Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Оценка и прогноз качества земель

ТРАНСФОРМАЦИЯ КАЧЕСТВА ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Влияние эрозии на состояние сельскохозяйственных угодий и прогноз их качества

Критерии и показатели оценки эрозионных процессов

Водная эрозия

Количественная оценка водной эрозии предусматривает две системы критериев:

1) по фактической эродированность почвенного покрова;

2) по потенциальной опасностью эрозии при определенном уровне вероятности воздействия факторов эрозии (мировой опыт организации противоэрозионной защиты указывает на то, что достаточным является расчет на 10% -ную обеспеченность).

Карты проявления и опасности эрозии и дефляции почв выполнены по заказу Госкомзема Украины коллективом ученых ННЦ "ИГ им. А.Н. Соколовского" НААН Украины по методике и научным руководством академика С.Ю. Булыгина (2001) (рис. 1-10 приложений к разделу 4).

Количественная информация о фактической эродированности имеет статус официального. Впервые системные данные по эродированности почв Украины полученные после крупномасштабного почвенного обследования в 1957- 1961 годах. На основании этих материалов коллектив ученых под руководством профессора Е.Л. Холупяка разработал карту эродированности почв Украины. После создания Государственного Комитета по земельным ресурсам сведения о эродированность почв в официальных отчетах подавались этим учреждением. То есть получить такие данные можно без существенных осложнений, но при их использовании необходимо иметь в виду, что эта информация не всегда может быть объективной. Эродированные почвы северных склонов могут диагностироваться как полнопрофильные, а короткопрофильни неэродированные почвы южных склонов как эродированы. Такие грубые ошибки вытекают из методики диагностики степени эродированности склоновых почв путем сравнения их мощности с гилакорним аналогом (контролем), которая применялась при крупномасштабному почвенном картографировании и при проведении грунтовых корректировок. Поэтому, несмотря на официальный характер данных по эродированности почв, они не могут считаться вполне достоверными. Требования к объективности информации о эродированности почвенного покрова для целей непосредственного проектирования противоэрозионных упорядочение определенной территории значительно повышаются.

Необходимо иметь корректные данные о фактическом развития эрозии на конкретной территории. Применение методики определения степени эродированности почв, о которой выше шла речь, просто не допустимо. Вполне вероятна двойная ошибка: будут защищаться неэродированные малоразвиты низкопродуктивные почвы, а наиболее ценные, уже фактически в значительной степени эродированы почвы, будут еще более интенсивно использоваться без достаточного противоэрозионной защиты. Поэтому необходима принципиально новая методика обследования территории, которую предполагается противоэрозионных порядок. Эта работа должна выполняться на предпроектной стадии. Определенные перспективы оказывает применение методики, основанной на определении теоретического расчетного аналога (контроля) неэродированных почвы для любой точки в ландшафте (Булыгин С.Ю., 2005). Количественными параметрами, которые вовлечены в модели, экспозиция (азимут), уклон (градусы) гранулометрический состав (содержание физической глины,%), материнская порода (содержание неагрегованих элементарных почвенных частиц или эффективная поверхность, г / м2).

Математическая статистика, которая является основным рабочим средством, позволяет определить диапазон достоверности различий между фактической мощности почвы и ее значению. Если разногласия выходят за пределы этого диапазона, есть основания для вывода о наличии в почве эродированности или намыва. При этом четко определяется слой, эрозионно потерянный или делювиально намытый.

Ошибки по эродированности почв уменьшаются в, случае использования показателей среднегодовых потерь почвы, которые определяются методом сравнительной анализа почвенных карт территории, полученных за определенный промежуток времени. Поэтому показатели эрозионных потерь почвы более корректными для диагностирования степени эродированности почв, если начало сельскохозяйственного использования определенной территории и первая грунтовая карта совпадают во времени. Показатели среднегодовых эрозионных потерь почвы могут быть вычислены на основании математической модели эрозии, но они будут иметь меньшую точность. Долгосрочные гидрологические наблюдения в условиях стационарных водобалансовых станций, учеты водосборного стока и полевые экспедиционные временные замеры позволили достаточно тщательно определить возможные уровни поверхностного стока. Для европейской части бывшего Советского Союза проработана серия соответствующих карт.

Наиболее целесообразно использовать значение потенциального поверхностного стока (ПС) 10% -ного уровня вероятности превышения диагностического стока над расчетным. Значение ПС имеет самостоятельную информационную ценность и используется для вычисления показателя проявления эрозии почв (ППЕГ). характеризующий выполненную работу поверхностного стока. Коэффициент эродированности почвенного покрова исчисляется как средневзвешенная величина для каждого грунта на основании коэффициентов:

- Неэродированных - 1;

- Слабоеродований - 1,2;

- Середньоеродованих - 1,4;

- Сильноэродированных - 1,6.

Они указывают на снижение плодородия и по сравнению с полнопрофильные грунтом. Коэффициент эродированности вместе с данными распределения эродированных почв по градациями степени эродированности можно использовать как важные качественные характеристики почвенного покрова.

Таким образом, информация о фактической эродированности почв с необходимым, но не достаточным условием ни для научного обоснования стратегии охраны почв от эрозии (разработать Генеральный план противоэрозионных мероприятий, Национальной программы охраны почв и вообще инвестиционной ґрунтоохороннои политики), ни для конструирования противоэрозионной защиты на определенной территории . Такая информация может быть принята только в качестве одной оси системы координат алгоритма противоэрозионной защиты.

Вторая ось - это количественная оценка потенциальной эрозионной опасности. Такая оценка возможна при наличии характеристик природных факторов эрозии. Теоретическим основанием вычисления потенциальной эрозионной опасности является предположение о том, что единственной причиной современной эрозии является деятельность человека, а природные факторы эрозии (обстоятельства) - лишь ее предпосылки. Норматив проявления эрозии должен равняться скорости почвообразовательного процесса. То есть, есть некий максимум, выше которого эрозионные потери в конкретной точке пространства и времени быть не могут. Достаточным уровнем принято считать, как уже упоминалось, 10% -ную обеспеченность. В таком случае расчетное значение потенциального годового смыва почвы 10% -ной обеспеченности необходимо показателем потенциальной опасности эрозии. Однако на почвах различной выходной мощности профиля одинаковые эрозионные потери почвы приведут к различным последствиям.

Поэтому количественный показатель эрозионной опасности должен учитывать этот существенный аспект. В таком контексте достаточно информативным показателем относительно потенциальной эрозионной опасности является индекс сохранения почв (ИЗГ), который определяется из соотношения мощности (массы) гумусового горизонта (Н, т / га) и вероятных эрозионных потерь (смыв почвы 10% -ной обеспеченности, т / га). Он показывает, за сколько лет можно потерять гумусовый горизонт (Н), если в среднем ежегодно будет эрозия на уровне 10% -ой обеспеченности.

Индекс сохранения почв - количественный показатель эрозионной опасности. Для его расчета необходимо, во-первых,. иметь математическую верифицируемую модель эрозии, а во-вторых, все параметры этой модели, характеризующие природные факторы эрозии на уровне как минимум 10% -ной обеспеченности.

Для расчета показателя опасности эрозии можно предложить разные подходы. Все они базируются на оценке уровня антропогенного вмешательства в природные ландшафты. Показателями по антропогенной нагрузки могут быть распашка территории, соотношение эрозионно опасных (пашня, сады и т.д.) и постоянных (сенокосы, культурные пастбища, целина, лес и т.д.) агрофонов по Эродирование почв. Предполагается балльная оценка опасности эрозии для каждого показателя. Таким образом, в перечень критериев оценки проявления и опасности водной эрозии вошли:

а) Оценка потенциальной эрозионной опасности:

1) Индекс сохранения почв (ИЗГ) как количество лет, необходимых для смыва почвы, определяется по отношению массы гумусового горизонта (Н) к массе возможных эрозионных потерь почвы 10% -ной обеспеченности (оба показателя в тоннах на гектар).

2) Оценка эрозионной опасности по косвенным показателям (распашка территории и другие, приведенные в табл. 4.3.).

б) Оценка фактического состояния:

1) Интенсивность фактических среднегодовых потерь почвы, т / га.

2) Фактическая эродированность, что имеет место на определенной территории в разрезе основных категорий земельных ресурсов,%.

