На правах рукописи
МАШТАКОВ ДМИТРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ ЭРОДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ СТЕПНОЙ И СУХОСТЕПНОЙ ЗОН НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Специальности: 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель;
06.03.03 – Агролесомелиорация, защитное лесоразведение и озеленение населенных пунктов, лесные пожары и борьба с ними
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Волгоград -2010
Работа выполнена на кафедре «Лесомелиорация» ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. »
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
.
Официальные оппоненты: академик РАСХН,
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, заслуженный деятель науки РФ
;
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, заслуженный деятель науки РФ
;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Ведущая организация: ГНУ «Научно -
исследовательский институт
сельского хозяйства Юго-Востока»
Защита состоится 2011 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 220.08.01 при ФГОУ ВПО «Волгоградская ГСХА» г. Волгоград, проспект Университетский, 26, ауд. 214.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Волгоградская ГСХА».
Автореферат разослан 2011 г и размещен на сайте ВАК РФ.
Ученый секретарь
диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Проблема рационального использования земель, подверженных деградации, является важнейшей в современном сельском хозяйстве. В настоящее время 65 % пашни, 28 % сенокосов и 50 % пастбищ России подвержены почворазрушающим воздействиям (ВНИАЛМИ, 2008). В результате водной эрозии 25 % пашни утратило от 10 до 30 % своего плодородия с ежегодной убылью гумуса 0,62 т/га, что в последние 100 лет снизило его содержание в почве на 30–40 % (НИИСХ ЮВ, 2002).
Регулярное орошение, которым в Саратовской и Волгоградской областях охвачено свыше 600 тыс. га, усиливает ирригационно-эрозионные процессы. Из-за ряда причин, в том числе эрозии, значительно усилилась дегумификация орошаемых почв (ВНИИОЗ, 1999; ВолжНИИГиМ, 2005; НИИСХ ЮВ, 2002).
Тенденция увеличения деградированных орошаемых земель обусловлена применением несовершенной дождевальной техники и грузных поливных норм, сбросом оросительных вод, несовершенством эксплуатации или отсутствием гидромелиоративных и лесных объектов и др.
В таких условиях необходим переход к адаптивно-ландшафтному земледелию во взаимосвязи с природным и микрозональным районированием, рельефом и ландшафтом местности. Рельеф служит основным интегральным показателем для выделения ландшафтных структур с регламентируемым уровнем антропогенной нагрузки: распаханности, мелиорированности, лесистости и др. В адаптивно-ландшафтном земледелии рационально используются не только пахотные земли, но и леса, луга, пастбища, защитные лесные насаждения, мелиоративно-хозяйственные сооружения и др.
Принципиально необходимый этап в изучении эрозионных процессов и приемов защиты почв от эрозии связан с внедрением методов исследований на ландшафтной основе, базисом которых является использование комплексного (системного) подхода, способствующего выработке эффективной тактики и стратегии. Таким системным подходом к защите почв от эрозии является разработка и внедрение противоэрозионного комплекса на ландшафтной основе, включающего в себя организацию земельной территории, агро-, фито-, лесо - и гидромелиоративные мероприятия.
Продолжение идей и разработок системного подхода в борьбе с засухой и деградацией земель (1953), (1952), (1960), (1962, 1979), (1963), (1976, 1992), (1965), (1985, 1994), (1986, 2005), (1995), (2006), (1983, 2005), (1998, 2001), (1993, 2006), (2006), (2000, 2006,2008), (2001), (1987), (1981), (2003), (2005), (1990, 2005), (2006), (1997), (2006), , (2006), (1999, 2009), (1999, 2008, 2010), М. Кirkbi (1980), L. Маlоnе (1989), С. Уоung and C. Оsborn (1990), W. Wishmeier and D. Smith (1978), Р. Ргоеzdov (1999) и других ученых составляет основу настоящей работы, определяет ее теоретическую и практическую актуальность.
Цель работы – снижение и предотвращение эрозии, плодородия черноземных и каштановых почв на основе комплексной мелиорации земель, направленные на увеличение продуктивности сельскохозяйственных угодий и защитных лесных насаждений.
Задачи исследований:
1. Сформулировать концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных и эрозионноопасных земель с восстановлением их плодородия.
