В этих условиях противоэрозионные обработки почвы слабо влияли на накопление снега, но различно действовали на глубину промерзания. Промерзание почвы - один из решающих факторов формирования стока талых вод. Длительные наблюдения на стационарном полевом опыте показали, что снежный покров оказывает существенное влияние на глубину промерзания почвы. Данные этих наблюдений по отдельным годам свидетельствуют, что при одинаковом снежном покрове глубина промерзания почвы заметно изменяется в соответствии с ходом температур. Наоборот, при одинаковых или близких отрицательных температурах воздуха высота снежного покрова является важным условием, влияющим на уменьшение глубины промерзания почвы.

Влияние изучаемых топографических факторов на характеристики снежного покрова и его залегание было неоднозначным. Заметную роль оказала лишь крутизна склона: при ее удвоении, высота снежного покрова на отдельных вариантах уменьшалась в среднем на 5 см. Глубина промерзания варьировала на склоне крутизной 2-5 от 8 до 14 см, а на склоне крутизной 5-7 - от 6 до 18 см.

Наиболее выхоложенной оказалась почва на склоне крутизной 2-5 на контроле (вспашке) - 14 см, а при удвоении крутизны на вариантах плоскорезной и поверхностной обработки, усиленной щелеванием, - 15 и 18 см, соответственно.

В зимний период 2004-2005 гг. противоэрозионные обработки почвы оказали существенное влияние на накопление и распределение снежного покрова. Лишь в период первых снегопадов отмечалось незначительное накопление снега по следам прохода рабочих органов щелевателя. В дальнейшем мощность снежного покрова выравнивалась. К моменту весеннего снеготаяния на склоне крутизной 5-7 высота снега была на 5-6 см ниже, чем на склоне крутизной 2-5 , при средней ее величине по обоим склонам 29-35 см. Изучаемые варианты обработки повлияли на глубину промерзания почвы. Наиболее значительным промерзание было на обоих склонах при отвальной вспашке и сочетании ее со щелеванием (16 и 22 см), что связано с большим увлажнением почвы этих вариантов при выпадении осадков в осенний период. Наличие пожнивных остатков на вариантах с безотвальными приемами обработки почвы обусловило меньшее промерзание почвы в сравнении с контролем. Различия в показателях между этими обработками сохранялись как на склоне крутизной 2-5 ,_,так и на склоне крутизной 5-7 . Почва на склоне крутизной 5-7 промерзала на 5-9 см глубже, чем на склоне крутизной 2-5 .

Таким образом, результаты исследований показали, что на высоту снега и глубину промерзания оказывали влияние как изучаемые противоэрозионные приемы обработки почвы, так и агрометеорологические условия. Установлено, что наибольшее выхолаживание почвы происходит на вариантах отвальных обработок (вспашки и вспашки в сочетании со щелеванием), что обусловлено их большим увлажнением в осенний период. Наличие пожнивных остатков на поверхностных и плоскорезных обработках снижает глубину промерзания. С увеличением крутизны склона происходит уменьшение высоты снежного покрова на 15-20 % и, как следствие, увеличение глубины промерзания.

Эрозия при снеготаянии отличается своей продолжительностью и занимает период от нескольких дней до нескольких недель. Формирование поверхностного стока талых вод зависит от высоты снежного покрова, глубины промерзания почвы, запасов воды в снеге и измеряется специальными приборами (рис. 3).

Изучаемые противоэрозионные обработки почвы по-разному влияли на развитие эрозионных процессов (табл. 3).

Начало таяния снега в 2004 г. отмечено в середине второй декады марта при средних значениях температуры воздуха +1,1 С (max +6,8 С). Тем не менее, полное насыщение снежной массы и ее активное таяние зарегистрировано лишь в конце II декады, при среднесуточной температуре воздуха +2,9 С. Поверхностный сток проходил в течение 7 дней, с 19 по 25 марта, а внутрипочвенный - в течение 10 дней, с 20 по 29 марта, в один этап. Большую часть времени сток проходил внутри снежного покрова с равномерным стаиванием запасов снега. Лишь на заключительном этапе темпы таяния снега зависели уже от характера его залегания, степени уплотнения, свойств почвы и других факторов. Появление первых проталин было отмечено на 4-й день с момента начала стока.

Рис. 3. Поверхностный сток

Таблица 3. Влияние противоэрозионных обработок на поверхностный сток талых вод и смыв почвы (2004-2005 гг.)

