почв на них различается более чем в 2,6 раза, что свидетельствует о высокой почвозащитной эффективности даже выбитого скотом пастбища.

Исследования противоэрозионной эффективности ПЭК показали., что мелиорация опытного водосбора способствовала уменьшению слоя стока в 2,6, а максимального модуля стока в 3 раза. В среднем за 5 лет эрозия почв на опытном водосборе была ниже чем на контроле в 10 раз и по своей величине (0,08 т/га) может быть признана незначительной, тогда как на контрольном водосборе эрозию почв (0,78 т/га) в соответствии с классификацией М.Н. Заславского (1987) следует считать недопустимой даже в маловодные (1991 - 1995) годы.

5. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ПОЧВЕННОЕ ПЛОДОРОДИЕ МЕЛИОРИРОВАННЫХ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ

Влияние противоэрозионных мероприятий на основные элементы плодородия смытых почв земельных фондов опытного водосбора выявлялось в сравнении с почвой на водоразделе (контроль). Содержание гумуса в верхнем горизонте почв приводораздельного фонда в 1967 году составляло 5,24, а на присетевом 2,05 - 2,71% (В.А.Калужский, 1970).

Созданные по горизонтам валы, лесные полосы и почвозащитные севообороты на спланированном участке существенно снизили поверхностный сток и смыв почвы. Пожнивные и корневые остатки залужагощих трав обогатили почвы присетевого и гидрографического фондов органическим веществом, прибавка которого за 28 лет в верхнем слое почвы присетевого фонда составила 0,48, а в лесных полосах - 0,93 - 1,55%. В почвах повысилось содержание валовых и подвижных элементов питания. Содержание азота и калия в верхних слоях мелиорированных почв увеличилось в 1,2- 4,2 раза, достигая уровня почв приводораздельного фонда (табл. 2).

Улучшение водного режима почв способствует увеличению гумусового горизонта, что подтверждается исследованиями Гаршинева Е.А. (1995), Барабанова А.Т. (1993), Бондаренко Ю.В, (1990). Средняя многолетняя ско-

h,мн

m

iSO

m m m 80 60 ЬО

го

1 s <o го 'sa sa m 95 99 49,9 (¡¿еслеченность, P%

6)

zz га zk zo 16 iZ

в

4

о

0,1 1 S 10 го SO SO 90 95 99 99,9

Обеспеченность, Р%

\

ч \ 2

NN

i/ i \ 3 ■■Г

<> \ \

ч N X

"-F о

\

\

4 \ 4 \Д

sV

4 л4-

л V 'N,

"'S. 4

— - —«

В)

18

15 «

« в

5

ь г о

\

\

\

\

ч г

\ \ \

\Ч

¿> \

о,1 1 5 ю го 50 ео м «г <н дд,д

Обеспеченность, Р°А

Рис. Кривые обеспеченности :

а) слоя стока;

б) максимального модуля стока;

в) модуля стока наносов с :

1 - зяби;

2 - озимых;

3 - пастбища;

4 - из леса.

Таблица 2

Изменение почвенного плодородия под, воздействием мелиорации

Мощ- Гидро- Подвиж- Общий

Земельные ность Гумус, лизуе- ный Калий

фонды гори- % мый Фосфор /К20/

зонта Азот /N2/ /Р2О5 /

А, см мг на 100 г почвы

1967 год

Приводораздельный 0-32 5,24 4,4 5,7 29

Присетевой 0-20 2,05 1,8 2,0 16

Гидрографический 0-30 4,30 3,1 5,6 23

1995 год

Приводораздельный 0-32 5,33 5,3 11,4 28

Присетевой 0-25 3,19 7,6 5,6 22

Гидрографический 0-34 5,55 7,5 5,8 96

рость ежегодного почвообразования на хрящевато-щебенчатых южных черноземах составила на приводораздельном фонде 0,4, на межполосном участке присетевого фонда -2,5 и в лесных полосах - 2,5 - 4,0 мм. За 28-летний период мощность гумусового горизонта эродированных почв приблизилась к уровню почв приводораздельного фонда, а по степени смытости почвы перешли из одной градации в другую: из силыюсмытых - в среднесмытые, из среднесмы-тых - в слабосмытые.