2. Обосновать условия и установить закономерности формирования ирригационной эрозии почв.
3. Изучить влияние эрозии на морфогенетические, агрофизические, биохимические и агрогидрологические свойства почв.
4. Установить динамику потенциального и эффективного плодородия почв при эрозии и мелиорации земель.
5. Разработать приемы агротехнической, химической, полимерной, лесной и гидротехнической мелиорации по защите почв от эрозии.
6. Установить закономерности влияния комплекса лесных и оросительных мелиораций на морфологические, морфогенетические, агрофизические и биохимические свойства почв.
7. Изучить влияние агро-, хемо-, фитомелиоративных мероприятий в системе лесных полос на урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур.
8. Установить закономерности влияния конструкций лесных полос, удобрений и полимеров на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур севооборота с учетом многолетних исследований в условиях различных лет по увлажнению и снежности зим.
9. Выявить закономерности динамики лесоводственно-таксационных показателей древесных пород в лесных полосах в зависимости от лесорастительных условий, орошения, рельефа с определением показателей напряженности роста, конкурентных отношений, жизнеустойчивости и др.
10. Установить эколого-экономическую и энергетическую оценку комплексной мелиорации эродированных земель.
Научная новизна. Уточнены закономерности формирования капельной и ливневой поверхностной эрозии почв с учетом ударного воздействия дождевых капель, вызывающего взмучивание и аэрирование потоков воды и разрушающего почвенные внутри - и межагрегатные связи.
Сформулированы концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных земель с разработкой качественно-количественных нормализованных показателей реализации концепции системного подхода к защите почв от эрозии.
С целью оптимального функционирования агробиогеоценозов в системе противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций разработаны эколого-мелиоративные требования и ограничения на их применение: межполосные расстояния и конструкции лесных полос; нормализованные показатели распаханности, лесистости, мелиорированности; особенности агротехнологий; технология полива дождеванием (допустимая интенсивность дождя; достоковая поливная норма; дискретная подача воды).
В различные по увлажнению вегетационных периодов годы установлены закономерности формирования урожая сельскохозяйственных культур в системе лесных полос различной конструкции и продуктивность древесных пород в условиях орошения и естественного увлажнения.
Установлена эффективность влияния химического структурообразователя в комплексе с щелеванием, приемами горизонтального и вертикального мульчирования, химической мелиорации в системе защитных лесных насаждений разных конструкций на урожайность сельскохозяйственных культур, ирригационную эрозию, водно-физические, биохимические свойства почв в условиях орошения и естественного увлажнения.
Введена новая терминология – лесооросительные мелиорации – улучшение поливаемыми защитными лесными насаждениями орошаемых земель с использованием древесными породами фильтрационных, грунтовых, сбросных и иных вод. Это позволило обосновать на основе закономерностей хода роста древесных пород расстояния между поливаемыми лесными полосами с установлением конструкции и ассортимента древесно-кустарниковой растительности на орошаемых землях.
Научные положения, выносимые на защиту:
Аналитико- эмпирические:
1. Закономерности формирования эрозии почв с учетом ударного воздействия дождевых капель, применения систем удобрений и мелиоративных приемов.
2. Критерии реализации концепции системного подхода к защите почв от деградации и эрозии.
3. Закономерности влияния комплексной мелиорации на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур с учетом многолетних исследований в условиях различных по увлажнению лет и снежности зим.
Прикладные:
4. Нормативы снижения стока и эрозии почв противоэрозионными приемами.
5. Фито-, лесо - и биомелиоративные приемы сохранения и повышения плодородия почв.
6. Приемы агротехники, химической, полимерной, лесной и гидротехнической мелиорации по защите почв от эрозии.
7. Почво - и водосберегающие технологии возделывания, урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур под влиянием оросительных, химических и лесных мелиораций.
Практическая значимость работы. Теоретические разработки позволяют решать ряд научно-прикладных задач, связанных с повышением эффективности систем противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций.
