Таблица 3. Валовой химический состав илистых фракций дерново-подзолистых разной степени эродированных легкосуглинистых почв, % на прокаленное вещество

* над чертой ? содержание оксидов в почве; под чертой ? содержание оксидов в илистой фракции.

Запас внутренней энергии гумуса в дерново-подзолистой неэродированной легкосуглинистой почве в горизонтах Ап, А2 и В1 рассчитывался по формуле:

UгКг = Sхн*D*С*5,5 ккал,

где UгКг - внутренняя энергия гумуса в слое почвы 50 см на 1м2, ккал;

S - площадь, см2; н - мощность слоя, см;

D - плотность, г/см3;

С - содержание гумуса, %; 5,5 - энергия гумуса, ккал/г [5].

UгАп КгАп = 100 • 100 • 25 • 1,15 • 0,0174 • 5,5 = 27513 ккал;

UгА2 КгА2 = 100 • 100 • 15 • 1,44 • 0,0046 • 5,5 = 5464 ккал;

UгВ1 Кг В1 = 100 • 100 • 10 • 1,56 • 0,0028 • 5,5= 2402 ккал.

Внутренняя энергия гумуса дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в 50 см слое на 1 м2 равна 35 379 ккал.

Таким же путем рассчитывается внутренняя энергия гумуса для эродированных почв.

Внутренняя энергия кристаллической решетки минералов фракции меньше 0,001 мм (минеральная основа почвенного поглощающего комплекса) рассчитывалась методом, при котором энергия кристаллических решеток минералов, составляющих почвенный поглощающий комплекс, рассматривают как сумму бинарных компонентов оксидов [6].

Удельная энергия оксидов по В.Р. Волобуеву [5] равна: н2О - 55,55 ккал/г; SiО2 - 51,61; Fe2O3 - 24,12; А12О3 - 35,07; ТiO2 - 36,78 ккал/г; СаО - 15,20; MgO - 23,50; К2О - 6,63; Na2O - 9,93; МnО - 13,50; P2O5 - 3,61 ккал/г; Na2O - 3,05 ккал/г; энергия гумуса - 5,5 ккал/г.

Используя приведенные данные и результаты валового химического состава илистых фракций почвы, рассчитывалась внутренняя энергия фракций меньше 0,001 мм, то есть энергию минеральной основы почвенного поглощающего комплекса. Внутренняя энергия фракции меньше 0,001 мм равна произведению массового объема этой фракции на долевую часть каждого оксида с умножением на энергию оксида. Валовой химический состав илистой фракции дерновоподзолистой неэродированной легкосуглинистой почвы отражен в таблице 3.

В качестве примера приводим расчет внутренней энергии кристаллической решетки минералов илистой фракции дерново-подзолистой неэродированной

=100 • 100 • 25 • 1,15 • 0,0851 • 0,5316 • 51,61=671253 ккал,

? внутренняя энергия оксида кремния фракции < 0,001мм;

100 • 100 ?площадь, см2;

25 ? мощность слоя, см; 1,15 ? плотность, г/см3;

0,0851 ? доля илистой фракции; 0,5316 ? доля SiO2; 51,61 ? энергия SiO2, ккал/г [5].

Таким же образом выполнены расчеты энергии каждого оксида в горизонтах Ап, А2 и В1. Внутренняя энергия кристаллической решетки минералов фракции меньше 0,001 мм (минеральная основа почвенного поглощающего комплекса) дерново-подзолистой неэродированной легкосуглинистой почвы приведена в таб- лице 4.

Таблица 4. Внутренняя энергия кристаллической решетки минералов фракции меньше 0,001 мм дерново-подзолистой неэродированной легкосуглинистой почвы слоя 50 см 1 м2, ккал

Полная внутренняя энергия кристаллической решетки минералов фракции меньше 0.001 мм дерново-подзолистой неэродированной легкосуглинистой поч- вы слоя 50 см на 1 м2 равна 2275030 ккал.

Аналогичным образом рассчитаны внутренние энергии кристаллических решеток минералов фракции меньше 0,001 мм дерново-подзолистых разной степени эродированных легкосуглинистых почв (табл. 5).