Мелиорация смытых почв способствовала снижению линии вскипания от соляной кислоты до 85-100 см против 72 см на контроле. В мелиорированных почвах произошло увеличение на 10 -12% илистых частиц, а коэффициент дисперсности снизился до 11,2 - 13,8 против 13,8 - 28,5 в исходных почвах. Обогащение окультуренных эродированных почв органическим веществом и илистой фракцией способствовало их оструктуриванию. Илистые частицы, обладая высокой поглатительной способностью, коагулируют и склеивают механические частицы в агрегаты, улучшая водно-физические свойства почвы. Так, в верхних слоях почвы присетевого фонда в 1,5-3,0 раза снизилась глыбистость структуры по сравнению с контрольными почвами, что привело к увеличению на 9-21% агрономически ценных агрегатов и повышению коэффициента структурности до 1,9-2, 9 против 1,5 на контроле.

На мелиорированном участке улучшилась водопроницательность почвы. Водопронииателыюсть - одно из важнейших водно-физических свойств почвы; величина ее является определяющей при формировании поверхностного стока. Скорость фильтрации на почвах присетевого фонда под пастбищем до мелиорации составляла 0,88 мм/мин (В.А.Калужский, 1970), а в 1995 году скорость фильтрации составила: в стокорегулирующей ЛП- 9, а в приовражной ЛП - 6, под зябью и многолетними травами - 3,75 - 3,00 мм/мин.

Водопроницаемость почв во многом определяется состоянием ее верхнего слоя: уплотнение и распыление его при незарегулированном выпасе скота ведут к снижению фильтрационной способности почв. Так, если на невыбитом скотом пастбище скорость фильтрации составила 3,50 мм/мин, то на выбитом пастбище и в лесу соответственно 1,00 и 2,25 мм/мин.

6. МЕЛИОРАТИВНАЯ РОЛЬ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСА ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

При агролесомелиоративном обследовании ЗЛП опытного участка установлено, что среди основных древесных пород лучшими сохранностью и биометрическими показателями роста характеризуется ясень ланцетный (табл. 3).

Таблица 3

Таксационные показатели 30-летних древесных пород в ЗЛП

Порода Высота, м Диаметр, см Сохранность, % Запас древесины, м 3/га Класс бонитета

Стокорегулирующая лесополоса

Ясень ланцетный 9.4 ±0.1 8.9 ±0.2 94 170 П-Ш

Лиственниц^ибирская 11,2 ¿0,3 12,1 ±0,6 34 158 1-П

Яблоня лесная 9,1 ±0,5 9,3 ±0,4 51 89 Ш

Приовражная лесополоса

Ясень ланцетный 8,2 ± 0,2 7,5 ± 0,3 94 114 Ш

Лиственница сибирская 9,5 ± 0,7 10,2 ±1,0 15 65 П-Ш

Яблоня лесная 6,9 ± 0,4 6,2 ±0,3 46 75 1У

Анализ хода роста главной породы - ясеня ланцетного - свидетельствует о том, что к 2000 году он достигнет высоты 11 м в стокорегулирующей и 9,5 м в приовражной лесных полосах. При суммарной дальности мелиоративного влияния лесополос вверх и вниз по склону 25-30 Н (высот насаждений) система ЗЛП станет сомкнутой, а весь противоэрозионный комплекс (противоэрозионная инженерно-биологическая система водосбора по В.М. Ивонину, 1993) перейдет в стадию стационарного функционирования.

При возрасте лесовозобновительной спелости ясеня ланцетного в 45-50 лет продолжительность этой стадии в зоне исследований составит 10-15 лет.

Для гидромелиоративного обоснования ПЭК в качестве основного принят воднобалансовый метод. Применительно к увеличению валового увлажнения почвогрунтов водосборов в весенний период уравнение водного баланса можно представить в виде:

и = х-у-Е,

где и - увеличение валового увлажнения почвогрунтов водосбора, мм; х - слой осадков, мм; у - слой стока с водосбора, мм; Е - слой испарения, мм.

Таблица 4

Элементы водного баланса на водосборах в весенний период, мм

Снегозапасы + Увеличение ва-

Годы осадки периода Слой стока Испарение лового увлажне-

стока ния водосбора

1 2 3 4 5

Контрольный водосбор

1991 79,0 3,2 5,6 70,2

1992 78,7 0,8 2,0 75,9

1993 27,8 7,1 5,0 15,7

1994 105,9 7,6 4,8 93,5

1995 30,4 0 2,5 27,9

Среднее 64,3 3,7 4,0 56,6

Опытный водосбор

1991 103,3 1,0 5,6 96,7

1 2 3 4 5

1992 102,2 0,3 2,0 99,9

1993 55,9 2,0 5,0 48,9

1994 118,8 3,5 4,8 110,5

1995 61,8 0 2,5 59.3

Среднее 88,4 1,4 4,0 83,0

В среднем за 5 лет мелиорация водосбора позволила дополнительно задержать 26,4 мм влаги, что составляет 20,3% от выпавших з апреле-июле осадков.

