Необходимость защиты почвы и растений от неблагоприятных природных явлений

Климат лесостепных и степных районов нашей страны изменяется от умеренно континентального в европейской части России до резко континентального в азиатской части. При этом иозрастает суровость зимнего и засушливость летнего периода года.

Засуха и суховеи. Эти явления взаимосвязаны. Засуха - это бездождный период, достаточно продолжительный для тог о, чтобы усваиваемая растением влага в корнеобитаемом слое почвы была израсходована. Она сопровождается повышением температуры воздуха выше средней многолетней (за месяц или период) на 2-3°С, что вызывает соответствующее снижение относительной влажности воздуха. В основе засухи лежит тепловой процесс, обусловленный длительным бездождьем. Окончательным мерилом засухи служит урожай. А.М. Алпатьев установил, что снижение урожая на 20-25% от нормы - агрономический показатель засухи.

Засуха наиболее часто возникает в южных и юго-восточных районах европейской части России, где из трех лет один бывает засушливым, или засуха повторяется 2-3 раза подряд. Засухе предшествуют и сопровождают ее суховеи, то есть сухие ветры, скорость которых более 5 м/с на флюгере. Они усиливают вредное действие засухи на растения. Под суховеем подразумевается жаркая и сухая ветреная погода, характеризуемая критически высокими среднесуточными значениями недостатка насыщения воздуха влагой (более 16 миллибар). Вредное действие суховея проявляется в завядании растений, что влечет за собой в последующем резкое снижение урожая, а иногда и засыхание растений. Больше всего чувствительны они к суховею в первые фазы развития.

Черные (пыльные) бури - наиболее яркое проявление ветровой эрозии почв.

Ветровая эрозия представляет собой перемещение почвенных частиц ветром. При сильном ветре (от 5 до 20 м/с и более на высоте флюгера) происходит выдувание с поверхности почвы мелкозема (глина, пыль), который переносится в виде черной тучи на большие расстояния и откладывается у различных препятствий (изгороди, дома, каналы и т.д.). Более крупные частицы и микроагрегаты почвы скачками перемещаются по поверхности в виде поземки, засекают и срезают нежные всходы растений. При выдувании почва становится менее плодородной. Глубина выдувания за год достигает иногда 20 см и более. Выдувание почвы на полях может происходить пятнами, полосами и целыми участками. Наиболее подвержены выдуванию легкие песчаные и супесчаные почвы, бесструктурные глинистые и карбонатные черноземы. Почвы, содержащие в своем составе более 50% агрегатов размером менее 1 мм, считаются эрозионноопасными.              I

Черные бури наблюдаются чаще в мае - июне, когда почва на полях еще слабо покрыта растительностью. Возникают они в дневные часы и длятся от одного до трех часов. Число дней с пыльными бурями может достигать 60 и больше. Наиболее разрушительные черные бури, охватывающие иногда большие пространства степной зоны, повторяются через каждые 5-10 лет.

Ущерб, причиняемый сельскому хозяйству черными бурями, огромен. От них гибнут на больших площадях озимые хлеба, которые приходится пересевать весной яровыми культурами. Однако еще больший, почти невосполнимый ущерб наносят такие бури в результате сноса верхнего слоя почвы, вызывающего снижение плодородия, а иногда и полную потерю пахотного слоя земли.

Метели и поземки. В течение зимы в лесостепи и степи европейской части России выпадает в виде снега около 25% годового количества осадков (80-100 мм). При скорости ветра 5-10 м /с во время снегопада наблюдаются метели, а при ясной погоде - поземка. В том и другом случае значительная часть снега (около 50%) уносится с полей в овраги, что составляет огромную потерю

воды для сельского хозяйства.

Как показали наблюдения Новосильской агролесомелиоративной станции в Орловской области и Научно- исследовательского института сельского хозяйства (НИИСХ) Центрально-Черноземной полосы имени В.В. Докучаева в Воронежской области, зимой преобладают юго-восточные ветры. Под их влиянием с ветроударных склонов (юго-восточная экспозиция) снег сдувается и откладывается на заветренных склонах и в балках. Иногда ветроударные склоны обнажаются и на них вымерзают озимые хлеба или возникает ветровая эрозия почвы.