Разработанные агро-, фито-, лесо - и гидромелиоративные приемы на ландшафтной основе используются в комплексных проектах противоэрозионных мероприятий, землеустройства и оросительно-обводнительных систем: в колхозе им. Ленина на 9 тыс. га, в т. ч. на 700 га орошаемых земель, СХА «Звезда» на 400 га Балашовского района; в АО «Березовское» на 350 га Энгельсского района Саратовской области. Акты экономической эффективности внедренных проектов приведены в приложении диссертационной работы.
Материалы диссертации представлены в монографии «Агролесомелиорация» (Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2008. – 676 с.) и учебном пособии «Противоэрозионная организация территории» (гриф УМО. Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007. – 420 с.).
Апробация работы. Основные теоретические положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Саратовского ГАУ им. в 1995–2010 гг., на международных конференциях Саратовского ГАУ им. «Вавиловские чтения» в 2004–2010 гг. и на конференциях различных уровней в городах Саратов(1997, 1998, 2005, 2007), Волгоград (1998, 2004, 2008), Воронеж (2005), Барнаул (2005), София (Болгария) (2008), Прага (Чехия) (2008), Пшемысль (Польша) (2008), Йошкар-Ола (2009), Москва (2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 52 научные работы объемом 64,4 п. л. (15 п. л. лично автора), в том числе 11 научных работ объемом 3,3 п. л. (0,9 п. л. лично автора) в изданиях по списку ВАК и одна коллективная монография «Агролесомелиорация», Саратов, 2008, 50 п. л. (авторские – 8 п. л.).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 321 странице компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, включает в себя 8 таблиц, 112 рисунков, список литературы из 324 наименований, в том числе 13 иностранных. Приложения представлены на 229 стр., с 96 рисунками и 161 таблицей.
Исследования в 1995–2009 гг. проведены самостоятельно и при научном консультировании теоретических основ работы профессором . В исследованиях участвовали , , . Значительную помощь в проведении исследований оказали сотрудники Саратовского ГАУ им. доценты и .
Всем им автор выражает искреннюю благодарность.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены и сформулированы цель, задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту, указаны научная новизна, практическая значимость и достоверность полученных результатов и выводов.
1. Объекты, условия, структура экспериментальной работы и методика исследований
Экспериментальные одно - и многофакторные опыты по исследованию влияния комплексной мелиорации (агро, хемо-, фито-, лесо- и гидромелиоративных приемов) на формирование эрозии, плодородие почв и урожайность проводились на следующих объектах:
Объект 1 (рис. 1, а). Восточная часть степной зоны Низкой Донской равнины, колхоз им. Ленина и СХА «Звезда» Балашовского района Саратовской области, 1995–2009 гг. Почва – чернозем обыкновенный, среднемощный, тяжелосуглинистый, слабосмытый, незасоленный, подстилаемый суглинками.
Опыт 1. Культура – люцерна. Техника полива – ДФ-120 «Днепр». Варианты: 1 – контроль; 2 – щелевание на 40 см; 3 – щелевание на 40 см с обработкой щелей химическим структурообразователем - полиакриламидом (ХСО) дозой 80 г на 1 м щели;4 – внесение в почву ХСО10 (10 кг д. в./га); 5 – внесение в почву ХСО40; 6 – внесение в почву ХСО60.
Опыт 2. Кукуруза на силос. Техника полива – ДФ-120 «Днепр». Варианты: 1 – контроль; 2 – щелевание на 40 см; 3 – щелевание на 40 см + обработка щелей полимером-полиакриламидом (ЩПМВ-80 – 80 г /пог. м); 4 – внесение в почву полимера (ХСО) в дозе 10 кг д. в./га (ПМГ10); 5 – ПМГ40; 6 – ПМГ60; 7 – горизонтальное мульчирование 1 т/га (МЧГ1); 8 – МЧГ2,5; 9 – МЧГ5; 10 – МЧГ 2,5 + + ПМГ20; 11 – Щ ПМВ-80 + МЧГ2,5.
Опыт 3. Культура – яровая пшеница. Техника полива – ДКШ-64 «Волжанка». Варианты: 1 – контроль; 2 – внесение в почву ХСО10; 3 – ХСО40; 4 – ХСО60.
