Эрозия почвы и методы борьбы с ней
Эрозия почв
Проблема
охраны почв от эрозии становится все
более актуальной. Это связано, во-первых,
с осознанием выдающейся роли почвы
в жизни биосферы, во-вторых, с
признанием того факта, что почвенный
покров России находится сейчас в
критическом состоянии. Действительно,
к настоящему времени убедительно
показано, что почва является не
только основным средством
Приходится, однако, констатировать, что этот незаменимый компонент биосферы претерпевает значительную деградацию. Из всех ее видов наиболее масштабной и вредоносной является эрозия почв.
В 1982 г. на факультете почвоведения Московского университета открыта первая в нашей стране кафедра эрозии почв, и с этого же времени здесь читается общефакультетский курс лекций по охране почв от эрозии. За указанный период было издано три учебных пособия (в 1985, 1988, 1989 гг.), которые по существу представляют собой в сумме конспект этих лекций, на основе которого и подготовлен настоящий учебник. Его издание представляется своевременным, так как до сих пор нет учебника, охватывающего программу курса "Эрозия и охрана почв", читаемого студентам университетов, специализирующимся в области почвоведения.
Общее понятие об эрозии почв
Слово "эрозия"
имеет иностранное
Слово "дефляция" также иностранного происхождения. Использование термина "дефляция почвы" вместо термина "ветровая эрозии почвы" оправдывает себя с точки зрения удобства словообразования: производные термины "противодефляционная стойкость", "противодефлядионные мероприятия", например, более удобны, чем "противоветроэрозионная стойкость" и "противоветроэрозионные мероприятия". Тогда соответствующими производными от термина "водная эрозия" будут "противоэрозионная стойкость", "противоэрозионные мероприятия", а производными от "эрозии почв" - "противоэрозиоиная и противодефляционная стойкость", "противоэрозионные и противодефляционные мероприятия" и т.д.
Следует отметить, однако, что такая точка зрения не является общепринятой. Одни авторы (Бараев, 1975; Зайцева, 1970; Федорович, 1984 и другие) справедливо считают, что ветровая эрозия почвы не исчерпывается дефляцией, но включает перенос, измельчение и отложение почвенных частиц ветром с образованием эоловых наносов и погребенных почв и используют соответствующие термины. Другие, например А.С.Козменко (1954). Г.И.Швебс (1981) и М.Н.Заславский (1983), исследовавшие, в основном, взаимодействие почвы с водными потоками, предлагали под эрозией почвы понимать литць водную эрозию, термин ветровая эрозия полностью заменить дефляцией, а от термина, объединяющего эти два процесса, отказаться вовсе.
Прогноз развития эрозионных процессов
Большой интерес представляет вопрос о темпах эрозии почв и перспективах изменения эродированное почвенного покрова. Имеется довольно много разрозненных данных по величинам смыва почв за отдельные ливни или периоды снеготаяния в разных природных и хозяйственных условиях, однако несравненно меньше результатов многолетних наблюдений, дающих возможность рассчитать средние годовые потери почвы.
Сбор и, особенно,
интерпретацию такого рода материалов
следует проводить с учетом размеров
водосбора, так как величина смыва
обратно пропорциональна
Данные по среднему многолетнему смыву почвы с малых водосборов можно напучить, используя наблюдения за скоростью заиления прудов. Результаты, полученные в 40-50-е годы в Центрально-черноземной области в пределах Среднерусской возвышенности, свидетельствуют о том, что средняя годовая скорость смыва почвы в этот период составляла около 7 т/га с колебаниями от 4 до 11 т/га. Средний многолетней смыв почвы в опольях Брянской обл. (возвышенных равнинах с серыми лесными почвами) составляет 5 т/га, а непосредстаенно с эрозируемыми участками пашни около 13 т/га в год и даже 15-20 т/га с некоторых полей. Для дерново-подзолистых и серых лесных почв Мордовии приводятся величины среднего смыва от 2 до 4 т/га в год.
Таким образом,
величины среднегодового смыва в
возвышенных районах
Продолжается интенсивное разрушение почв оврагами. Детальный учет количества оврагов по аэрофотоснимкам крупного масштаба с перерывом в съемках одной и той же территория в 25-35 лет убедительно свидетельствует о том, что во всех физико-географических зонах площадь оврагов растет весьма быстро. В Курской обл., например, современная интенсивность оврагообразования более чем в 2 раза выше, чем за предшествующие примерно 150 лет земледелия.