Огромный ущерб, наносимый сельскому хозяйству сильными ветрами, не всегда поддается точному учету. В годы засух вредное действие ветров усиливается в несколько раз. Поэтому возникает неотложная задача защиты полей от сильного ветра. И если засуху как крупное атмосферное явление пока нельзя предотвратить, то уменьшить скорость ветра в приземном слое воздуха и этим защитить сельскохозяйственные растения от суховея, а почву от ветровой эрозии вполне возможно. В результате такой защиты значительно ослабляется и действие засухи. Одно из главных средств защиты полей от ветра - лесные полосы.

Водная эрозия почвы. Различаю]' геологическую и ускоренную эрозию почвы.

Под геологической эрозией понимают разрушение поверхности суши, происходившие как в прошлом, так и теперь под влиянием естественных причин.

В настоящее время темпы такой эрозии малы, внешне незаметны и перекрываются процессом почвообразования.

Ускоренная эрозия связана с хозяйственной деятельностью человека.

Ускоренной она называется потому, что темпы ее развития во много раз превышают геологическую эрозию, хотя закономерности их развития общие.

Современный рельеф суши есть результат совместных процессов горообразования, вековых движений земной коры и геологической эрозии. Под влиянием последней сформировалась гидрографическая сеть - система взаимосвязанных пониженных элементов рельефа (рис.5).

Рис.

в — водораздельная линия; л — речные профили элементов лощина; б—балка; д—долина гидрографической сети: реки (Белгородская область). а — ложбина; б — лощина: в

• балка: г—долина реки.

Вода, стекая по поверхности земли вниз по склонам, концентрируется в гидрографической сети и по ней уходит в реки и затем в моря и океаны. Гидрографическая сеть в плане похожа на ветвящийся ствол дерева.

По А.С. Козменко, она состоит из следующих звеньев, начиная сверху: ложбины, лощины, балки (суходолы), речной долины (рис. 6).

Каждое звено имеет свою площадь водосбора, то есть участок поверхности земли, с которого вода стекает в данное звено. Линия, разграничивающая соседние водосборные площади, называется водораздельной. Она проходит по наиболее возвышенным в данном месте точкам рельефа местности.

Ложбина - слабо выраженное углубление с весьма пологими берегами, постепенно переходящими в прилегающие склоны. Площадь водосбора около 50 га. Берега распахиваются. Ложбина впадает в лощину.

Лощина- ясно выраженное углубление шириной 20-30м и глубиной 8-10м. Площадь ее водосбора достигает 500 га, она включает несколько водосборов ложбин. Берега симметричные, крутые (10-20м), не распахиваются. Лощина по мере движения

вниз по склону расширяется, углубляется и впадает в балку (суходол) или сама становится балкой.

Б а л к а - более широкое (до 200-300 м) и глубокое (15-20 м и более), чем лощина, углубление. Для нее характерны несимметричные берега: освещаемые солнцем, как правило, крутые, геневые-пологие. Площадь водосбора до 3000 га. Постепенно расширяясь и углубляясь, балка впадает в долину реки.

Долины малых рек по строению похожи на балки, отличаются от них тем, что их крутые и пологие берега чередуются в зависимости от извилистости русла реки.

Долины крупных рек отличаются от малых относительно постоянной асимметрией берегов. Обычно правый берег - крутой и высокий (подмываемый), а левый - пологий.

Перечисленные звенья гидрографической сети выработались в результате геологической эрозии в основном в далеком прошлом. Поэтому такую сеть называют древней. В настоящее время ее берега и дно давно покрыты растительностью, в ряде случаев они разрушены в результате ускоренной эрозии и превратились в овраги.

Гидрографическая сеть расчленяет всю территорию поверхности земли. Поэтому пашни, луга и леса расположены на водосборах тех или иных звеньев этой сети. Лишь в исключительных случаях могут встречаться ровные, бессточные участки земли.

Для характеристики густоты гидрографической сети введено понятие коэффициента расчленения территории. Этот коэффициент показывает, сколько километров длины гидрографической сети приходится на 1 км2 поверхности суши. Средней величиной принято считать коэффициент, равный 1. Ускоренная эрозия почв тесно связана с густотой гидрографической сети. Чем больше расчлененность территории, тем круче склоны водосборов, тем больше эрозионноопасных уклонов и сильнее развита эрозия почвы. Кроме того, как показывает С.С. Соболев, ускоренная эрозия связана с историей земледелия. Она сильнее выра

жена в районах более древнего земледелия (вблизи старых городов).