Таблица 5 Внутренняя энергия гумуса и кристаллической решетки минералов фракции меньше 0.001 мм дерново-подзолистых неэродированных и эродированных легкосуглинистых почв слоя 50 см 1 м2, ккал

Из таблицы 5 видно, что по мере нарастания степени эродированности внутренняя энергия кристаллической решетки минералов фракции меньше 0,001 мм возрастает, а внутренняя энергия гумуса уменьшается. Минералогический сос- тав илистой фракции (<0,001 мм) дерново-подзолистых легкосуглинистых почв представлен глинистыми минералами: гидрослюдой, вермикулитом, каолинитом и почвенными хлоритами [7]. Глинистые минералы влияют на физико-химические свойства почв, определяют их плодородие, от них зависит поглотительная способность почв, их гидрофильность. Более того, глинистые минералы способны пополнять почвенные растворы элементами питания растений [8]. Гумус представляет совокупность специфических и неспецифических органических веществ почв, обладает высокой емкостью катионного обмена, содержит элементы питания в легкодоступной форме [9]. Как отмечает Д.В. Хан, основными закрепителями гумусовых веществ почв являются глинистые минералы фракции меньше 0,001 мм [10]. Гумусовые вещества и глинистые минералы формируют органоминеральные соединения и создают водопрочную структуру почв [11].

В связи с этим принципиально новым признаком в предлагаемом методе количественной оценки эрозионной деградации дерново-подзолистых почв может быть отношение внутренней энергии минералов кристаллической решетки фракции меньше 0,001 мм к внутренней энергии гумуса.

На большом количестве почвенных разрезов дерново-подзолистых легкосуглинистых почв Минской, Могилевской и Витебской областей (несмытых - 48 разрезов, слабосмытых - 34, среднесмытых - 31, сильносмытых - 20) установлены пределы изменения соотношений внутренних энергий кристаллической решетки минералов фракции <0,001 мм к внутренней энергии гумуса, которые рассматриваются как количественные показатели степени эрозионной деградации почв.

Сравнительный анализ данных по всем исследуемым разрезам свидетельствует, что показатели соотношения внутренней энергии минералов кристаллической решетки фракции <0,001 мм к внутренней энергии гумуса составляют величины: для неэродированных дерново-подзолистых легкосуглинистых почв < 70, для слабоэродированных - 70-110, среднеэродированных - 110-210, сильноэродированных - 210-320.

Примеры использования предлагаемого метода при определении степени эрозионной деградации по показателям соотношения внутренней энергии кристаллической решетки минералов фракции меньше 0,001 мм и энергии гумуса приведены в таблице 5. Анализируемые соотношения для почв разной степени эродированности укладываются в разработанные градации. Это дает основание считать, что предлагаемый метод соответствует критерию применимости и позволяет в количественном выражении оценивать степень эрозионной деградации почв. необходимо также отметить, что оценка степени эродированности в исследуемых почвенно-эрозионных катенах по ранее известным методам и предлагаемому практически совпадают.

Использование нового подхода количественной оценки эрозионной деградации почв при эколого- экономической оценке ущерба от эрозии

Многолетними наблюдениями установлено, что с одного гектара водосборной площади поверхностным стоком смывается в среднем 10-15 т твердой фазы почвы, около 150-180 кг гумусовых веществ, одновременно теряется до 10 кг азота, 4-5 кг фосфора и калия, 5-6 кг кальция и магния. Потери элементов питания, гумуса приводят к значительному ухудшению агрофизических и биологических свойств эрозионно деградированных почв, что влияет на их производительную способность. В результате деградации почв средний недобор урожаев по нашим многолетним данным составляет в зависимости от степени эрозионной деградации: зерновых культур - 12-40%, пропашных - 20-60%, льна - 15-40%, многолетних трав - 5-30% [12]. В количественной оценке эрозионной деградации дерново-подзолистых почв верхний предел отношения внутренней энергии ППК к внутренней энергии гумуса составляет 320. При наличии данных по максимальному недобору в процентах урожая сельскохозяйственных культур (для зерновых - 40%, пропашных - 60%, льна - 40%, многолетних трав - 30% и т.д.) легко определить, какой процент недобора приходится на одну единицу отношения. В нашем случае для зерновых культур - 40:320 = 0,125%, для пропашных 60:320=0,187%, для льна 40:320 = 0,125% и многолетних трав 30:320 = 0,093%. недобор урожая сельскохозяйственных культур рассчитывается по выражению:

где N% - недобор урожая от эрозионной деградации;

Uфр<0,001мм•Кфр. 0,001мм - внутренняя энергия ППК (Фракция < 0,001мм);

Uг• Кг - внутренняя энергия гумуса; Рс/х культур - максимальный недобор урожая с/х культур;

320 - минимальное отношение внутренней энергии почвенного поглощающего комплекса к энергии гумуса очень сильно эрозионно деградированной почвы.

Для нашей почвенно-эрозионной катены на дерново-подзолистых почвах, развивающихся на лессовидных суглинках недобор урожая сельскохозяйственных культур сведен в таблице 6.

Таблица 6.Недобор урожая сельскохозяйственных культур от эрозионной деградации, %