3) Слой потенциального поверхностного жидкого стока (ПС), мм в год.

4) Коэффициент реализации эрозионной опасности (КРЕН), который рассчитывается как соотношение фактических среднегодовых потерь почвы к возможным эрозионных потерь почвы 10% -ной обеспеченности.

Нормирование параметров водно-эрозионной опасности осуществляется по следующим показателям:

1) Норма эродированности n = 0,1Н, где Н - мощность (масса) верхнего гумусового горизонта полнопрофильного почвы, мм или т / га ( табл. 4.1 ), в соответствии с выбранными единиц измерения получаем норматив смыва или слоя почвы (мм) или общей количества грунта (т / га);

2) Коэффициент снижения плодородия эродированных почв, или коэффициент эродированности почвенного покрова (К ЭГП ). Относительно полнопрофильного почвы он составляет: для слабоеродованих почв - 1,2, середньоеродованих - 1,4, сильноэродированных - 1,6. Для конкретной территории К ег " определяется как средневзвешенная величина. Например, если на конкретной территории 70% почв неэродированные, 20% - слабоеродовани и 10% середньоеродованих, К = (70 × 1 + 20 × 1,2 + 10 × 1,4): 100 - 1,08 ( табл. 4.1 ) ;

3) Объем потенциального жидкого стока (ПС), мм ( табл. 4 1 )

4) Коэффициент реализации эрозионной опасности (КРЕН). Градация значений КРЕН имеет семь классов ( приложения к разделу 4 (4-Г) )

5) Индекс сохранения почв (ИЗГ), годы ( табл. 4.2 );

Таблица 4.1

Нормативы водно-эрозионных процессов

№ п.п

Стуоинь развития водно ерозийиих процессов

Нормативы по отдельным показателям

противоэрозионные мероприятия

1

нормальный

в) норма среднегодовой эрозионной потери почвы:

- Дерново-подзолистые и светло-серые почвы: 1,8-2,4 т / га;

- Серые и темно-серые почвы: 2 2,5т / га;

- Черноземные почвы: 2,6-4,5 т / га;

- Тем но-каштановые и каштановые: 2,0-2,5 т / га;

б) фактическая эродированность существенно не влияет на плодородие почв, Κ "™ <1,05;

в) ПС <5,0 мм

Общепринятые технологии выращивания сельскохозяйственных культур и другого использования земельных ресурсов без дополнительного противоэрозионных благоустройство территории.

2

удовлетворительное

а) Ежегодные эрозионные потери почвы преувеличивают "норму" в 1,5-3 раза;

б) Кэт в пределах от 1,05 до 1,10;

в) 5,1 • <ПС <8.

Критический анализ технологий использования земельных ресурсов. Выявление и устранение грубых ошибок в технологическом процессе. Снижение сельскохозяйственного нагрузки на ландшафты (уменьшение площади пашни, минимизация технологий τοπίο).

3

предкризисный

а) Ежегодные эрозионные потери почвы преувеличивают "норму" в 3-5 раз;

б) Кэт в пределах от 1,11 до 1,15;

в) 8,1 <ПС <15,0.

Разработка генеральной схемы противоэрозионных мероприятий. Неотложный переход на экологически "чистые" технологии. Агроландшафтне противоэрозионное составления на основании разработанных инженерными метолами проектов.

4

кризисное

а) Ежегодные эрозионные потери почвы преувеличивают "норму" в 5-7 раз;

б) КСТ в пределах от 1,15 до 1д0;

г) 15,1 <ПС <25.

Резкое сокращение пашни (не менее на 40-50%). Изменение специализации сельского хозяйства, формирования кормовой базы за счет природных кормовых угодий. Повсеместное сплошное облесение малоразвитых сильно деградированных и малопродуктивных земель. Систематический всесторонний контроль за использованием земель, налаживание оперативного кризисного мониторинга.

5

катастрофическом

графическими

а) Ежегодные эрозионные потери почвы преувеличивают "норму" более чем в 7 раз;

б) К СТ > 1д0; г) ПС> 25,1

Планирование специальной мелиорации и рекультивации земель. Сокращение пашни более чем на 50%. Объявления территории зоной экологического бедствия, нуждается в государственных мер в соответствии с действующим законодательством.

6) Группа косвенных показателей. Оценка эрозионной опасности на основании косвенных показателей проводится путем ранжирования фактических данных по критериям, приведенным в табл. 4.3 и вывода для конкретной территории суммарного балла эрозионной опасности.

Таблица 4.2

Классификация эрозионной опасности

Степень эрозионной опасности

ИЗГ (лет)

Характеристика эрозионной опасности

1

> 300

Опасности водной эрозии практически нет

2

300-200

Слабая. Появляется вероятность постепенного снижения мощности профиля почв

3

200-100

Заметна. Имеет место реальная возможность потери почвенного покрова

4

100-50

Сильная. Имеющиеся условия полной потери почвенного покрова

5

<50

Очень сильная. Возможные проявления катастрофических эрозионных потерь почвы. Имеющиеся условия для потери почвенного покрова при жизни одного поколения.

Таблица 4.3

Нормативы для косвенной оценки эрозионной опасности

№ п.п.

показатели

Характеристика эрозионной опасности

отсутствует

слабая

заметная

сильная

катастрофическая

1

Разорит и во территории,%

<40

40-45

45-50

50-60

> 60

2

Соотношение площадей под пашней и стабильными земельными угодьями

<1,0

1-1,3

1,3-1,7

1,7-3,0

> 3,0

3

Эродированность пашни,%

<20

21-30

31-40

41-50

> 50

4

Распашка земель на склонах> 2 град.,%

<20

21-30

31-40

41-50

> 50

5

Класс эрозионной опасности, сумма баллов

4

5-8

9-12

13-16

17-20

Фактическая эродированность почвенного покрова может быть в достаточной мере представлена показателями степени эродированности и значением эрозионно вторичного слоя почвы или среднегодовым модулем смыва.

Градация средневзвешенного эрозионного уменьшение мощности почвенного профиля (dН), предложенная С.Ю. Булыгин (2005), на основании анализа фактических эрозионных потерь почвы, произошедшие в Украине за 30 лет (1961-1990), по своей сути соответствует шкале интенсивности эрозионных потерь, которая была разработана МК. Шикулы с соавторами (2001) ( Рис. 1. приложений к разделу 4 (4-Г) ):

1 класс - эрозия отсутствует (потери за 30 лет составляют 0-0,8 см, то есть <0,26 мм / год);

2 класс - слабое проявление эрозии (потери 0,8-2,4 см, то есть 0,26- 0,8 мм / год);

3 класс - среднее проявления эрозии (потери 2,4-4,0 см, то есть 0,8- 1,3 мм / год);

4 класс - сильное проявление эрозии (потери 4-6 см,; то есть 1,3 2,0 мм / год);

5 класс - катастрофическая эрозионная потеря почвенного покрова (потери за ЗО лет превышают 6 см, т.е.> 2,0 мм / год).

Первый класс dH выделяет районы, где среднегодовая эрозионная потеря почвы не превышала скорости почвообразования. То есть почвы на этих территориях, за период 1961- 1990 pp. не снизили своей мощности. Если вспомнить, что термин "эрозия" в переводе с латинского языка означает разъедание, а термин "нормальная эрозия", по мнению С.Ю. Булыгина, не имеет достаточных оснований на существование, можно констатировать отсутствие эрозионных процессов в почвах этой территории (0,8: 30 = 0,26 мм или 2,6 т / га максимум эрозионных потерь почвы).

Анализ эродированности почв показывает отсутствие процессов Эродирование фунтов за 1961-1990 pp. в украинском Полесье и Сухом Степи, слабое проявление эрозии в Южном Степи, в Полтавской области и еще на некоторых территориях.

Слабое проявление эрозии в Полтавской области, по мнению С.Ю. Булыгина (2005), не зависит от бесплужной системы обработки, что; широко здесь применялась в течение 70-х и первой половины 80-х годов XX века. Середньосуглинкових гранулометрический состав черноземов, что обусловливает их высокую водопроницаемость и, соответственно, достаточно грунтовое поглощения атмосферных осадков на фоне значительной эрозионной устойчивости этих почв и "спокойного" ерозийнобезпечного рельефа - это основные природные факторы-предпосылки низкой активности эрозионных процессов в Полтавской области.