При оценке перспектив изменения эродированности почв следует рассматривать не только современные темпы эрозии, во и возможное изменение климатических и хозяйственных условий, влияющих на интенсивность эрозионных продессов. Предстоящие изменения климата, обусловленные парниковым эффектом, приведут к общему потеплению, сопровождающемуся увеличением количества осадков в районах севернее 50° с.ш. и уменьшением - в более южных районах. Эти изменения климата могут повысить интенсивность водной эрозии северных территорий в результате усиления солифлюкдии (перемещения почв и грунтов) и увеличения интенсивности стока, а также ветровой эрозии южных территорий вследствие их аридизации.
Количественная сторона эрозии
С количественной стороны процесс эрозии почв характеризуют интенсивностью смыва (или сдувания), выражаемой в т/га в год, либо мощностью утраченного слоя почвы в единицу времени (мм/год). В этих же единицах измеряют и скорость почвообразования.
О степени
опасности эрозии можно судить, сопоставив
интенсивность смыва (или сдувания)
почвы со скоростью
Определение
интенсивности потерь почвы от эрозии
- вполне разрешимая задача, хотя и трудоемкая.
Методы определения интенсивности
потерь почвы от разных видов эрозии
будут рассмотрены в
Минимальная
величина, менее 0,1 мм/год, получена для
солонцов и светло-каштановых почв,
0,1-0,2 мм/год - для подзолистых почв,
максимальная среди зональных почв
Русской равнины - 0,4-0,45 мм/год - для
черноземов оподзоленных, выщелоченных
и типичных. Промежуточное положение
занимают дерново-подзолистые почвы,
темно-каштановые почвы, черноземы
мицеллярно-карбонатные и
По скоростям
культурного
В США Службой охраны почв приняты более высокие уровни допустимых потерь почвы: 2-11 т/га в год в зависимости от мощности почвы, а в Кении для мощных суглинистых почв, развитых на вулканических отложениях, допускаются еще большие значения - 13-15 т/га в год. Следует отметить, что задача установления допустимого уровня потерь почвы, помимо естественно-научного, имеет и экономический характер. Верхний уровень определяется в значительной мере экономическими соображениями - наличием сил и средств для защиты почв от эрозии на единицу пораженной площади.
Для оценки интенсивности потерь почвы при ускоренной эрозии Н.А.Шикулой, А.Г.Рожковым и П.С.Трегубовым (1972) разработана классификация. Позднее, по-видимому, в связи с более полным осознанием размеров ущерба, причиняемого эрозией почв окружающей среде и экономике страны, произошло некоторое "ужесточение" опенки интенсивности эрозии. Это нашло отражение и в классификации, предложенной М.Н.Заславским (1983): незначительный смыв - до 0,5 т/га в год (до 0,05 мм/год при плотности сложения почвы 1 т/м3); слабый - 0,5-1 т/га (0,05-0,1 мм/год); средний - 1-5 т/га (0,1-0,5 мм/год); сильный - 5-10 т/га; очень сильный смыв - более 10.
Ущерб от эрозии почв
Эрозия почв в тех масштабах, в которых она наблюдается сейчас, является, несомненно, результатом человеческой деятельности, поэтому ее называют антропогенной эрозией. Было бы неправильно, однако, причину возникновения эрозии относить исключительно на счет деятельности человека. Эрозия почв без вмешательства человека существовала и существует в настоящее время. Она называется геологической эрозией. Понятие антропогенной эрозии часто необоснованно отождествляют с понятием ускоренной эрозии, а понятие геологической эрозии - с понятием нормальной эрозии. И если антропогенная эрозия чаще всего (но не всегда!) бывает ускоренной, то геологическая не обязательно бывает нормальной.
Эрозия почв наносит большой урон народному хозяйству страны и в первую очередь - земельным ресурсам: снижается плодородие почв и сокращаются площади обрабатываемых земель. Велика территория нашей Родины - 17,1 млн. км2 и велики, на первый взгляд, земельные ресурсы - около 12 га на одного жителя страны. Но избыток земельных ресурсов - кажущийся. Объясняется это тем, что значительная часть территории приходится на зону с холодным климатом и крутые склоны. На обширных пространствах распространены заболоченные, засоленные и маломощные почвы, и только на 13% территории почвы используются для возделывания сельскохозяйственных культур. Вот почему пахотных почв в стране не так уж много, всего около 0,89 га на одного жителя, и эта дифра ежегодно сокращается на 0,0065 га (в среднем за последние 20 лет).