Опыт 4. Культура – подсолнечник. Трехфакторный опыт. 1-й фактор – конструкция лесной полосы. Варианты: плотная, ажурная и продуваемая. 2-й фактор – расстояние от лесной полосы. Варианты: 1Н, 3Н, 5Н, 10Н, 20Н, 25Н, 30Н, 35Н (Н – высота лесной полосы – 15 м). 3-й фактор – дозы удобрений. Варианты: 1 – N60P30K30; 2 – N90P60K30; 3 – N120P90K60.
Опыт 5. Культура – озимая пшеница. Факторы и варианты опыта идентичны с опытом 4.
Опыт 6. Исследование лесных полос с целью установления лесоводственно-таксационных характеристик насаждений под влиянием орошения.
Объект 2. Сухостепная зона Саратовского Заволжья, АО «Новое» – бывший учхоз СГАУ им. Н. И Вавилова и АО «Октябрь» Энгельсского района Саратовской обл., 1987–1991 гг. и 1997–2005 гг. Почва – темно-каштановая тяжелосуглинистая и легкоглинистая, слабосмытая, слабозасоленная, подстилаемая шоколадными глинами.
Опыт 7. Культура – кукуруза на силос. Техника полива – ДДА-100МА. Варианты: 1. Поливная норма, m: m = 20 мм. 2. m = 40 мм. 3. m = 60 мм. 4. m = = 80 мм. 5. m = 80 мм (40 + 40 – дискретно).
Опыт 8. Культура – кукуруза на силос. Техника полива при норме m: m = 60 мм. Варианты: 1. ДДА-100МА. 2. ДМ «Фрегат». 3. ЭДМФ «Кубань-М».
Опыт 9. Система удобрений при норме m: m= 60 мм. Варианты опыта: 1. Без удобрений (контроль). 2 – N90P60K30; 3 – N90P60K30 + навоз 40 т/га. 4 – N90P60K30 + сидераты 21 т/га. 5 – N180P120K60.
Опыт 10. Культуры севооборота при норме m: m= 60 мм. Варианты: 1. Люцерна 2-го года пользования (3-го года жизни). 2. Яровая пшеница. 3. Озимая пшеница. 4. Кукуруза на силос. 5. Кормовая свекла.
|
Рисунок 1- Схема опытов в колхозе им. Ленина Балашовского района (а) и ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района (б) Саратовской области
|
Опыт 11. Влияние уклона на формирование эрозии. Варианты: 1. Техника полива – ДДА-100МА. m = 60 мм. Уклоны: 0,005, 0,009 и 0,0Техника полива «Фрегат». m = 35 мм. Уклоны 0,01, 0,02 и 0,06.
Объект 3 (рис. 1, б). Сухостепная зона Саратовского Заволжья, ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района Саратовской обл., 2001–2009 гг. Почва – темно-каштановая, средне - и тяжелосуглинистая, подстилаемая суглинками и глинами.
Опыт 12. Варианты: 1. Щелевание + мульчирование щелей вертикально 5 т/га (Щ мчв-5) + N90P60K30 – контроль; 2. Контроль + N90P60K30; 3. Контроль + навоз 40 т/га; 4. Контроль + сидераты 21 т/га; 5. Контроль + горизонтальное мульчирование 5 т/га (МЧГКонтроль + полимеры горизонтально 60 кг д. в./га (ПМГ6Контроль+ МЧГ2 + ПМГ20.
Опыт 13. Влияние лесных насаждений на почвы под лесными насаждениями и прилегающей территории на орошении и без орошения. Варианты: 1. Без лесных полос и орошения – контроль. 2. Лесные полосы без орошения. 3 Орошение без лесных полос. 4. Орошение и лесные полосы.
Опыт 14. Исследование лесных полос с целью установления лесоводственно-таксационных характеристик насаждений под влиянием орошения. Варианты: 1. Без лесных полос и орошения – контроль. 2. Лесные полосы без орошения. 3 Орошение без лесных полос. 4. Орошение и лесные полосы.
Объект 4 (рис. 2, а). Степная зона Приволжской возвышенности, ОПХ НИПТИ сорго и кукурузы Саратовского района, 1984–2009 гг. Создана система лесных полос в 1968–1972 гг., состоящая из 13 полезащитных лесных полос через 400 м с дубом, березой, вязом. Почвы – чернозем южный, среднесуглинистый, маломощный, слабосмытый, на средних суглинках.