Вышеуказанное подтверждает значение dH в Лохвицком и Решетиловском районах этой области, где оно в соответствии с ЗО лет равнялось 3,8 и 3,2 см. В то же время, как только рельеф становится более заметным, эрозионные потери почвы увеличиваются. То есть безотвальной система обработки сама по себе не может защитить почву от эрозии. В условиях "бескрайних" полей сама только агротехника не может защитить почву от эрозии, особенно, когда рекомендуется полупаровая обработку, как это было при широкомасштабном полтавском эксперименте. Это была действительно бесплужной система обработки, но не противоэрозионная. Она была присуща большей части территории Полтавской области, здесь ее можно широко использовать и агроэкономический показатели это подтверждают. К сожалению, эти работы были остановлены;

Но опыт полтавского эксперимента нельзя бездумно копировать на другой территории. Наибольшую обеспокоенность вызывает скорость Эродирование почв, которые относятся к пятому классу. Это район Донбасса и полоса вдоль границы Лесостепи с Северным Степью. Кроме того, это также Малый Лесостепь и еще некоторые отдельные районы. На основании рассмотрения dH можно уверенно констатировать, что вся сельскохозяйственная территория с катастрофическим проявлением эрозии эксплуатировалась буквально варварски. Началось это с хрущевских экспериментов по расширению посевов кукурузы без всякого противоэрозионной защиты. Затем была кампания так называемого укрупнения полей (в отдельных районах размер одного поля превышал 600 га). К тому же полезащитные лесополосы, созданные согласно Постановлению 1948, были расположены преимущественно поперек южных и юго-восточных суховеев, как правило, вдоль склона, или еще хуже, под углом к горизонталей близко к 45-50 °, а потому привели к катастрофическим эрозионных потерь. Такая ориентация лесополос, когда длинная сторона полей располагалась вдоль склона, вызвала такое же направление основной обработки и посевов пропашных культур и, как следствие, значительное эрозию почвы.

Известно, что модуль смыва почвы функционально связан со степенью эродированности. Дело только в исходной (до начала Эродирование) мощности профиля почвы. Наибольшие площади эродированной пашни находятся в восточных областях Украины (65-85%); наименее эродированная пашня - в Полесье. Этот показатель дает общую информацию о эродированности пашни, но не дает представления о дифференциации эродированности по степени ее проявления. Такое существенное дополнение дает коэффициент эродированности земель. Он отражает качественную оценку состояния почвенного покрова по интенсивности проявления эрозии. Сравнение коэффициента эродированности с показателями dH позволяет выявить между ними тесную связь. Это означает, что, во-первых, подтверждается давно известное правило, что по мере усиления степени эродированности растет и годовой модуль смыва, то есть ускоряются процессы эрозии; во-вторых, имеет место и обратная связь, то есть "вспышка" эрозионных процессов, который начался в 60-е годы прошлого века уже обусловливает дальнейшее существенное снижение мощности профиля.

Для определения содержания ґрунтоохороннои политики данные об опасности эрозии даже более важны, чем показатели ее фактического проявления. Классификация индекса сохранения почв (ИЗГ), по значению которого оценивается эрозионная опасность, противоположная предыдущей показателям. Первый класс (<50 лет) означает катастрофическую опасность эрозии. Последний класс (> 300 лет) указывает на отсутствие эрозионной опасности. Исходя из этих данных есть основания полагать, что гипотеза о возможности формирования верхнего гумусового горизонта Н за 1000 лет имеет под собой надежное научное обоснование. Поэтому предложено упрощенный метод определения допустимых эрозионных потерь почвы, которые равны 0,1% Н, то есть 1/1000 часть. Метод нашел подтверждение после анализа публикаций (Ф.М. Лисецкий, С. Черный), посвященных этой проблеме. Известно, что для Европейской части бывшего СССР коэффициент перехода из величины смыва 10% -ной обеспеченности в медианный его значений (то есть среднегодовых) равен 3-4 (В.П. Герасименко). Таким образом, легко вычисляется величина ИЗГ, равной 300 лет. То есть, при значении ИЗГ> 300 эрозионная опасность, определяется природными факторами эрозии, отсутствует (вероятность эрозионного снижение мощности профиля почв приближается к нулю). Первый класс ИЗГ (<50 лет) показывает возможность потери горизонта Н на глазах одного поколения.

На основании районирования территории страны по ИЗГ можно констатировать, что Правобережный и Западный Лесостепь характеризуются высокой (самой) эрозионной опасности. Сопоставление этого районирования с районированием по предварительным показателям оказывает на значительной территории Украины расхождения между фактическим эродированность и ее потенциальной опасности. Особенно это касается Северной Степи. Поэтому считаем, что главным аргументом для формирования грунтоохоронних политики и стратегии противоэрозионной защиты является оценка именно опасности проявления эрозии. Подтверждением этого могут быть как минимум два положения.

Во-первых, планирование грунтоохоронних мероприятий на основании данных фактического эродированности ведет к борьбе с последствиями, а не к устранению причин эрозионного разрушения почв.

Во-вторых, возникают достаточно обоснованные сомнения относительно корректности методики определения эродированности почв, которая положена в основу соответствующей официальной информации. Можно считать, что одной из первоочередных задач мониторинга земельных ресурсов является определение действительного их состояния по эродированности.

Достоверным показателем, который дает количественное представление о соотношении фактических и потенциальных эрозионных потерь, обусловленных природными факторами, является коэффициент реализации эрозионной опасности (КРЕН). Градация значений КРЕН имеет семь классов. На территориях, отнесенных к шестого и седьмого классов, фактические эрозионные потери почвы за последние 30 лет превысили потенциальные. Это значит, что здесь хозяйственная деятельность выступает не только причиной эрозии, а является доминирующим ее фактором. Значение КРЕН может использоваться для количественной оценки системы земледелия. В районах, где эта величина превышает 1, необходима коренная смена систем земледелия и вообще землепользования. Наиболее угрожающее состояние сложился в Донбассе и в 100-300 километровой полосе, расположенной на границе Лесостепи со Степью.

Для косвенной оценки состояния земельных ресурсов по водно эрозионных процессов специалистам для расчетов необходимая информация о доле пашни на уклонах 0-2 ° (%), эродированность пашни на уклонах 0-2 ° (%), средневзвешенную длину склона (м) и сельскохозяйственную освоенность территории (%).

Таким образом, есть основания для формирования обобщающего вывода о состоянии земельных ресурсов по водно-эрозионных процессов в соответствии с выбранными критериями и нормативов. Надо различать понятия фактического проявления эродированности (Эродирование почв) и понятие опасности эрозии.

Первое понятие используется для выявления регионов, находящихся в кризисном, состоянии и где необходимо срочно внедрять соответствующие "реанимационные" меры по спасению почв и ландшафтов в целом, это, прежде всего - регионы Донбасса, Малого Лесостепи, достаточно существенная полоса, которая расположена около границы лесостепной и степной зон. В этих районах имеет место значительное снижение плодородия почвенного покрова и высокие среднегодовые эрозионные потери почвы. Здесь надо радикально менять систему земледелия путем его максимальной экологизации.

Второе понятие (количественная оценка эрозионной опасности), как уже отмечалось, - база для формирования противоэрозионной стратегии мероприятий и соответствующей инвестиционной политики. Чем выше опасность, тем более надежным должен быть противоэрозийный защиту. Прежде всего, мероприятий постоянного действия и соответствующих капитальных затрат потребует земли Винницкой, Тернопольской, Хмельницкой областей. Причем противоэрозийный защиту в регионах, где имеет место катастрофическая опасность эрозии, должен быть рассчитан на защиту почв от смыва 10% -ной обеспеченности. Следует подчеркнуть, что особенно здесь (как и на всей пахотной земли) крайне необходимо создание сети мониторинговых наблюдений за эрозионными процессами и их факторами.

Роберт Хортон считает, что процесс водной эрозии можно разделить на три группы элементарных процессов:

1) смещение или отрыв материала и перевода его в подвижный

состояние;

2) транспортировки материала в жидком потоке;

3) отложения перенесенного материала.