Дополнительное увлажнение почв опытного водосбора в совокупности с мелиоративным влиянием ЗЛП на микроклимат прилегающих полей сказалось на повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Средняя прибавка урожайности на опытном водосборе в годы исследований составила 2,9 ц/га зерна и 4,5 ц/га сена в год.

Эффективность ПЭК рассматривалась как с точки зрения прекращения эрозионных процессов, так и возмещения затрат стоимостью получаемой продукции и предотвращенным ущербом от эрозии почв.

Рентабельность мелиоративных мероприятий на водосборе определяли как отношение чистого дохода к затратам.

Все затраты на осуществление почвоохранных мероприятий окупились в 1968 году, т.е. на 5-й год освоения водосбора. Рентабельность выращивания сельскохозяйственных культур на мелиорированном водосборе в 1991-1995 г.г. составила 125,9% против 86,4% на контрольном водосборе.

ВЫВОДЫ

1. Особенности климата Саратовского Правобережья, геологические свойства пород, высокая расчлененность гидрографической сетыо и большая величина базисов эрозии, деградация растительности в результате антропогенной нагрузки привели к развитию эрозионных процессов на 70-80% земельных угодий, постоянному росту "бросовых" заовраженных земель,

2. Комплексная мелиорация овражно-балочных водосборов Приволжской возвышенности способствует оптимизации лесоаграрных ландшафтов, снижению эрозионных процессов, повышению почвенного плодородия и защите рек и водоемов от заиления и загрязнения, В то же время применяс-

мые комплексы противоэрозионных мероприятий не имеют достаточного гидрологического и почвоводоохранного обоснования.

3. Оптимизацию структуры агроландшафтов, проектирование противоэрозионных комплексов необходимо осуществлять на расчетной основе.

Основным методом расчета характеристик аналитических кривых обеспеченности стока и смыва с основных угодий агроландшафта, адекватно отражающим закономерности распределения гидрологических величин, является графо-аналитический метод с учетом неоднородности исходных данных.

4. Слой весеннего стока вероятностью превышения 10%, на величину которого ведут расчет водозадерживающих противоэрозионных сооружений^ на зяби составляет 20 мм, на озимых 59 мм, на пастбище 63 мм, и в лесу - 14 мм. Максимальный модуль стока той же вероятности превышения равен соответственно 4,5; 9,5; 12,1 и 1,2 л/сга, а вероятности превышения 5% - 6,6; 12,0; 15,2 и 2,3 л/с та.

Норма эрозии почв составляет на зяби - 0,75; на озимых - 0,71; на пастбище - 0,27 и в лесу - 0,005 т/га.

5. Комплекс противоэрозионных мероприятии на водосборе существенно снижает поверхностный сток и эрозию почв, сводя их до размеров, сопоставимых с естественными ландшафтами.

В среднем за 5 лет слой стока на мелиорированном водосборе был в 2,6 раза, максимальный модуль стока в 3 раза и эрозия почв в 10 раз ниже чем на контрольном водосборе.

6. Агролесомелиоративный противоэрозионный комплекс, снижая транзитную миграцию воды и органо-минеральных веществ, способствует повышению мощности и таксономического уровня смытых почв.

За 28-летний период мощность гумусового горизонта эродированных почв приближается к уровню почв приводораздельного фонда, а по степени смытости почвы перешли из одной градации в другую: из сильносмытых в среднесмытые, из среднссмытых в слабосмытые.

7. Существенное влияние на изменение морфологических признаков и скорость почвообразовательного процесса оказывают защитные лесные полосы.

Среднемноголетняя скорость ежегодного почвообразования хряще'ва-то-щебенчатых южных черноземов составляет: на водоразделе - 0,4, в межполосном пространстве - 2,5, в лесных полосах - 2,5 - 4,0 мм,

8. Мелиорация смытых почв способствует положительному балансу органического вещества и элементов питания.