В мировом
масштабе земельные ресурсы также
не безграничны. В настоящее время
на Земле в сельском хозяйстве
используется около 1.5*10-9 га земель. Потенциально
пригодных к использованию
Положение осложняется также географической неравномерностью распределения народонаселения: на 7% суши сконцентрнровано 70% человечества. И в этих сложных условиях часть пахотных почв ежегодно и во все возрастающих масштабах отчуждается для целей строительства городского, транспортного и промышленного. Кроме того, часть почв ежегодно безвозвратно теряется в результате эрозии. Только в черноземной зоне России овраги ежедневно "съедают" до 70-80 га земли. Но овраги - это крайняя степень проявления эрозии. Более широко распространена поверхностная эрозия. Она не столь заметна, как овражная, но очень вредна. Под действием поверхностной эрозии снижается плодородие почвы, повреждаются растения, а это приводит к потере 10-70% урожая.
От эрозии почв страдает не только сельское хозяйство. Почва, смываемая с полей, откладывается в прудах, озерах, водохранилищах, попадает в каналы и реки. В некоторых случаях пруды полностью заиливаются в течение 10-15 лет. Заиливание водоемов и повышение мутности воды в реках затрудняет действие гидроэлектростанций, работу систем водоснабжения и водного транспорта. Количество наносов, транспортируемых рекой, зависит от интенсивности эрозии почв в ее бассейне и может достигать очень большой величины. Наибольшей мутностью воды отличаются реки Хуанхэ и Янпзы (до 35-40 кг/м3). Расчистка водохранилищ, каналов и рек требует больших капитальных вложений.
Важно отметить, что при стоке воды и смыве почвы с пашни отчуждается от 10 до 30% вносимых удобрений и пестицидов, и они не только безвозвратно теряются, но и оказывают огромное негативное влияние на экологическое состояние территории, особенно на качество воды в реках, прудах и водохранилищах. В США на очистку воды тратится около одного миллиона долларов в день. В нашей стране чистая вода также достается с большими затратами.
Особое значение
имеет эрозия почв в миграции радионуклидов.
Радиоактивные изотопы, например цезий-137,
прочно сорбируются почвой и перемещаются
вместе с ней, в результате чего при
смыве и дефляции почв происходит
территориальное
Водная эрозия
Процессы водной и ветровой эрозии почвы наряду с различиями имеют много общего как в механизме процессов, так и во внешних формах их проявления, а также в методах защиты почв. Именно поэтому и преподавание основ охраны почв от эрозии охватывает проблемы защиты почв как от водной, так и от ветровой эрозии, а также от совместного их проявления. Подобная точка зрения была высказана ранее С.С.Соболевым, В.В.Звонковым, Ц.Е.Мирпхулавой, А.Н. Каштановым, исследовавшими весь комплекс проблем охраны почв от разрушения потоками воды и ветра.
Необходимым условием возникновения водной эрозии почвы является сток поверхностных вод или поверхностный сток. Различают три основных вида поверхностного стока: дождевой сток, талый и сток поливной воды. Им соответствуют три вида эрозии почв: дождевая эрозия (или ливневая - при сильных дождях); эрозия при снеготаянии; ирригационная эрозия.
Указанные виды эрозии различаются не только по источнику стока, но и по механизму процесса, а также по величине причиняемого ими ущерба.
Климатические факторы водной эрозии почв
Непосредственное влияние на размах эрозионных процессов, оказывают суммарное количество осадков, их вид, продолжительность, интенсивность, а также время выпадения. Опосредованно на развитие эрозионных процессов влияют температура, влажность воздуха, а также скорость и продолжительность ветра.
Эрозия почвы во время дождя происходит при совместном воздействии потока воды и падающих капель. Капли дождя разрушают структуру почвы, создают в потоке добавочную турбулентность, повышающую ее размывающую и транспортирующую способность, а также нагружают поток при всплесках оторванными частицами почвы. Капли дождя несут огромную энергию, однако большая часть ее (около 2/3) расходуется на уплотнение почвы и меньшая - на отрыв и перемещение частиц почвы. Удары капель дождя заставляют подниматься в воздух десятки тонн почвы на одном гектаре, но только часть ее выносится потоками воды.