Каждый из элементарных процессов отличается факторами, которые имеют сильную динамичность во времени и вариабельность в пространстве, чем определяются более чем скромные успехи в математическом моделировании эрозии почв. И. Швебс справедливо отмечает, что водная эрозия почв является сложным процессом взаимодействия водных потоков и почвы, который определяется характером стока, его транспортирующими возможностями, что связано с водностью, морфологическими условиями поверхности и свойствами почвы.

Интенсивные исследования эрозии американскими учеными позволили им определить общую схему эрозионного процесса. Разрушение почвы водой начинается, главным образом, благодаря процессам удара капли и поступления материала в ручьи поверхностного стока. Ручью грунтовые потери в точке склона можно описать системой баланса между количеством оторванных частиц почвы и мутности потока, которая лимитируется способностью потока транспортировать дрибнозем.

Работы целого ряда ученых бывшего СССР внесли значительный вклад в раскрытие механизма эрозионных процессов. К ним следует отнести таких грандов науки, как В.Б. Гуссак, Ц.Е. Мирцхулава, М.С. Кузнецов, ГЛ. Швебс, Х.Л. Холупьяк, М.Н. Заславский, МЛ. Маккавеев, Т.А. Ларионов, В. Байраков, В.П. Герасименко. Но, начиная с конца 80-х годов XX века, в деле изучения механизма эрозии начали доминировать американские ученые, разработали концепцию деления на ручью и мижструмкови эрозионные области, является конструктивным, хотя и несколько сомнительным, подходом к математическому моделированию эрозии. В оригинальном описании области склона дифференцируются на зоны с доминирующим плоскостным мелким потоком и соответственно прямого воздействия дождевых капель и зоны с маленьких "каналов", где концентрируются потоки, которые называются ручьев. Такой подход предоставляет существенные преимущества для моделирования, исследования процессов эрозии и математической обработки. Но он базируется на точном определении распределения доминирующих процессов. На самом деле они перекрываются. Глубина потока может более верно описана через показатели частотного распределения глубины потока. При этом процесс имеет тенденцию к формированию ручейковых или мижструмкових зон в зависимости от глубины потока. Но несмотря на это, выходная концепция ручейковых-мижструмкових зон, которые являются источником седиментов, на сегодня является базовой в современных исследованиях эрозии и обработке моделей имитации эрозионных процессов. Ручейки рассматриваются как основные элементы инфраструктуры транспортировки седиментов вдоль склона. Глубина потока в ручьях считается относительно большой (порядка сантиметров) по сравнению с глубиной широких плоскостных потоков (порядка миллиметров). Разрушение почвы в ручьях осуществляется, главным образом, за счет размыва, тогда как основной механизм разрушения в мижструмковий области обусловлен энергией капель дождя. Мижструмкови области рассматриваются как главный поставщик седиментов в ручью области.

Для случая постоянных условий с использованием струмковои- мижструмковои концепции эрозии уравнения формирования седиментов может иметь следующий вид:

(4.1)

где:

G - количество седиментов на единицу потока, кг / м 2 ;

- Величина ручьевой эрозии на единицу площади ручьевой сети, кг / м ,

- Поступления седиментов с мижструмковои области в ручей (как и для ручьевой эрозии, на единицу площади ручьевой области), кг / м 2.

На базе указанной концепции разработана модель эрозии WEPP (Water Erosion Prediction Project ), в которой данное уравнение применяется для ручьев, которые гидравлически описаны как небольшие капли прямоугольной формы. Foster (1982) получил функцию родникового разрушения на основании данных Meyer и других (1975). Эта зависимость была получена в результате обработки данных по ручьевая эрозии (а не за точечными данными) и на основе предположения о равномерном уклон. Уравнения функций используется в модели WEPP для расчета разрушения ручьями:

(4.2) где

- Параметр ручьевой эродированности, кг / с; r - давление сдвига, н / м 2 ;

- Значение критического давления сдвига, н / м .

Зависимость величины мижструмковои эрозии ( кг / м 2 × с) от эффективной интенсивности дождя (/. Мм / ч.) Описывается уравнением:

(4.3) где

- Эмпирический коэффициент мижструмковои эрозионной

устойчивости;

И - интенсивность дождя, мм / ч; р - коэффициент регрессии;

- Фактор уклона, который рассчитывается по уравнению, которое используется в модели WEPP: .

Скорость разрушения почвы водным потоком является функцией количества седиментов в потоке. Этот важнейший аспект нужно учитывать в уравнении баланса седиментов. В каждой точке пространства и времени водный поток имеет определенное количество энергии. Энергия потока тратится как на разрушение почвы, так и на транспортировку седиментов. Два экстремальных случаи иллюстрируют влияние нагрузки седиментов в потоке потенциальную скорость разрушения почвы:

а) чистый водный поток: G / Tc = 0

б) количество седиментов достигает транспортирующей (Тс) способности потока: G / Tc = l.

В случае движения потока чистой воды по открытой поверхности почвы всевозможная энергия может быть потрачена на разрушение почвы, то есть скорость разрушения почвы будет максимальной. Эта энергия называется емкости разрушения (Drc). Вторым экстремум является случай, когда емкость разрушения потока достигает насыщения и вся его энергия расходуется на транспортировку седиментов, которые уже находятся в потоке. При этом невозможно дальнейшее разрушение почвы и, соответственно, скорость разрушения Dr = 0. В интервале между этими двумя экстремумами D, изменяется от 0 до Drc. Указанное описывается уравнением, которое представляет собой обратную зависимость между скоростью родникового разрушения и используется в модели WEPP: D r = D rc × (lG / T C ).

Модель эрозии WEPP является теоретической и, по мнению С.Ю. Булыгина, наиболее совершенной, но практическое ее использование еще невозможно из-за отсутствия разработок по ее адаптации и верификации в условиях Украины. Бесспорно, без математической модели эрозии говорить об инженерном создания грунтоохоронних агроландшафта невозможно.

Ерозиознавцямы бывшего СССР наработана достаточное количество математических, логико-математических и физических моделей, которые можно использовать для прогнозирования интенсивности эрозии почвы. Они достаточно подробно представлены в монографиях Л. Швебса и Г.А. Ларионова. Из этих моделей эрозии, учитывая современный уровень изученности природы и механизмов эрозионных процессов, с целью получения количественных характеристик эффективности противоэрозионных упорядочения агроландшафтов наиболее целесообразным будет применение гидромеханической модели эрозии Ц.Е. Мирцхулава. Но эта модель в том виде, в котором представил ее автор, также определенные существенные недостатки, которые в достаточной мере можно устранить введением в ее содержание и алгоритм некоторых модификаций, предложенных академиком С.Ю. Булыгин. их необходимость, прежде всего, обусловлена тем, что прогнозирование (а расчет конструкции противоэрозионной защиты агроландшафтов - это тоже самое, что прогнозирование эрозии при различных уровнях напряжения противоэрозионных мероприятий с учетом определенной вероятности проявления ее факторов) не является попыткой предсказать мелочи будущего. При прогнозировании необходимо исходить из диалектической детерминации явлений будущего, из того, что необходимость пробьет себе путь через случайность, и поэтому к явлениям будущего нужен только вероятностный подход с учетом широкого набора возможных вариантов. Только при таком подходе прогнозирования может быть эффективно использовано для выбора наиболее желательного оптимального варианта при обосновании цели, программы проекта, решение вообще.

Преимущество гидромеханической модели эрозии заключается в том, что она достаточно полно отражает физическую суть эрозионных процессов и, по сравнению с другими отечественными моделями, наиболее адекватно учитывает влияние почвенного фактора на интенсивность эрозии, так как исходя из функциональной задачи противоэрозионной защиты, почву, как фактор эрозии должен считаться центральным звеном в его конструкции.

Основные вопросы, которые должны быть решены на базе гидромеханической модели для прогноза эрозии:

- Величины параметров, которые обусловливают начало эрозии, особенно придонную скорость, при которой отрываются почвенные частицы-агрегаты;

- Интенсивность эрозии;

- Количество земли, которая смыта за определенный срок;

- Прогнозирование пояса отсутствия и интенсивной эрозии на склоне.