Опыт 15. Культура – яровая пшеница зернопаропропашного севооборота в условиях естественного увлажнения. Многолетние исследования влияния лесных полос различных конструкций на экологические факторы среды (микроклимат, температуру и влажность воздуха и почвы, испарение, дефицит водного баланса и др.) и урожай яровой пшеницы.
Варианты двухфакторного опыта: 1-й фактор – конструкция: плотная, ажурная, продуваемая. 2-й фактор – удаление от лесных полос: 1Н, 3Н, 5Н, 10Н, 15Н, 20Н, 25Н, 30Н, 35Н, 40Н, 45Н.
Объект 5 (рис. 2, б). Степная зона Приволжской возвышенности, СПК «Вязовский» и «Лесной» Татищевского района Саратовской обл., 1964–2009 гг. Созданы системы противоэрозионных мероприятий на землях с крутизной более 4º. Почва – чернозем обыкновенный, неполноразвитый на опоке.
Опыт 16. Влияние агро - и лесомелиоративных мероприятий на элементы водного баланса и эрозию почв. Варианты: 1. Контроль. 2. Щелевание + + вертикальное мульчирование щелей соломой,5 т/га (ЩМЧВ-Лесные полосы плотной конструкции. 4. ЛП + ЩМЧВ-5.
Объект 6. ОПХ «Орошаемое» ВНИИОЗа Городищенского района Волгоградской области.
|
|
|
|
Опыт 17. Культура – яровая пшеница. Варианты: 1. Ν200Р100 + полимер 60 кг д. в./га (сухое внесение); 2. Ν200Р100 + полимер 60 кг д. в./га (внесение с водой); 3. Контроль (без удобрений).
Опыт 18. Культура – кукуруза на силос. Варианты: 1. Ν200Р100 + полимер 60 кг д. в./га (сухое внесение); 2. Ν200Р100 + полимер 60 кг д. в./га (внесение с водой); 3. Контроль (без удобрений).
Опыт 19. Культура – ячмень (Харьковский-67) Варианты: 1. Контроль (без удобрений); 2. То же + полимер-структурообразователь; 3. Азотные удобрения под зябь Ν70 сухим способом; 4. То же + полимер-структурообразователь; 5. Азотные удобрения в вегетацию с поливной водой (Ν30 по всходам + Ν20); 6. То же + + полимер.
Опыт 20. Культура – соя (Терезинская-2): 1. Контроль (без удобрений); 2. То же + полимер; 3. Азотные удобрения под зябь Ν60Р60 сухим способом; 4. То же + + полимер; 5. Азотно-фосфорные удобрения Ν60Р60 в вегетацию с поливной водой по фазам; 6. То же + полимер.
Опыт 21. Культура – кукуруза на зерно (Краснодарская-440) Варианты: 1. Контроль (без удобрений); 2. То же + полимер; 3. Азотные удобрения под зябь Ν200 сухим способом; 4. То же + полимер; 5. Азотные удобрения в вегетацию с поливной водой; 6. То же + полимер.
Объект 7. Колхоз «Маяк» Дубовского района Волгоградской области.
Опыт 22. Трехфакторный. Культура – кукуруза и яровая пшеница. 1-й фактор – поливная норма. Варианты: 1 – 60 мм; 2 – 80 мм. 2-й фактор – интенсивность дождевания. Варианты: 1 – 0,26 мм/мин; 2 – 0,46 мм/мин. 3-й фактор – доза удобрений и химического структурообразователя (ХСО). Варианты: 1 – N200P100; 2 – ХСО20; 3 – ХСО40; 4 – ХСО60. На вариантах с внесением в почву ХСО полимер применялся в дозах 20, 40, 60 кг д. в./га.
Методической основой исследований послужила совокупность методов, применяемых в земледелии, сельскохозяйственной мелиорации, агролесомелиорации, почвоведении, гидрологии и др. Полевые опыты сопровождались многочисленными сопутствующими наблюдениями за свойствами почв и растений, балансовыми исследованиями, формированием урожая культур севооборотов, определением экономико-энергетической эффективности, выполненными по общепринятым методикам РАСХН (1980, 1983), ведущих НИИ и вузов России (ВНИАЛМИ, 1973, 1985, 1986, 1987; ГГИ, 1973, 1975, 1979, 1986, 1991; МГУ,1979, 1982; ВНИИГиМ, 1978, 1986; ВНИИОЗ, 1983; ВНИИЗиЗПЭ, 1978, 1985, 1991; НИИСХ Юго-Востока, 1973).