Ускоренная эрозия проявляется в двух основных видах: поверхностной или плоскостной и линейной, или вертикальной.

При поверхностной эрозии почва смывается с поверхности земли, а при линейной размывается в глубину, то есть образуются овраги.

Поверхностная эрозия почвы. Талые и ливневые воды, стекая по поверхности земли, разрушают ее. Вода стекает не в виде слоя, равномерно покрывающего поверхность склона, а небольшими струйками, более или менее равномерно рассеянными по поверхности склона.

При движении вниз по склону каждая струйка воды промывает русло, взмучивая и унося с собой частички почвы.

После окончания стока воды поверхность пашни остается покрытой сетью бороздок (водороины). При обработке почвы они заравниваются почвой, лежащей рядом, поэтому общая толщина ее слоя уменьшается. Поскольку почва смывается ежегодно в течение десятков лет, то уменьшение толщины пахотного слоя становится весьма ощутимым. Одновременно вымываются элементы питания растений: азот, фосфор, калий, сера, кальций, микроэлементы и другие вещества. Образуются разной степени смытые почвы.

На разрушительную силу воды, вызывающую смыв почвы, существенное влияние оказывает рельеф, тип почвы, растительность, климат и хозяйственная деятельность человека. Ведущий фактор - рельеф местности. При этом большое значение имеет форма склонов поверхности земли. Различают выпуклые, прямые и вогнутые склоны, но могут быть и сложные, состоящие из перечисленных элементов. Наибольший смыв наблюдается на выпуклых участках склонов, где при движении вниз одновременно нарастают крутизна склона и масса стекающей воды.

На прямых склонах в несколько ослабленном виде, поскольку уклон постоянный, повторяются закономерности смыва прчвы на выпуклых склонах. На вогнутых склонах по мере движения вниз, хотя и увеличивается масса стекающей воды, но вследствие уменьшения уклона почва смывается меньше, чем на прямом склоне.

Противоэрозионная стойкость почвы зависит в основном от прочности ее структурных агрегатов. Наибольшей прочностью обладают верхние горизонты почвы, наименьшей - материнские породы. Распыленные, бесструктурные почвы(в том числе и черноземы) легко поддаются эрозии. Растительность, особенно естественная, предохраняет почву. Под ее влиянием улучшается почвенная структура, повышается ее стойкость к смыву и улучшается способность впитывать воду. Существенное влияние на эрозию почвы оказывает геологическое строение местности, климат и хозяйственная деятельность человека.

В зависимости от происхождения стока выделяются следующие виды смыва почвы: смыв, вызываемый стоком дождевых вод, ливневых вод и талых вод. Сток дождевых вод происходит обычно не по разжиженной, а лишь по увлажненной с поверхности почве. Возникает селективная эрозия - вымывание мельчайших плодородных почвенных частичек. При ливневом стоке громадное количество осадков за короткий срок разрушает структуру верхнего слоя почвы и приводит к повсеместному развитию мелких и более крупных струйчатых размывов. Потоки ливневых вод не только смывают мельчайшие почвенные частицы, но и перекатывают по дну своих русел комочки, щебень, гравий и даже глыбы почв. При этом разрушение почвенных агрегатов защемленным воздухом сильнее сказывается на более сухих склонах южной экспозиции. Смыв почвы, вызываемый стоком та- лых(снеговых) вод, происходит обычно на поверхности оттаявшего на небольшую глубину слоя почвы. Промерзший слой почвы, еще не успевший оттаять, служит своеобразным водоупором. Поступающая от снеготаяния вода насыщает оттаявший верхний слой, разжижает его и приводит в состояние текучести. При большой крутизне склона разжиженная почва сползает (сплывает) вниз. Эти явления обычно наблюдаются после влажной осени на выровненной зяби, парах и посевах озимых культур при по

степенном оттаивании почвы сверху и небольшом постоянном потоке талых вод. При сравнительно интенсивном снеготаянии на поверхности быстро возникает сток, легко увлекающий частицы почвы из разжиженного ее слоя.

Размыв почвы (овражная эрозия). В отличие от поверхностной эрозии почвы, вызываемой стоком рассеянных струй воды, овражная эрозия возникает при концентрации их в сравнительно мощные водные потоки. Это происходит при отекании воды со склонов водосбора в естественную гидрографическую сеть или в искусственную ложбину. Такие ложбины образуются в результате напаши вдоль границ полей, а также по пахотным бороздам и кюветам дорог. Водный поток, если он при имеющихся уклонах поверхности земли обладает достаточно большой разрушительной силой, промывает по дну ложбины или балки - русло, а почву и грунт уносит в реки и моря. Поскольку поверхностный сток талых или ливневых вод периодически повторяется, то ежедневно происходит дальнейший рост оврагов в глубину, длину и ширину.