Само по себе разбрызгивание почвы также может привести к некоторому преимущественному перемещению частиц с верхней части склона на нижнюю, если уклон достаточно выражен. Это связано с тем, что траектория движения частиц при всплесках вниз по склону длиннее, чем вверх.
Масштабы
эрозии при снеготаянии определяются
параметрами стока талых вод,
которые обусловлены
Эрозионную способность талой воды характеризуют не только запасы воды в снеге, но и интенсивность снеготаяния. Казалось бы в южных районах этот показатель должен быть выше, чем в северных, однако в действительности это не так: интенсивность снеготаяния, например, в Подмосковье (0,065 мм/мин) больше, чем на Кубани (0,015 мм/мин). Объясняется это тем, что на юге ко времени весеннего снеготаяния снег залегает не сплошной пеленой, а пятнами. В результате оказывается, что интенсивность эрозии при снеготаянии нарастает с юга на север и с запада на восток, т.е. обратно дождевой эрозии. По подсчетам Г.П.Сурмача (1992) на уровне прохождения изолинии среднего весеннего стока с зяби 30 мм интенсивность смыва от талого стока в два раза выше, чем от дождевого. Вдоль изолинии среднего весеннего стока с зяби 15 мм они сравниваются, а по мере продвижения на юго-восток, юг, и особенно на юго-запад все больше преобладает дождевая эрозия. В юго-западных районах Украины и в Молдавии это преобладание становится подавляющим.
Топографические факторы водной эрозии почв
Совокупность
форм горизонтального и
Сток формируется
в пределах водосбора, под которым
понимается территория, ограниченная
водораздельной линией. Элементами водосбора
являются водоразделы, склоны и гидрографическая
сеть. Водораздельным пространством
или водоразделом (в отличие от
водораздела - водораздельной линии) на
равнине понимают междуречье, не имеющее
стока в какую-либо речную систему,
или со стоком, осуществляемым слабоврезанными
верховьями рек. В более широком
плане - это пространства, примыкающие
к водораздельным линиям. Различают
водоразделы первого порядка, ограничивающие
водосборы суходольных систем, и
водоразделы более высоких
Ложбина - верхнее
звено гидрографической сети, примыкающее
к наиболее высоким частям водосборов,
характеризующееся небольшой
Лощина - элемент
гидрографической сети, отличающийся
от ложбины более редкими
Балка - это вытянутая впадина, отделенная от присетевого склона хорошо выраженной бровкой и имеющая внешнюю асимметрию берегов и асимметрию покровных отложений. На крутых берегах солнечной экспозиции покровная порода имеет малую мощность или почти отсутствует. На теневых, более пологих склонах формируется мощный плащ лёсса или лёссовидного суглинка. Глубина балок обычно 6-20 м, ширина достигает 60-200 м. крутизна берегов 10-15°, а в подмытых местах - до 35°, площадь водосбора - от 250 га и более до нескольких тысяч гектаров. Характерной особенностью балки является обычно хорошо выраженное русло временного водотока на ее дне, часто меандрирующее, местами расширяющееся и сужающееся. На склонах балок бывают заметны террасы или несколько нечетко выраженных бровок. В глубоких балках местами наблюдается выклинивание грунтовых вод. Широкие днища балок обычно имеют травяной покров. Балки впадают в речные долины.
Долина реки - наиболее древнее звено гидрографической сети, отличающееся от балки наличием постоянного водотока и связанных с ним форм рельефа: пойм, притеррасных впадин, прирусловых валов и др.
Виды водной эрозии
Эрозия при снеготаянии
Эрозия при снеготаянии отличается меньшей выраженностью, но большей продолжительностью, чем дождевая эрозия. Например, в Московской обл. длительность снеготаяния в среднем составляет примерно один месяц, а продолжительность смывания почвы талыми водами - около одной недели. Потери почвы от эрозии при снеготаянии составляют чаще всего несколько тонн с гектара. Продолжительность процесса эрозии почвы при дождях гораздо меньше, чем при снеготаянии и измеряется минутами и часами, а количество смываемой почвы - больше. Оно может достигать десятков тонн на гектар. В этом случае количество смываемой почвы зависит не только от параметров водного потока, но и от параметров дождевых капель.