Прибавка органического вещества в верхнем слое почвы за 1964 - 1995 г. г. изменялась но склону от 0.48 в центре межполосного пространства до 0,93 - 1,55% в лесных полосах. По содержанию азота эродированные почвы

мелиорированного участка достигли уровня почв водораздела, содержание калия повысилось с 27,0 до 96,2 - 105,0 мг на 100 г почвы, содержание фосфора увеличилось незначительно.

9. В мелиорированных почвах происходит заметное перераспределение по профилю механических фракций, улучшаются водно-физические свойства, повышается инфнльтрациошшя способность и водопрочность структуры.

Скорость фильтрации с момента освоения водосбора на межполосном участке увеличилась в 2,5 раза, а в приопушечной зоне и в лесных полосах в 4-5 раз.

10. Комплекс противоэрозионных мероприятий способствует сохранению снежного покрова, снижению поверхностного стока и, как следствие, увеличению валового увлажнения территории и урожайности сельскохозяйственных культур.

Среднегодовое повышение валового увлажнения территории за счет мелиорации составило 26,4 мм, увеличение урожайности зерновых - 2,9 и трав на сено - 4,5 ц/га.

11. Мелиорация размытых склоновых земель является экономически выгодным мероприятием и может успешно применяться на водосборах Саратовского Правобережья.

Все затраты на осуществление почвозащитных мероприятий окупаются на пятый год. С ростом лесных полос и возрастанием почвозащитной и мелиоративной эффективности ПЗК рентабельность выращивания сельскохозяйственных культур возрастала с 57% в 1964-1970 г.г. до 152% в 19911995 г.г.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Проектирование комплекса мелиоративных противоэрозионных мероприятий необходимо осуществлять на всю площадь овражно-балочных водосборов с учетом особенностей эрозионно-гидрологических процессов на основных угодьях агроландшафга и почвоводоохранной роли комплекса.

2. При гидрологическом обосновании водозадерживающих сооружений на водосборах Приволжской возвышенности слой весеннего стока вероятностью превышения 10% следует принимать: на зяби - 20 мм, на озимых - 59 мм, на пастбище - 63 мм и в лесу - 14 мм; при расчете параметров водосбросных сооружений максимальный модуль стока 10% - ной вероятности превышения принимать соответственно: 4,5; 9,5; 12,1 и 1,2 л/ста, а вероятности превышения 5% - 6,6; 12,0; 15,2 и 2,3 л/ога.

Определение параметров ПЭК по допустимой эрозии почвы вести с учетом нормы эрозии, которая по угодьям ландшафта составляет: в лесу - О, на пастбище - 0,27, на озимых - 0,71 и на зяби - 0,75 т/га.

3. Расстояния между линейными противоэрозионными рубежами назначаются с учетом гидрологической, противоэрозионной и мелиоративной эффективности гидротехнических сооружений (валов, валов-канав, дамб и т.п.) в комплексе с защитными лесными насаждениями.

Период стационарного мелиоративного функционирования систем определяется с учетом роста основных древесных пород в лесных полосах и дальностью мелиоративного влияния последних на склонах.

4. Для достижения комплексного мелиоративного, почвоулучшающего и экономического эффекта на эродированных склоновых землях после их освоения необходимо:

- в первые 10-15 лет использовать мелиоративные земли в специальных почвозащитных севооборотах с высоким удельным весом злаково-бобовых травосмесей и применением органических и полных минеральных удобрений;

- в последующем вводить на освоенных склонах в почвозащитные севообороты зерновые культуры, доля которых в севообороте не должна превышать 40%.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Расчетные характеристики поверхностного стока с основных угодий агроландшафта Саратовского Правобережья // Теоретические основы рационального природопользования : Сб .науч. работ, Саратов : Сарат. гос. с-х. акад. им. Н.И. Вавилова ,1995 ,с.8-19 (в соавторстве).

2. Восстановление плодородия эродированных земель при их коренной мелиорации // Теоретические основы рационального природопользования : Сб. науч. работ,Саратов : Сарат. Гос. с.-х. акад. им. Н.И. Вавилова, 1995. С. 60-73 (в соавторстве).

3. Восстановление сильно-эродированных земель, вовлеченных в сельскохозяйственное пользование : информ. листок №190-97 / ЦНТИ,Саратов, 1997. 3 с.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д120.72.01. или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 410600 г. Саратов. Театральная пл. 1, Саратовская государственная сельскохозяйственная академия им. Н.И. Вавилова.