В исследованиях использовались статистические методы и элементы системного подхода.
Обследование и исследование лесных полос осуществлялось по методике ВНИИ агролесомелиорации (1973,1985), и (1968). Водно-физические свойства почв определяли по общепринятым методикам , (1986), (1965,1970), (1965, 1969). Гумус почвы – по методу в модификации ЦИНАО, ГОСТ , обменного натрия – по ГОСТ ., подвижных фосфора и калия (К2О) – по методу Чирикова, подвижного азота – по методу Корнфильда.
Учет урожая зеленой массы кукурузы проводили скашиванием с учетной делянки, площадью 50 м2 в пятикратной повторности с последующим взвешиванием на площадочных весах. Учет урожая подсолнечника проводили скашиванием с учетных делянок площадью 50 м2, озимой и яровой пшеницы «метровками» в 5-кратной повторности, структура урожайности определялась по общепринятым методикам (, 1979; ВНИИОЗ, 1983). Водопотребление культур севооборотов определялся по методике (1960). Многолетний ряд наблюдений элементов водного баланса, водопотребления, микроклиматических показателей (температуры, влажности воздуха и почвы и др.), урожайности, обрабатывался по методике Государственного гидрологического института (Санкт-Петербург, 1979, 1984, 1986, 2001), ГНУ «Радуга» (1986). Данные наблюдения выстраивались в ранжированный ряд, определялась вероятность превышения (Р, %) соответствующих величин по формуле:
Р = 100 m/ (n +1), (1)
где m – порядковый номер в ранжированном ряду; n – количество членов ряда (лет наблюдений).
Данные водопотребления сельскохозяйственных культур взяты в ГНУ «Радуга» и ВолжНИИГиМ (, , 2005), а в системе лесных полос исследовались автором и сотрудниками кафедры «Лесомелиорация» (, , 1978, 1983,1996, 1999, 2004, 2006, 2008, 2009).
По степени увлажнения вегетационного периода годы проведения опытов, 1987–2009 гг., характеризовались следующим образом: острозасушливыми были 3 года (1998, 1999,2009), среднесухими – 12 лет (1987, 1988, 1989, 1991, 1992, 1995, 1996, 2000, 2001, 2002, 2005,2006), влажными – 7 лет (1990, 1993, 1994, 1997, 2003, 2004, 2008). Один влажный год приходился на 2–3 года с недостаточным увлажнением, что является типичным для климата степной и сухостепной зон Поволжья.
Поверхностный сток и эрозия почвы определялись методом стоковых площадок. В исследованиях применялись стоковые площадки площадью 1 м2. Учет поверхностного стока проводился с помощью водосливов с углом выреза 45о, а также объемным методом с полным сбором стока. Стоковые площадки устанавливались в 3-кратной повторности для каждого варианта опыта, которые размещались на выделенной среди орошаемого участка делянке, площадью 200 м2, включающей в себя все типичные условия участка (ВНИИОЗ, 1983; ГГИ, г. Санкт-Петербург, 1979). Стоковые площадки ограждались от внешнего участка быстросъемными деревянными бортиками, во избежание поломки их сельскохозяйственной техникой.
При исследовании капельной эрозии для определения объема разбрызгивания почвы использовались обеззоленные бумажные фильтры 15 × 15 см, предварительно взвешенные. Листы на 10 с вносились в зону дождя, высушивались вместе с попавшими на них частицами почвы и взвешивались снова (, 1968). Исследования ирригационной эрозии проводились объемным способом. Сток фильтровался через обеззоленный фильтр, и в фильтре определялись гумус, азот, фосфор, калий.
Водопроницаемость почвы определялась методом рам. Наименьшая влагоемкость почвы определялась методом заливаемых площадок в 3-кратной повторности по общепринятым методам (, 1965, 1969; ВНИИОЗ, 1983). Противоэрозионная стойкость почвы определялась по методу (1945) в лабораторных условиях. Водопрочность почвенных агрегатов определялась в лабораторных условиях по методу (1983) и (1964).