Чем больше масса и скорость дождевой капли, тем больше ее кинетическая энергия и тем большие разрушения она причиняет почве. При ударе капли о почву происходит разрушение самой капли и некоторого очень небольшого объема почвы, с которым взаимодействует капля. Продукты разрушения разлетаются в стороны в виде брызг. Часть брызг попадает при этом не на поверхность почвы, а во временные водотоки (струйки, ручейки) и уносится ими. Таким образом, дождь способствует "нагружению" потоков твердой фазой.
Кроме того, дождевые капли, попадая в поток, турбулизируют его и повышают его размывающую и транспортирующую способность.
Ирригационная эрозия
Ирригационная эрозия, т.е. эрозия почвы при орошении, делится на подвиды в зависимости от способа орошения: эрозия при поливе напуском по бороздам, по полосам, по чекам; при дождевании.
Бороздковый полив применяют при орошении хлопчатника, кукурузы, томатов, сахарной свёклы. Ширина междурядий на посевах этих культур составляет 0,6-0,9 м,- а ширина водного потока в поливной борозде - до 0,2 м. Потери почвы за один полив могут достигать 100 т/га. В пересчете на единицу времени это гораздо больше, чем при дождевой эрозии или при эрозии во время снеготаяния.
Объясняется это тем, что при поливе по бороздам количество воды, взаимодействующей с почвой в единицу времени, гораздо больше, чем при дождях или при снеготаянии. Полив по полосам применяют при орошении трав и зерновых культур. Ширина полос измеряется единицами метров. Ширина водною потока при поливе по полосам равна ширине самих полос. Поэтому скорость таких потоков невелика и ирригационная эрозия выражена слабее, чем при поливе по бороздам. При поливе по чекам ирригационная эрозия выражена еще слабее. Объясняется это тем, что уклон чеков (обычно рисовых) очень мал, малы и скорость водного потока и связанная с ней величина смыва почвы.
Дождевание
Дождевание
- один из самых перспективных
видов орошения. Его используют
при орошении практически всех
сельскохозяйственных культур.
Эрозия почв при поливе дождеванием является наименее изученным подвидом ирригационной эрозии. По морфологическим признакам эрозионных форм различают:
- поверхностную эрозию, или смыв почвы;
- линейную эрозию, или размыв почвы.
Каждый из перечисленных видов эрозии может сопровождаться проявлением смыва или размыва почвы, но чаще всего - и того и другого, в зависимости от местоположения изучаемого участка на склоне.
Формирование гидрографической сети
Формирование
гидрографической сети в равнинных
районах произошло в ледниковый
период, когда огромные массы талой
воды размывали поверхность коренных
пород, а затем намывали покровные
породы, зараставшие с поверхности
растительностью и
На другой
способ образования современных
балок указывал В.В.Докучаев, отмечавший,
что они могли сформироваться
также путем закрепления
Суходольная часть гидрографической сети по протяженности и участию в формировании рельефа занимает преобладающее положение по сравнению с речной сетью. А.С.Козменко подсчитал, что для водосборов двух рек центральной лесостепи (Зуши и Красивой Мечи), плошадыо 10450 км2 характерно следующее соотношение различных элементов гидрографической сети по их длине: ложбины - 21%; лощины 41: лощино-сухододы - 18; суходолы - 12 ; долины - 8%.
Преобладающую
часть территории водосбора занимают
склоновые земли. Склоны различаются
по форме, длине, крутизне и экспозиции.
Характеризуя форму склона, говорят
о форме продольного и
Водосборы с выпуклыми склонами преобладают в северной и центральной частях Среднерусской возвышенности, на правобережной Украине, в пределах Северных Увалов, возвышенностей бассейна Северной Двины, на Вятских Увалах, левобережье Вятки, сложенных моренными, покровными и лёссовидными суглинками. Водосборы с вогнутыми и ступенчатыми склонами встречаются в Высоком Заволжье, на Приволжской возвышенности и в пределах высокой части Ставропольской возвышенности, где наблюдается близкое к поверхности залегание коренных пород. Прямая форма склонов наблюдается в южной и юговосточной частях Среднерусской возвышенности, в Кодрах, на Ергенях, на западе Низкого Заволжья и на предалтайских равнинах (Миронова, 1972).