Следовательно, овраг - это отрицательная форма рельефа, образованная сравнительно недавно периодически стекающим водным потоком.

В каждом овраге можно выделить вершину, отвершки, дно, откосы, бровку, устье, конус выноса (рис. 7 а).

Вершиной оврага называют самую верхнюю его часть, через которую поступает основная масса поверхностных вод. Второстепенная вершина оврага, образующаяся в верхнем конце его боковых ответвлений, называется отвершком оврага.

Дном оврага является нижняя часть, ограниченная с боков откосами. Дно имеет уклон. В молодых оврагах вода течет по всему дну, в старых оврагах по дну залегает русло, по которому проходит поток концентрированных поверхностных вод.

Рис. 7 а. Схема оврага.              Рис. 7 б. Типы оврагов: а — ли-

o' - вершина; б - отвершки; в - ния водораздела; б—первичный бровка; г - тальвег; д - откосы; береговой (склоновый) и вто- е - конус выноса; ж - бровка ричные: в — вершинный; д — балки (долины).              донный; е — балка (лощина); ж

— ложбина; г—граница поля; стрелки — сток воды.

Откосы оврага - это боковые его части, ог раниченные сверху бровкой, а снизу дном. Линия, ограничивающая овражные откосы от прилегающих склонов водосбора, является бровкой оврага.

Устье - конечная часть оврага, т.е. место его соединения с дном батей или поймой реки. Отложения твердых частиц, переносимых водным потоком, в устьевой части обычно называют конусом выноса.

С.С. Соболев выделяет четыре стадии в развитии первичных оврагов(рис. 8)

Рис. 8. Стадии развития продольного профиля первичного оврага (по С. С. Соболеву):

1 — промоина (рытвина); И —врезание оврага вершиной (висячее устье); III — выработка профиля равновесия; IV — затухание.

Первая стадия - образование промоины, или рытвины, глубиной 30-50 см. Характерный признак промоины - параллельность продольного профиля ее дна поверхности склона, на которой образовался овраг. В плане овраг имеет линейную форму; поперечное сечение - треугольное или трапециевидное. На распаханных площадях и рыхлых грунтах стадия протекает очень быстро (1-3 года).

Вторая стадия - образование вершинного обрыва. Берег балки, как более крутой, чем прилегающий к ее бровке склон водосбора, размывается в г лубину быстрее, чем склон, поэтому ниже бровки балки образуется обрыв. Основание обрыва подмывается падающим потоком воды. Стена обрыва обрушивается, глыбы грунта размываются водным потоком и уносятся течением. Высота обрыва над дном оврага в его вершине составляет от 2 до 10 м.

Овраг растет в длину обвалом своей вершины, навстречу водному потоку, врезаясь в прилегающий к балке склон. Одновременно происходит его углубление, но устье оврага еще не достигает уровня дна балки. Овраг как бы "висит" над дном балки.

Продольный профиль дна оврага имеет вид вогнутой линии и сильно отличается от профиля поверхности размываемых берега балки и прилегающих склонов. Откосы оврага обнажены, обрывисты и неустойчивы. Осыпь грунта у их основания не задерживается, так как уносится водным потоком. Овраг в этой стадии растет как в глубину, так и ширину. По мере углубления дна оврага его устье опускается все ниже и ниже и, наконец, достигает уровня дна балки. Овраг вступает в новую стадию развития.

Третья стадия - выработка профиля равновесия. Она начинается, когда устье оврага опускается до уровня дна балки, то есть достигает местного базиса эрозии. Базисом эрозии называется уровень, на котором стекающие водные потоки теряют свою разрушительную силу и ниже которого глубинная эрозия не происходит. Дно оврага выше устья продолжает углубляться до тех пор, пока продольный его уклон станет соответствовать уклону профиля равновесия для данного грунта. При этом уклоне дна скорость водного потока настолько мала, что его сила будет уравновешиваться сопротивляемостью грунта. При такой скорости водный поток обычно не в состоянии переносить крупные частицы твердого, стока, поэтому для профиля равновесия харак

терно отложение но дну оврага наносов. В начале этой стадии развития наносы откладываются в устье оврага, затем зона отложения увеличивается, подвигаясь к вершине оврага по мере углубления дна и уменьшения его уклона. Овраг в этой стадии растет в глубину, ширину и длину. Рост в ширину идет в результате подмыва и обрушивания откоса оврага, поскольку водный поток течет по дну не прямолинейно, а извилисто.