При решении этих вопросов нельзя не учитывать целый ряд второстепенных факторов и возможны некоторые предположения:

- Почвы на определенном участке склона имеют одинаковые свойства, обработанные по единой технологии, обусловливает однородность растительности и Нанорельеф, постоянство гидрологических и климатических факторов как на всем склоне, так и во времени; инфильтрационная способность не меняется и равна среднему значению на расчетном участке и в определенном интервале времени;

- На определенную территорию выпадает равномерная количество осадков; интенсивность осадков принимается постоянной, равной среднему значению за расчетный срок;

- На склонах, не имеют растительности и длина которых превышает 10 м, перемещение вниз по склону почвенных частиц и агрегатов в процессе "разбрызгивания" под ударной действием капель (в качестве агента переноса) можно не учитывать;

- При прогнозировании смыва почвы на период снеготаяния расчет производится на слой стока с вероятностью преувеличения Р = 10% и максимальную интенсивность в час с вероятностью преувеличения Р = 1%, которые можно определять по специальным гидрологическими картами (это позволит не усложнять расчеты введением коэффициентов, учитывают промерзания, влажность и инфильтрационная способность почвы, потому, что расчет ведется на ситуацию, которая приближается к экстремально опасной)

- Уклон определенного участка постоянный и равен среднему;

- Кинетическая энергия дождевых капель полностью расходуется на отрыв почвенных частиц и агрегатов от массы грунта, то есть на разрушение сцепления между агрегатами; влияние энергии капель на турбулентность водного потока косвенно учитывается коэффициентами, которые входят в уравнения донной размывающей скорости в гидромеханической модели эрозии; коэффициент стока в достаточной мере характеризует другие воздействия дождевых капель на поверхность почвы без растительности или ее остатков (уплотнение, заиления щелей и другие).

Прогноз твердых потерь ( ) предлагается выполнять по формуле гидромеханической модели эрозии (по С.Ю. Булыгин, 2005):

(4.4)

где:

- Плотность составления твердой фазы почвы, т / м;

- Средняя частота пульсационной скорости, сек 1 . Она может быть определена по числу Струхалс:

(4.5) где

V - средняя скорость склонного стока;

Н - глубина потока.

При отсутствии специальных исследований ее ( ) можно принять равной 10 сек -1 ;

d - средний диаметр агрегатов (частиц, отрываются), м; σ - коэффициент стока;

И - средняя интенсивность осадков, м / с. Слой осадков (ливень) и срок их выпадение должны соответствовать величинам с определенной вероятностью преувеличения;

и -уклон поверхности (tgα)

- Коэффициент, учитывающий отклонения характера движения ровного слоя воды в Костиковым. Для выровненного прямого склона, который обрабатывается горизонталякт т 1 = 1, вдоль склона - , при существенной ручьевая сети на склоне - . И в случае обработки склона вдоль - ;

- Коэффициент шероховатости, определяемый по формуле:

(4.6)

где:

- Средневзвешенный диаметр водостойких агрегатов, м;

- Длина участка активной эрозии вдоль линии стока, которая

равна длине склона, м;

- Допустимая (неразмывающая) скорость на высоте выступов шероховатости (Л), м / сек;

Т - срок выпадение еродуючои доли осадков, с.

Допустимая (неразмывающая) скорость ( ) определяется через размывая скорость ( ), как величину, имеет физический смысл:

(4.7)

Размывая скорость определяется по формуле М.С. Кузнецова:

(4.8) где

- Скважность структурных агрегатов (для черноземов 32-48%);

- Угол уклона ската, град .;

- Плотность воды;

- Плотность твердой фазы почвы;

g = 9,81 м / сек 2.

Расчеты по гидромеханической модели эрозии реализованы специалистами ННЦ "Институт почвоведения и агрохимии им.

А.Н. Соколовского "в виде прикладной компьютерной программы с необходимыми базами данных, которые позволят прогнозировать эрозию на территории Украины. Алгоритм расчетов более подробно представлен в методических указаниях" Прогноз эрозии почв для целей проектирования почвозащитного устроенных агроландшафтов в лесостепи и северной Степи Левобережной Украины ".

Физическое моделирование эрозионных процессов и наблюдения за ними в соответствующих природных условиях позволяет сделать количественные суждения относительно адекватности математических моделей реальным процессам и наоборот. Такой путь способствует углубленному исследованию природы эрозионных процессов. При этом, в некоторой степени, выполняется один из фундаментальных принципов поиска истины в естествознании - принцип дополнительности, который сформулирован и обоснован гением 20-го века Нильсом Бором. Поэтому этот момент, безусловно, нельзя обойти, когда речь идет о математических моделях эрозии, которые должны выполнять роль расчетного инструмента проектирования противоэрозионных упорядочения агроландшафтов как инженерного процесса.

Гидромеханическую модель эрозии фактически можно считать теоретической, потому что она может быть описана интегральной зависимости отношение скорости потока воды по поверхности почвы до критической размывающей скорости. Но определенная проверка ее на адекватность и проведения процедуры верификации необходимы. Для этого был выполнен комплекс работ по измерению интенсивности эрозии методом сточных площадок, натурных замеров перетоков по С.С. Соболевым "! В качестве примера приводятся результаты серии активных экспериментов с использованием симуляторов ливневой эрозии и физического имитационного моделирования эрозии от водного потока без учета кинетической энергии дождевых капель. В табл. 4.4 приведены результаты физического моделирования ливневой эрозии дождевальной установкой, которая изготовлена специалистами ННЦ" Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского "и работает на принципе заброса струи воды на высоту более 7 метров с последующим свободным падением капель, позволяет получить модельный дождь, спектр и энергия капель которого приближаются к естественным. Моделирование ливневой эрозии выполнялось в поле черного пара с предварительным определением всех параметров, которые входящих в гидромеханической модели эрозии.

Таблица 4.4

Сравнение прогнозных данных смыва чернозема обыкновенного малогумусного слабоеродованого важкосуглинкового (gX2T) с результатами физического моделирования эрозии (среднее из 3-х повторений) [1]

№ п / п

технология возделывания

фактический

смыв, т / га

Слой дождя, мм

Интенсивность дождя, мм / мин

коэффициент стока

d, мм

n 0, м / сек

V Δ доп

gX 2T,

т / га

1.

С полицево вспашкой

3,0

71

1,9

0,27

0,35

0,0101

0,055

2,85

2.

С глубоким плоскоризного обработкой

2,5

78

2,9

0,17

0,49

0,0116

0,064

1,38

3.

щелевая технология

2,5

72

2,5

0,36

0,54

0,0118

0,066

2,15

4.

поверхностная технология

6,5

71

2,2

0,35

0,54

0,0118

0,066

2,15

В дальнейших исследованиях использовался имитатор ливневой эрозии "Эра-2", который позволяет создавать ливни, что по основным параметрам (плювиографични характеристики, крупность спектр, скорость и энергия капель) приближаются к естественным. Крупность капель определялась методом окрашенного фильтровальной бумаги, скорость падения капель - методом лазерной съемки в НПО "Радуга". Создавалась ливень 10% -ной обеспеченности для Левобережной Лесостепи с эрозионно опасным слоем 56 мм и средней интенсивностью 1,4 мм / мин. Максимальная интенсивность ливня равна 4 мм / мин.

Моделирование ливневой эрозии выполнялось в поле черного пара через неделю после сильной естественной ливни слоем 71 мм и средней интенсивности 1 мм / мин. Разногласия между вариантами опыта по смыва почвы при моделировании были несущественными и находились в пределах погрешности. В среднем смыв почвы равен 7 т / га. Прогнозный смыв на базе гидромеханической модели эрозии для различных вариантов также существенно не отличался. В среднем он равен 3,5 т / га.

Расхождения между фактическими и расчетными данными обусловлены влиянием мощной корки, которая была сформирована естественной ливнем. Поэтому образцы почвы для определения необходимо было брать именно с нее, а не из слоя 0-20 см, как это было сделано. Отдельные результаты физического моделирования эрозии имитатором "Эра-2" на различных агрофонах приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Сравнение прогнозных данных смыва почвы с данными, полученными при физическом моделировании (среднее из 4-х) [2]

агрофон

Расчетный смыв с черного пара, т / га

Коэффициент противоэрозионной защиты агрофона

Расчетный смыв с агрофона, т / га

Факгичний смыв, т / га

Многолетние бобово- злаковые травы. Проективное покрытие 100%

4,05

20

0,2

0,2

Озимая пшеница полной зрелости. Проективное покрытие 95%

4,05

10

0,4

0,8

Тоже + контурные бороздки в междурядьях до 10-15 см

4,05

40

0,1

0

При моделировании эрозии методом напуска воды каплями дождя без энергии средний фактический смыв равнялся 2,54 т / га почвы. Прогнозные величины смыва приведены в таблице 4.6 . Существенных разногласий также нет.