Относительно стоящей на позиции дождевальной машины стоковые площадки размещаются на расстоянии 2 м по обе стороны от фермы трубопровода (ВНИИОЗ, 1983).
Содержание нитратов в продукции устанавливалось с помощью ионселективного электрода по методике ЦИНАО (, , 1980). Содержание клейковины в зерне яровой пшеницы и величина индекса деформации клейковины определялись в лабораторных условиях по общепринятым методикам (1991), и (1977).
Энергетическая оценка противоэрозионных мелиораций проведена по методикам РАСХН (1989, 2000), ВНИИЗ и ЗПЭ (1999, 2000); (1991), (1999). Для математической обработки опытных данных применяли дисперсионный, регрессионный и корреляционный анализ с использованием методики (1985, 1987) и типовых компьютерных программ Statistica 7,0, Microsoft Excel, Origin 6,0.
2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭРОЗИИ ПОЧВ И ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ МЕЛИОРАЦИЙ
2.1. Закономерности формирования стока и эрозии почв
В качестве основного генетического вида водной эрозии принят такой процесс, который имеет единые гидролого-морфологические признаки, обусловленные закономерностями снеготаяния, падения капель дождя и движения микропотоков, состоящих из воды и несущих на себе влияние морфологических образований земной поверхности. На безуклонной поверхности происходит эрозия почвенной структуры: без влияния и с влиянием капель дождя.
Эрозия почвенной структуры – процесс обратимый. Поверхностно-склоновая эрозия может протекать под действием капель дождя при отсутствии потоков воды - капельная эрозия, или эрозия разбрызгивания (,1974, 1989). Перемещение частиц почвы брызгами проявляется лишь при наличии наклона склона. Поверхностный сток в начале имеет вид микропотоков, глубина которых соизмерима с крупностью перемещаемых частиц и производящих смыв, а по мере роста концентрации потоков воды и наносов – размыв почв и грунтов.
Согласно исследованиям (1964), (1948, 1960), (1974), (1963), A. W. Zingg (1948) и др., при таянии под снегом на поверхности почвы формируются ламинарные, спокойные водные потоки, подчиняющиеся закону Дарси, с числом Рейнольдса менее 300 и числом Фруда менее 1:
υ = KI, (2)
где υ – скорость; K – коэффициент влагопроводности; I – уклон.
На освободившихся участках от снега и свободном движении потоков для уклонов более 0,1–0,15 (6-9º) характерны турбулентные режимы движения со скоростью, подчиняющейся закону А. Шези:
, (3)
где с – коэффициент Шези, зависящий от шероховатости поверхности. Обычно с = = 10–60 м0,5/с ; hc – поверхностный сток (слой, глубина).
Задачей исследований является установление опытным путем значений основных параметров, необходимых для проектирования и создания водорегулирующих сооружений (лесных полос, ГТС и др.), в целях борьбы с водной эрозией почв на склонах. Возможны два пути решения: эмпирический, использующий в основном данные наблюдений, и аналитический, базирующийся на установлении теоретических и опытных зависимостей между величиной эрозии и факторами, ее обусловливающими. Однако и при аналитическом методе в математических выражениях неизбежны опытные эмпирические коэффициенты, характеризующие податливость к смыву и размыву различных почв, ее распаханности, задерненности и т. п.
Опираясь на аналитико-эмпирические методы исследований, (1963, 1970) обосновал зависимость эрозии почв от факторов, ее обусловливающих:
μ = С0∙ I ∙ L∙hc, (4)
где μ – эрозия почвы, мк; С0 – эрозионный коэффициент, мк/мм∙м∙‰ ; I – уклон; L – длина, м.
Эрозионный коэффициент показывает величину смыва почвы в мк при стоке 1 мм, уклона 1 ‰ и длине склона 1 м. Нами установлены значения эрозионных коэффициентов различной вероятности превышения (1 %; 10 %; 50 %) на сельскохозяйственных и лесных угодьях, в среднем они составляют: зябь – 0,19; озимые – 0,05; пастбище – 0,01; многолетние травы – 0,008; лес – 0,0007.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