При запасах воды в снеге в среднем около 83 мм, незначительной глубине и степени промерзания почвы, а также невысокой и относительно равномерной интенсивности таяния снежного покрова сток на склоне крутизной 4 не сформировался. В этих условиях интенсивность поглощения и перераспределения снеговой воды в нижележащие горизонты почвы была близка к оптимальной.

На склоне крутизной 5-7 , где процессы эрозии проходят гораздо интенсивнее, различное влияние противоэрозионных разноглубинных систем обработки на величину поверхностного стока талых вод отмечено нами уже с первых дней движения талой воды по поверхности почвы. При запасах воды в снеге около 80 мм и средней интенсивности снеготаяния объем стока в суточном ходе определялся характером термического режима и стокорегулирующей эффективностью применяемых обработок. Лучшие условия для активного поглощения талой воды отмечены на вариантах, где применялась обычная вспашка поперек склона, - 13,7 и 13,9 мм. Это на 4-5,5 мм больше, чем поглощение влаги на вариантах с плоскорезной и поверхностной обработкой. Применение щелевания, как по поверхностной обработке, так и по вспашке в этих условиях оказалось недостаточно эффективным, так как «работа щелей» по поглощению и перераспределению талой воды в глубокие горизонты почвы была заметно нарушена при проведении посева озимой пшеницы осенью (рис. 4). В связи с этим необходимо дальнейшее изучение сроков щелевания, характера их влияния на процессы движения влаги в почве, строения их стенок и ширины на фильтрацию воды, особенно в условиях неустойчивых зим и высокой степени промерзания почвы. Вместе с тем другой серьезной альтернативы срокам применения щелевания на склоновых землях при возделывании данной культуры пока нет.

Рис. 4. Действие разноглубинных почвозащитных приемов обработки почвы на суточный ход поверхностного стока талых вод в 2004 г.

Максимальное количество влаги стекало с почвы на 4-й-5-й день после начала активного таяния снега (табл. 4), достигая наибольших значений по объему в суточном ходе к 17 часам. При фактическом отсутствии процессов цементации почвы льдом и слабом ее промерзании были созданы условия для перераспределения части поверхностного талого стока во внутрипочвенный.

Таблица 4. Действие разноглубинных почвозащитных приемов обработки почвы на суточный ход поверхностного стока талых вод (2004 г.)

В этих условиях максимально эффективно почвозащитные свойства проявила вспашка поперек склона, что обусловлено наиболее невыравненным рельефом, созданным при этой обработке. Смыв почвы на ней составил 0,26 т/га, что в 2 раза меньше аналогичного показателя при поверхностной обработке (0,52 т/га), где и стокорегулирующая и почвозащитная эффективность агроприема находились на самом низком уровне среди изучаемых вариантов.

В 2005 году сохранились тенденции интенсивности эрозионных процессов 2004 года. Величина стока талых вод была незначительной и в среднем по обработкам на склоне крутизной 5-7 составила 13,5 мм при коэффициенте стока 0,15. Максимальный сток талых вод (16,5 мм) и смыв почвы (0,63 т/га) отмечен на поверхностной обработке, что тесно связано с запасами воды в снеге, которые на этом варианте также были наибольшими и составляли 92,8 мм.

На содержание мелкозема в стоке воды в 2005 году оказали влияние: скорость водного потока, глубина оттаивания почвы, наличие растительных остатков и другие факторы (табл. 5). В начальный период стока талых вод противоэрозионные обработки не оказывали существенного влияния на мутность водного потока, который, в основном, определялся интенсивностью стока (коэффициент стока). Наибольшая мутность поверхностных вод за время стока была при плоскорезной обработке в сочетании с чизелеванием (К_ст = 0,19), наименьшая интенсивность стока отмечалась на контроле (К_ст = 0,11).

Таблица 5. Действие разноглубинных почвозащитных приемов обработки почвы на суточный ход поверхностного стока талых вод (2005 г.)

Начало таяния снега отмечено в середине первой декады апреля при средних значениях температуры воздуха +3,6 С. Тем не менее, полное насыщение снежной массы и ее активное таяние зарегистрировано к 8 апреля при среднесуточной температуре воздуха +5,1 С. Максимальная интенсивность поверхностного стока талых вод отмечалась на 2-й-4-й день. Большую часть времени сток проходил внутри снежного покрова с равномерным стаиванием запасов снега.

Щелевание, как противоэрозионный прием, в условиях 2005 года оказался эффективным по плоскорезной и поверхностной обработке и позволял снизить объем поверхностного стока на 3-4 мм по сравнению с одноименными вариантами без него (рис. 5).

Таким образом, в условиях формирования поверхностного стока талых вод весной решающее влияние на интенсивность эрозионных процессов и стокорегулирующие свойства изучаемых почвозащитных систем обработки почвы оказали температурный режим холодного периода, особенно в период снеготаяния, а также рельеф и свойства подстилающей поверхности (рис. 6).

При определенных условиях заметное положительное влияние на снижение интенсивности поверхностного стока талых вод и в целом процессов эрозии оказывает перераспределение части стока с поверхности почвы в нижележащие ее горизонты. Удельный вес внутрипочвенного горизонтального стока колеблется в широких пределах: от 0 до 65 % общего стока [3].

Рис. 5. Действие щелевания на суточный ход поверхностного стока талых вод, м³, 2005 г.

Рис. 6. Проявление процессов водной эрозии

Основными факторами, оказывающими влияние на его интенсивность, являются глубина промерзания и оттаивания почвы, ее сложение, влажность, которые зависят от способа и глубины обработки, а также мульчирующего слоя на поверхности [4, 5].

Исследования, проведенные методом стационарных водобалансовых площадок, показали, что величина внутрипочвенного стока в 2004 году определялась, в основном, сложением почвы и рельефом местности. Наиболее активное движение воды в почве на глубине 0-50 см было отмечено нами уже на второй день после начала поверхностного стока, что говорит о состоянии почвы, достаточно свободной ото льда (табл. 6).

Таблица 6. Влияние противоэрозионных обработок на объем внутрипочвенного горизонтального стока талых вод, мм (слой 0-50 см, 2004 г.)

На склоне крутизной 2-5 внутрипочвенный сток проходил, в основном, на вспашке, где общий его объем составил 1,50 мм. Этот показатель близок к аналогичным по другим вариантам на склоне крутизной 5-7 , однако проводить параллели было бы преждевременно, хотя бы потому, что условия его формирования по склонам различны. Максимальный объем внутрипочвенного стока отмечен на склоне крутизной 5-7 при вспашке, усиленной щелеванием (2,24 мм), где были созданы в подпахотном горизонте лапами щелевателя более благоприятные условия для перераспределения влаги. Показатели интенсивности внутрипочвенного горизонтального стока при вспашке и поверхностной обработке были равнозначны.

Удельный вес внутрипочвенного стока в 2005 году составлял на склоне крутизной 5-7 от общего объема стока от 19% на вспашке до 9% на поверхностной обработке (табл. 7). Заметное влияние на интенсивность внутрипочвенного горизонтального стока оказала крутизна склона. На склоне крутизной 2-5 при вспашке со щелеванием его величина была ниже в 2 раза по сравнению со склоном крутизной 5-7 (0,69 и 1,37 мм, соответственно), а на контроле - в 1,8 раза (1,2 и 2,2 мм).

Уклон поверхности является важным и непременным условием для движения воды внутри почвы. Увеличение крутизны склона (с 2-5 до 5-7 ) способствует увеличению объема внутрипочвенного стока. Однако роль горизонтального стока в снижении экологической нагрузки на склоновые агроландшафты невелика. Количество воды, просочившейся в почву и сформировавшей горизонтальный сток, составляет в долевом участии от общего объема стекающей влаги менее 10%, с основным его образованием (99%) на глубине 50 см.

Таблица 7. Влияние противоэрозионных обработок на объем внутрипочвенного горизонтального стока талых вод, мм (слой 0-50 см, 2005 г.)

Водоудерживающий микрорельеф, благоприятное строение почвенных горизонтов в результате механической обработки обеспечивает на склоне крутизной 2-5 оптимально возможные условия для инфильтрации избытка влаги при снеготаянии в почву.

Заключение

В исследуемый период на активность процессов деградации почвы склонов талым стоком оказывали влияние как изучаемые приемы обработки почвы, действие которых зависело от конкретных условий года, так и природные факторы (температурный режим холодного периода, осадки и рельеф местности), причем действие последних было определяющим в процессах формирования твердого и жидкого стока.