Таблица 4.6

Значение прогнозного смыва почвы от водного потока

варианты технологий

Удельные расходы воды, м / м сек

коэффициент стока

Время подачи воды, сек

gX 2T

1

0,000333

0,50

500

0,0007

3,75

2

0,39

500

0,0006

3,57

3

0,81

500

0,0009

3,56

Данные о фактическом смыв являются базовыми для процедуры верификации математических моделей эрозии, а последние, в свою очередь, позволяют более точно интерпретировать первые. Это суждение можно прокомментировать на примере анализа результатов учета эрозионных потерь почвы, полученные методом стоковых площадок. По данным С.Ю. Булыгина (2001) в 1977 году в условиях стационарного полевого опыта на склоне 3-5 ° ПС экспозиции (грунт - чернозем обыкновенный малогумусных слабоеродований) был зафиксирован сток паводковых вод на уровне 10% -ой обеспеченности для Левобережного Северной Степи. На контрольном варианте (полицево вспашка) в поле черного пара он равнялся 35,2 мм; интенсивность снеготаяния - 4 мм в час. Снеготаяния началось в результате быстрого нарастания положительных температур с одновременным выпадением дождя. Длина стоковой площадки (Х2) равна 250 метров. Значение d - 0,001 м. Зафиксированный фактический смыв в размере 5,1 т / га. Прогнозное (расчетное) значение смыва почвы составило 7,6 т / га. В 1988 году эти значения соответственно составили 1,2 и 4,8 т / га. На первый взгляд прогнозные значения смыва существенно завышают результаты: в первом случае в 1,5, а во втором - в 4 раза. Но наблюдения за условиями прохождения стока свидетельствуют, что значительная его часть прошла по ледяной корке. Особенно это касается 1988 года, когда дневная теплая солнечная погода менялась заморозками ночью. Поэтому нельзя говорить о существенных расхождениях между расчетными и физическими значениями смыва почвы - значение Первого; указывают на потенциальную величину последнего. Попытка формализации всех условий снеготаяния приведет к тому, что теоретическая модель эрозии превратится в эмпирическую. Без сомнений, для количественного обоснования противоэрозионных упорядочения агроландшафта важнее знать минимальную величину смыва, чем учитывать все возможные условия снеготаяния.

Поэтому, есть основания утверждать, что модифицированная гидромеханическая модель, основанная на определенном уровне изученности природы эрозионных процессов, с теоретической стороны достаточно проработана для того, чтобы на ее основе проводить количественную оценку эрозионной опасности при различных уровнях противоэрозионной защиты.

На сегодня существует значительный пласт фактической информации о развитии эрозии на землях Украины, который условно можно разделить на три части. Первая часть - это информация о фактической эродированность. В определенной степени эти данные носят официальный характер и используются во многих нормативных актах. В качестве примера можно привести данные из вышеупомянутых методических рекомендаций ( табл. 4.7 ).

Таблица 4.7

Распространение эродированных земель на склонах различной крутизны (% от общей площади склонов) и потери почвы на них т / га

Кручения склонов, град.

неэродированные почвы

эродированные почвы

Потери почвы с 1 га площади склонов

слабо

средне

сильно

всего

0-1

83,75

15,16

1,02

0,07

16,25

1,07

1-3

35,59

52,62

10,86

0,57

64,05

8,20

3-5

16,29

59,92

20,71

3,05

83,68

10,01

5-7 '

3,91

32,60

57,79

5,70

96,09

22,10

7-10

-

14,94

63,83

21,23

100,0

30,80

10-12

-

4,56

51,92

21,23

100,0

38,90

> 12

-

58,45

41,45

100,0

39,20

Как видно из таблицы 4.7 , склоны крутизной более 3 градуса эродированы более чем на 80%, а смыв почвы составляет более 10 т / га. Такое количество почвы не может быть компенсирована путем почвообразовательного процесса. Исследования Института механизации и электрификации сельского хозяйства показали, что проведение возделывания почвы ей склонах более 3 градуса приводит к увеличению расхода топлива на 30-40%. Но именно эта информация вызывает наибольшие сомнения. Πό-первых, она составлена на основании долгосрочного почвенного обследования 57-61-х годов XX века, данные которого не отражают современное состояние почв. Во-вторых, возникают достаточно обоснованные сомнения относительно адекватности методики определения степени эродированности. В-третьих, планирование противоэрозионных мероприятий на основании этих данных - это борьба с последствиями. Общеизвестно, что профилактика всегда эффективнее лечения.

Вторая часть - это информация о факторах эрозии (природные и хозяйственно обусловленные): параметры осадков, ветра, рельефа, залисненисть тому подобное. Этот поток информации достаточно трудно систематизировать и анализировать для выявления наиболее важных факторов, определяющих опасность эрозии и степень ее реализации. Итогом этой работы должны быть определенные логико-статистические модели, которые могут использоваться как расчетная база для формирования стратегических направлений защиты почв от эрозии с обоснованием соответствующей инвестиционной политики и ґрунтоохоронного законодательства. Как ее в любой комплексной проблеме уместно обработки нескольких сценариев системных мер, которые определяются требованиями к надежности противоэрозионной защиты, фондо- и ресурсоозброености, срока окупаемости затрат и т.

Третья часть - это логико-статистические "бизнес игры", которые проводятся по определенным правилам. Главное из них - нельзя распространять действие моделей за пределы зоны, для которой они были разработаны. Это делает легитимным только метод интерполяции. Экстраполяция здесь не допустима. Отсюда вывод: на основании статистических зависимостей можно разрабатывать стратегию (генеральные схемы) и тактику (региональные программы) защиты почвенного покрова от эрозии, но нельзя разрабатывать проекты противоэрозионных составления конкретных территорий земной поверхности. Последнее возможно при наличии математических моделей, которые имеют физический смысл и достаточно удовлетворительно отражают природу и закономерности эрозионных процессов. Стохастический характер эрозионных процессов требует выполнения условия - противоэрозийный защиту почв должен соответствовать определенному уровню надежности, вероятности безотказной работы. Поэтому процесс проектирования целесообразно проводить на основании прогнозных моделей, которые позволяют количественно учитывать потенциальную опасность эрозии. Степень опасности эрозии определяет уровень надежности противоэрозионной защиты, что можно выразить через систему концептуально-функциональных моделей агроландшафтов, в которые входит общая схема (алгоритм) расчетов, перечень программных и технических мероприятий для непосредственного обеспечения процесса проектирования агроландшафтов.

С учетом изложенных положений коллективом лаборатории охраны почв от эрозии ННЦ "Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского" под научно-методическим руководством академика С.Ю. Булыгина разработаны база данных и комплект (атлас) компьютерных карт и картосхем: данные по смыва почвы 10% -ой обеспеченности, индекса сохранения почв (ИЗГ), фактического уменьшения мощности гумусного профиля и коэффициента реализации эрозионной опасности (КРЕН) ( приложения к разделу 4 (4-Г) ).

Для количественной оценки рационального использования земельных ресурсов Украины использован факторный анализ на основании прикладного программного пакета "Statgrafics". В качестве зависимых переменных (функций) определены: эродированность пашни (Y1,%), эрозионные фактические потери слоя почвы за 1965-1995 годы (Y2, %), КРЕН (Y3,%). Единицей измерений и расчетов определенный административный район с геофизическими координатами районного центра. В качестве независимых переменных (аргументов) было принято более 30 показателей, характеризующих природные и хозяйственные аспекты эрозионных процессов. Анализ позволил определить:

(4.9)

коэффициент детерминации : погрешность .

где:

- Эродированность пашни на склонах крутизной 0-2 °,%;

- Средневзвешенное значение крутизны пахотных земель, град .;

- Доля пашни, расположенной на склонах до 2 °,%;

- Средневзвешенная длина линии стока, м;

- Тощая полезащитных лесополос, га;

- Зерновой клин,%;

- Тощая сенокосов и пастбищ, га.