Четвертая стадия - затухание роста оврага. Эта стадия начинается после выработки профиля равновесия дна оврага. Дальнейшего углубления дна не происходит. Продолжается рост в ширину вследствие подмыва и обрушивания откосов, в результате чего дно оврага расширяется. Постепенно откосы оврага достигают угла естественного, устойчивого для данного грунта, откоса и покрываются растительностью.

Водная эрозия почвы наносит огромный ущерб народному хозяйству страны. В результате смыва поверхностного слоя почвы значительные площади пахотных земель в той или иной степени утратили свое плодородие. Смытые почвы меньше, чем не- смытые, содержат гумуса и других элементов пищи растений, поэтому при возделывании на них сельскохозяйственных культур требуется иная агротехника, чем на несмытых почвах. Здесь необходимы более высокие дозы удобрений и специальные приемы обработки почвы.

Кроме снижения плодородия почвы, водная эрозия наносит и другой вред. В результате кольматажа (отложение твердого стока) происходит заиливание прудов и водохранилищ, мелеют реки, заболачиваются поймы.

При увеличении площадей оврагов теряется много земли. Они снижают уровень грунтовых вод, увеличивают площадь испаряющей поверхности и тем самым вызывают иссушение территории, на что указывал В.В. Докучаев (1893). Кроме того, овраги, расчленяя пашню на мелкие участки, делают ее неудобной для обработки. Вынос твердого стока из овраг ов и отложение его в поймах рек приводят к обмелению рек и заболачиванию пойм. Водная эрозия наносит большой и почти непоправимый ущерб земле.

Ирригационная эрозия. Под ирригационной эрозией понимают разрушение, перенос и отложение почвы ороси

тельной водой в процессе полива орошаемых земель. Ирригационная эрозия проявляется в виде плоскостного смыва верхнего, наиболее плодородного слоя почвы и в виде размыва оросительной сети. При постоянном размыве оросителей и неорганизованном сбросе поливных вод развиваются овраги, способные вывести из строя орошаемое поле.

Интенсивность и величина ирригационной эрозии во многом зависят от способа полива. Наиболее эрозионноопасным является поверхностный полив, когда отделяемые водой частицы почвы перемещаются потоком и намываются (отлагаются) на нижних частях поливных участков. В этом случае за один полив с поверхности поля выносится 30-40 т и более с 1 га плодородной почвы’, а урожайность на смытых почвах уменьшается в 2-3 раза. Эрозионные процессы возникают при обильном поливе и при нарезке борозд со значительным продольным уклоном. Опасность смыва почвы возникает при поверхностном поливе и дождевании на орошаемых полях сельскохозяйственных культур с уклоном 0,3 и более. Интенсивность смыва быстро возрастает с увеличением уклона.

Полив дождеванием - наиболее прогрессивный способ - в отдельных случаях также приводит к разрушению почв. Падающие капли искусственного дождя ухудшают структуру верхних слоев почвы (капельная эрозия); мелкие почвенные частицы скапливаются в понижениях, закупоривают почвенные поры. На поверхности оплывшей пашни формируется корка, которая, подсыхая, растрескивается. При дождевании разрушение почвы происходит одновременно на всей площади, а при орошении поверхностном и по бороздам эрозия проявляется в местах движения струй воды в виде размыва дна и стенок борозд.

Разрушение почвенных агрегатов может происходить и в более глубоких слоях почвы в результате давления защемленного воздуха на частицы агрегата.

Ирригационная эрозия, являясь причиной общего смыва почвы, кроме того, резко снижает ее плодородие за счет вымывания питательных веществ оросительной водой, сбросы которой зафязняют реки и водоемы. Частые поливы низкого качества приводят к заметному распылению верхнего почвенного слоя, разрушению его структуры, ухудшению физико-химических,

водных и воздушных свойств почвы. Отложение смытой почвы в нижних частях борозд и поливных участков влечет за собой изменение уклонов и требует новой планировки и нарезки борозд.