Это уравнение позволяет рассмотреть несколько сценариев "бизнес игр", то есть варианты значений Y1 при изменении факторов Х1-Х7. Но целесообразно, прежде всего, рассмотреть некоторые псевдопротириччя, которые, на первый взгляд, имеют место. Например, увеличение площади полезащитных полос ведет к увеличению площади эродированных пахотных земель. Реально это означает, что современная лесополоса сделана с существенными ошибками (размещение вдоль склона и т.п.), которые определяют грубые нарушения в технологическом процессе. Выше шла речь о чрезвычайно высокой распашка территории Украины - все земли, можно было проехать трактором, практически распаханы. А это автоматически вывело малопродуктивные и технологически убыточные земельные "остатки" под сенокосы и пастбища, раскрывает причины положительной зависимости эродированности пашни от площади естественных кормовых угодий. Имела и имеет место еще одна особенность технологического процесса использования пахотных земель. Практически во всех региональных программах по системам земледелия рекомендуется внедрение безотвальной технологии под зерновые колосовые после пропашных культур, а под остальные - после культур сплошного посева (те же зерновые колосовые) рекомендуется проводить отвальной вспашки. Здесь заложена двойная ошибка: кажется, что внедряются противоэрозионные технологии, а противоэрозийный эффект скорее отрицательный, потому что когда есть достаточное количество растительных остатков, они запахивающиеся, а когда их нет (при разбитом в пыль верхнем слое почвы) - проводится безотвальная обработка.

Первый сиенарий базируется только на изменении землеустройства хозяйства. Например, предположим, что все земли расположена только на склонах до 2 °, то есть Х3 = Т00%, Х1 = 1 °. Подставляем эти значения аргументов в зависимость Y1 и сразу значительно уменьшается эродированность пашни.

Второй сценарий. Кроме действий по первому сценарию планируется уменьшение длины линии стока за счет строительства гидротехнических сооружений, коренного изменения системы полезащитных полос, рационального использования земель, выводимых по обработке.

Третий сиенатй предусматривает повнообьемне стратегическое планирование защиты почв от эрозии, требует, помимо выполнения первых двух сценариев радикального изменения технологического блока агроландшафтов.

Выполнение каждого сценария связано с определенными затратами, которые можно легко просчитать (в том числе и сроки окупаемости затрат).

Другие уравнения (Y2 и Υ3) позволяют сделать существенные дополнения к указанных сценариев:

(4.10)

коэффициент детерминации ; погрешность ;

где:

- Средневзвешенный уклон пашни, град .;

- Эродированность пашни на склонах крутизной 0-2 °,%;

- Доля пашни, расположенной на склонах до 2 °,%;

- Площадь полезащитных лесополос, га;

- Средневзвешенное значение диаметра водоупорных агрегатов и частиц, мм;

- Длина линии стока, м;

- Средневзвешенная мощность гумусового горизонта почв Н, см.

Так, необходимо всячески повышать водостойкость структурных почвенных агрегатов, что возможно лишь при условии положительного баланса гумуса в почве.

(4.11)

коэффициент детерминации ; погрешность ;

где:

- Эродированность пашни на склонах крутизной 0-2 °,%;

- Средневзвешенный уклон пашни, град .;

- Вероятный смыв почвы 10% -ой обеспеченности, т / га;

- Средневзвешенная мощность гумусового горизонта почв Н, см;

- Современные енейрогенетични колебания земли на территории Украины;

- Распашка территории,%.

Таким образом, есть три вехи "делового пространства" для обработки путей конструирования противоэрозионной защиты почвенного покрова Украины, но начинать необходимо с резкого сокращения распаханности территории. Почвозащитных оснащены агроландшафты при интенсивном проявлении водной эрозии строятся по принципу создания на всей территории системы рабочих участков, полей севооборотов, направление которых подчинен контурности. То есть пределы длинных сторон рабочих участков должны проходить близко к направлению горизонталей местности и разделяться между собой простейшими гидротехническими сооружениями - наорнимы валами - террасами, валами - канавами, совмещенными с узкими 1-3-рядными лесными полосами на всех элементах рельефа. При этом лесополосы выполняют две функции. Они каркасом всей системы, определяет направление обработки фунту, посева и уборки сельскохозяйственных культур на участках. В то же время лесополосы выполняют и мелиоративную функцию (создание улучшенного микроклимата, влияние на фунтовый покров и повышения урожайности культур).

Для правильной оценки изменений и направленного регулирования антропогенных воздействий на лесо-аграрные ландшафты необходимо систематическое наблюдение за ними, организована служба мониторинга. Отсутствие последнего приводит к необратимым процессам деградации почвенного покрова и ландшафта. Естественно, что наиболее целесообразным является своевременное предотвращение развития неблагоприятных изменений в фунтовому покрове, а не восстановление уже разрушенных фунтов и ландшафтов.

Почвенно-эрозионное районирование территории Украины по степени опасности водной эрозии (по значению индекса сохранения почв) предусматривает распределение зоны Полесья на три агрогрунтови провинции. Западное Полесье в целом характеризуется фактическим отсутствием опасности водной эрозии (ИЗГ> 300 лет) (район И ПО). Исключением является территория так называемого Малого Полесья, где имеет место заметная эрозионная опасность (100 <ИЗГ <200) (2 ПО). В правобережной Полесье также определены два Почвенно-эрозионных района: Коростенский-Овручский, где имеет место заметная эрозионная опасность - С ЧП и остальные территории Правобережного Полесья (200 <ИЗГ <300) со слабой эрозионной опасностью - 4 ПП. Аналогичная ситуация отмечается в Левобережном Полесье, - выделяется район, примыкающий к Новгород-Северского лессового острова (5 ГИЛ), который имеет заметную эрозионную опасность, и остальные территории (6 ПЛ), где наблюдается слабая эрозионная опасность. Таким образом, украинское Полесье в целом характеризуется слабой эрозионной опасностью или ее отсутствием. Исключением являются территории с выраженным рельефом, где почвы образовались на лесах. Всего в Полесье определено 6 почвенно-эрозионных районов в соответствии с агрогрунтовим районированием.

Почвенно-климатическая зона лесостепи также распределяется на три агрогрунтови провинции. Западный Лесостепь характеризуется очень сильной и мощной эрозионной опасностью - 7 ЛС. Такой же уровень эрозионной опасности имеет место и в Винницкой области и в лесостепной части территории Одесской области - 8 ЛП. В Правобережной Лесостепи следует выделить Каневский район - 9 ЛГИ, который характеризуется очень сильной эрозионной опасности. Левобережный Лесостепь характеризуется и заметной эрозионной опасностью - 11 ЛЛ. Исключением является Глуховский район, где имеет место очень сильная эрозионная опасность (50 <ИЗГ <100) - 12 ЛЛ.

Почвенно-климатическая зона Степи распределяется на три подзоны: Северную, Южную и Сухую. Северный Степь, в свою очередь, делится на пять агрогрунтових провинций: правобережную, левобережную, юго-западную, Задонецкое и донецкую. Юго-западная провинция характеризуется сильной эрозионной опасностью - 13 СПнПдЗ. Правобережный северо Степь в целом имеет заметную опасность - 14 СПНП. Исключением является степная часть Кировоградской области, где имеет место слабая эрозионная опасность - 15 СПНП и Новобучський эрозийный район, где отмечается очень сильная эрозионная опасность - 16 СПНП. В левобережном Степи необходимо выделить степную часть Харьковской области, имеет слабую эрозионную опасность - 17 СПнЛ. В этот район относится часть Днепропетровской области - 18 СПнЛ. Кроме того, необходимо выделить Михайловский эрозийный район, который имеет сильную эрозионную опасность - 19 СПнЛ. Задонецкое агрогрунтова провинция имеет два эрозионные районы: Беловодский (20 СПнЗд), который имеет сильную эрозионную опасность, и остальная часть провинции (21 СПнЗд), которая имеет заметную эрозионную опасность. Донецкая агрогрунтова провинция также распределяется на два эрозионные регионы: Добропольский (22 СПНД), что имеет слабую эрозионную опасность, остальная часть провинции (23 СПНД), которая характеризуется заметной эрозионной опасности. Южный Степь не разделяется на отдельные почвенно-эрозионные районы и имеет в целом заметную эрозионную опасность - 24 СПД. Сухой Степь характеризуется слабой эрозионной опасностью (25 СС) или ее отсутствием.

Таким образом, территория Украины (без учета горных частей) по степени эрозионной опасности распределяется на 25 почвенно-эрозионных районов. Вполне естественно, что концептуальные модели АЛ должны соответствовать степени эрозионной опасности. При этом следует иметь в виду, что возникают определенные противоречия между степенью опасности эрозии и фактической эродированность почв. Например, степная часть Харьковской области (почвенно-эрозионный район - 17 СПнЛ) характеризуется слабой эрозионной опасностью, а фактическая эродированность пахотных земель превышает 50%. Есть противоположные примеры: в Михайловском эрозивном районе (19 СПнЛ) отмечается очень высокая эрозионная опасность, а фактически она почти не проявляется. Информативным показателем разногласий между опасностью эрозии и фактической эродированность, является коэффициент реализации эрозионной опасности (КРЕН), равный отношению среднегодовых фактических эрозионных потерь за определенный срок (в данном случае 25 лет) до возможных 10% -ной обеспеченности. КРЕН может рассматриваться как критерий количественной оценки ґрунтоохороннои направленности системы земледелия на конкретной площади (ферма, административный район и т.д.). При реализации концептуальной модели агроландшафта, безусловно, необходимо учитывать значение КРЕН и делать определенные коррективы. Но основой все же должна быть карта эрозионной опасности, имеет принципиальные преимущества по сравнению с картами фактической эродированности.

Блоки концептуальных моделей агроландшафтов ( табл. 4.8), которые отвечают за защиту почвенного покрова от процессов водной эрозии имеют следующий вид:

I. В почвенно-эрозионных районах, где отсутствует опасность проявления водной эрозии (ИЗГ> 300), конструкция агроландшафта может не иметь противоэрозионной направленности.

Поэтому, в Западном Полесье и Сухом Степи планировать меры защиты почв от водно-эрозионных процессов нет необходимости.

II. При втором (слабом) степени (200 <ИЗГ <300) эрозионной опасности появляется вероятность Эродирование почв. Следует помнить, что к этому блоку относятся почвенно-эрозионные районы с высокой фактической эродированность сельскохозяйственных угодий.

Водно-эрозионный блок АЛ для второй ступени опасности имеет следующие характеристики:

1. Распаханность общей территории не превышает 45%.

2. Основные возделывания выполняются по контуру.

3. Направление посевов культур - по контуру.

4. Длина линии стока не более 600 метров.

5. Выращивание пропашных культур после культур сплошного посева выполняется безотвальной технологии обработки почвы.

6. В экстремальных случаях возможно проектирование простых земляных гидротехнических сооружений. То есть, в основу положен упрощенный вариант применения противоэрозионных агротехнических мероприятий (название блока "Агротехника").

Модели агроландшафтов (водная эрозия) (по С.Ю.Булигиним)

Степень опасности, ИЗГ, в годах

Название блока модели агроландшафта

характеристика

I. Опасность водной эрозии отсутствует (13Г> 300 лет)

-

Конструкция агроландшафта НЕ масс противоэрозионной направленности.

II. Слабая опасность 200 <ИЗГ <300

"Агротехника"

Основная обработка и занял выполняются по контуру, безполицеви технологии обработки применяются после культур сплошного посева под пропашные культуры. Только в экстремальных случаях используются гидротехнические сооружения (ГТС).

И II. Заметная опасность 100 <ГСО <200

"Инженерная агротехника"

Распашка общей территории не превышает 40%, соотношение пашни в естественных угодий составляет единицы. Технологический блок проецируется на количественной расчетной основе, проводится процедура почвенно экологической экспертизы каждой технологической операции. Создается эффективная система полезащитных смут.

Модель аналогична модели КМЗ за О.Г. Тарарико.

IV. Сильная опасность 50 <13Г <И00

"Зеленый вал"

Полная реализация модели III. Мапорозвинени почвы, водоохранные зоны выводятся из пашни без исключения под сплошное облесение. Проектируется система обя с учетом противоэрозионной эффективности технологического блока. Расчеты ведутся на вероятный смыв почвы 10% -ной обеспеченности с 1 га сивозминнои площади.

V. Очень сильная (катастрофическая) опасность ИЗГ <50

"Инженерное сооружение"

Полная реализация модели IV. Система ЗПд разрабатывается без учета противоэрозионной эффективности технологического блока, не масс регулярной инженерной надежности. Расчеты ведутся на вероятный смыв десятый обеспеченности.

И II. Третья ступень (заметной) опасности (100 <13Г <200) водно эрозионных процессов характеризуется следующими особенностями:

1. Распаханность общей территории не превышает 40% (спиввилношення пашни и естественных угодий составляет единицы).

2. Технологический блок агроландшафта проецируется на количественной расчетной основе преимущественно инженерными метолами. Для этого любая технологическая операция должна иметь количественную характеристику ее противоэрозионной эффективности. Кроме того, обязательная процедура почвенно-экологической экспертизы этих операций.

3. Соотношение и размещения севооборотов, размеры рабочих участков, максимально допустимая длина линии стока определяются только инженерными методами на основании математических моделей эрозии.

4. В отдельных случаях проектируются ГГС.

5. Создается эффективная система полезащитных дерево- кустарниковых полос (расположенных друг от друга на расстоянии не более 10-15 высот), которая. кроме существенного улучшения микроклимата приземного слоя воздуха и деятельной поверхности почвы, выполняет роль постоянных направляющих проведения технологических операций при выращивании культур только поперек склона. Таким образом, предполагается использование всех возможностей технологического блока, который усиливается системой полезащитных полос (название блока "Инженерная агротехника»). По своей сути он приближается к модели контурно-мелиоративного земледелия. Этот блок агроландшафта должен соответствовать первой степени надежности противоэрозионной защиты: расчеты проводятся на среднегодовой смыв с I га сивозминнои площади.

IV. Для четвертой степени (сильной) опасности водно эрозионного процесса:

1. Распаханность общей территории не превышает 40%. Соотношение пашни и естественных угодий не превышает единицы.

Малоразвиты почвы, водоохранные зоны выводятся из пашни без исключения. Эти площади подлежат сплошному залеснению.

2. Технологический блок создается аналогично блока "Инженерная агротехника". Его противоэрозийный эффект учитывается (важный момент).

3. Проектируется система мероприятий постоянного действия (ЗПд). Расчеты выполняются на смыв 10% -ной обеспеченности с гектара сивозминнои площади (вторая ступень надежности) на основе математической модели эрозии. При разработке проекта системы ЗПд учитывается грунтоохоронних действие технологического блока.

4. Создается действительно система полезащитных полос, которая сочетается с другими элементами системы ЗПд и инфраструктуры для безопасного отвода поверхностного стока в экстремальные периоды водоотдачи. Разработка проекта агроландшафтного составления конкретной территории на основании этого блока концептуальной модели АЛ представляет собой уже полностью инженерный процесс, который может квалифицированно выполняться только специальными учреждениями. Название этого блока "Зеленый вал».

V. Для пятой степени опасности водно-эрозионных процессов (эрозия очень сильная - катастрофическая) учитываются такие особенности (при этом учитываются и характеристики блока IV):

1. Система ЗПд разрабатывается без учета противоэрозионной эффективности технологического блока, который не имеет регулярной инженерной надежности. Она должна обеспечивать защиту почвенного покрова от эрозии без применения противоэрозионной агротехники и при отсутствии растительного покрова или растительных остатков. В случае невозможности надежной защиты почвы обрабатываемой земельный участок выводится по обработке под заложенные или сплошное облесение.

2. Технологический блок проектируется, прежде всего, для реализации всех преимуществ агроландшафтной мелиорации приземного слоя воздуха и деятельной поверхности почвы (улучшение обеспеченности влагой, повышение концентрации углекислого газа (СОг), уменьшение потерь продукции от вредителей и болезней и т.д.). Его противоэрозионная характеристика не является доминантной, а только желанной, даже если она весьма существенна. Название этого блока концептуальной модели агроландшафта "Инженерное сооружение". Она должна соответствовать наибольшей степени надежности противоэрозионной защиты (расчеты проводятся на вероятный смыв 10% -ной обеспеченности в поле черного пара без противоэрозионной агротехники).

  • [1] По Булыгин С.Ю. 2005
  • [2] По Булигишш С.Ю., 2001
 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее