Комплексные исследования состояния и почвозащитные мероприятия на агроландшафтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.459

Комплексные исследования состояния и почвозащитные мероприятия на агроландшафтах

Е.В. Полуэктов, О.А. Игнатюк (ФГБОУ ВПО «НГМА»)

Г.Т. Балакай, Н.И. Балакай (ФГБНУ «РосНИИПМ»)

Аннотация

почвозащитный плодородие сельскохозяйственный посевной

Целью работы является разработка почвозащитной системы земледелия на агроландшафтах, обеспечивающей сохранение и воспроизводство почвенного плодородия сельскохозяйственных угодий. Проведена типизация земель и выделены типы агроландшафтов: плакорно-равнинный, ложбинно-балочный, овражно-полевой. Проведен анализ сложившейся структуры посевных площадей и дана оценка ее влияния на состояние плодородия почв, изучены основные деградационные процессы, снижающие плодородие южных черноземов, предложены пути создания культурных агроландшафтов, как важнейшей ресурсопроизводящей и средообразующей экосистемы, на основе формирования рационального соотношения сельскохозяйственных угодий и подбора агротехнологий адаптивных данной местности и культивируемых видов растений на уровне определенных типов. Исследованиями установлено, что оказывающим наибольшее влияние на состояние агроландшафтов являются распаханность сельскохозяйственных угодий. Она связана в первую очередь с особенностями рельефа, формами и уклонами поверхности почвы. Наибольшая распаханность 87,7 % наблюдается на плакорно-равнинном типе агроландшафта с уклонами до 1є и снижается до 44,9 % на овражно-полевом агроландшафте с уклонами более 5є. С увеличением распаханности территории возникает потребность в увеличении площади лесных насаждений. Подтверждено, что представленная система мероприятий в виде лесных полос и залуженного участка существенно уменьшила смыв почвы при стоке талых вод. На участке без лесных полос смыв почвы при крутизне склона 1,8є и удаленности от водораздела 180 м составил 3,1 т/га, а на склоне в 4,0є и удаленности в 390 м он возрос до 10,8 т/га.

Ключевые слова: тип агроландшафта, оптимальность соотношения сельскохозяйственных угодий, типизация земель, экологическая устойчивость агроландшафта.

Annotation

The objective of the study was to develop soil-protective farming system at landscapes preserving and restoring soil fertility of agricultural lands. Typification of lands was made and the types of agricultural landscapes were allocated: plain, hollow-gully, and gully-field. The analysis of the current structure of arable areas was made and resulted in the assessment of structure's influence on the state of soil fertility. The main degradation processes reducing the fertility of south chernozems were studied. There were proposed the ways of creating the artificial agricultural landscapes as a critical resource-producing and environmental ecosystem based on forming the rational relationship between arable lands and agricultural technologies adapted to the given locality, as well as cultivated species of plants at the level of specific types. The research established that the greatest influence on the state of agricultural landscapes had the percentage of arable lands which was primarily associated with the terrain features, shapes and slopes of the soil surface. The greatest percentage of arable lands 87.7 % is observed at the plain type with the slopes up to 1є. At the gully-field type with slopes more than 5є the percentage of arable lands decreases to 44.9 %. Increasing the area of arable lands requires enlarging the area of forest plantations. It is confirmed that the proposed system of activities, comprising the creation of forest belt and grassing, significantly decreased soil erosion by melt water runoff. At the site without forest belt soil erosion at the slope of 1.8є and distance of 180 m from the watershed was 3.1 t/ha, and at the slope of 4.0є and distance of 180 m from the watershed increased up to 10.8 t/ha.

Keywords: agrolandscape type, optimum ratio of agricultural lands, typification of lands, ecological sustainability.

Сохранение и повышение плодородия почв предполагает проведение мероприятий по оптимизации природопользования на основе научно обоснованных форм хозяйственной деятельности, направленных на сохранение эколого-экономических функций агроландшафта, путем регламентации и нормирования отдельных его форм для ограничения негативного воздействия на нее биотических и абиотических факторов. Одним из факторов, способствующих стабилизации и сохранению плодородия земельных угодий, является разработка системы земледелия на основе исследований состояния агроландшафтов и выявлении наиболее слабых звеньев, приводящих к деградации почвы и снижению урожайности сельскохозяйственных культур [1, 2]. Поэтому исследования, направленные на предотвращение дальнейшего развития деградационных процессов и стабилизацию плодородия почвы, являются актуальными и востребованными производством.

Дефляционные процессы в виде пыльных бурь (ветровая эрозия) последний раз были зафиксированы в 1984 г. Тогда ими была охвачена практически вся пашня. В последующие годы пыльные бури локального значения (на песчаных и супесчаных почвах в поймах рек) имели место в 2003 г. За период проведения наших исследований (2005-2012 гг.) дефляция не проявлялась, поэтому и вопросы, связанные с ее нейтрализацией, в данной статье не поднимаются.

Проведенные нами исследования указывают на то, что процессы деградации почвы продолжаются. В почвах Константиновского района содержание гумуса за 47 лет снизилось в абсолютных величинах на 1,8 %, в относительных - на 42 %. Это в значительной степени связано как с особенностями климата - повысилась температура воздуха, уменьшилось число весенних паводков. Вместе с тем заметно увеличилось количество ливневых дождей, вызывающих смыв почвы. В немалой степени интенсивность потерь почвы связана с увеличением площадей, занятых чистым паром и пропашными культурами, т. е. то, что мы называем средоразрушающим фактором. И, наверное, самое главное - это невысокая культура земледелия и малые площади применения почвозащитных мероприятий. Как следствие всего этого увеличение площадей эродированных почв возросло с 34,9 % до 48,6 % от площади сельхозугодий.

Целью работы является разработка почвозащитной системы земледелия на агроландшафтах, обеспечивающей сохранение и воспроизводство почвенного плодородия сельскохозяйственных угодий.

В задачи исследований входило проанализировать сложившуюся за последние 20-30 лет структуру посевных площадей и оценить с позиций влияния на состояние плодородия почв, изучить и дать оценку основным деградационным процессам, снижающим плодородие южных черноземов в северо-восточной сельскохозяйственной зоне Ростовской области, предложить пути создания культурных агроландшафтов как важнейшей ресурсопроизводящей и средообразующей экосистемы на основе формирования рационального соотношения сельскохозяйственных угодий и подбора агротехнологий, адаптивных данной местности (почвенным, рельефным и хозяйственным условиям), и культивируемых видов растений, оценить с эколого-экономических позиций предложенную структуру соотношения угодий на уровне определенных типов агроландшафтов.

Объектом исследований были наиболее типичные агроландшафты (плакорно-равнинный, ложбинно-балочный и овражно-полевой). Применялись общепринятые в агроэкологии, земледелии, эрозиоведении и почвоведении методы.

Программой комплексных исследований предусматривалось проведение пяти опытов. В первом опыте изучались вопросы деградации почв Константиновского района в динамике с 1990 года по 2007 год по основным видам: дегумификация (пашня), эрозия (в т. ч. слабо-, средне- и сильно), дефляция (в т.ч. слабо-, средне- и сильно), засоление, переувлажнение.

Во втором опыте изучалось влияние крутизны склона на величину смыва почвы стоком талых вод. Опыт двухфакторный:

- фактор А - культура (агрофон): зябь отвальная (вспашка отвальная на глубину 20-22 см); зябь безотвальная (плоскорезная обработка, на глубину 16-18 см); озимая пшеница; эспарцет; люцерна;

- фактор Б - крутизна склона: крутизна склона 1,5-2,0°; крутизна склона 2,5-4°.

В третьем опыте изучалось влияние крутизны склона на величину смыва почвы стоком дождевых вод. Опыт двухфакторный:

- фактор А - культура (агрофон): чистый пар (вспашка отвальная на глубину 20-22 см); подсолнечник; озимая пшеница; эспарцет; люцерна;

- фактор Б - крутизна склона: вариант 1 - крутизна склона 1,5-2,0°; вариант 2 - крутизна склона 2,5-4°.

В четвертом опыте изучалось влияние облесенности различных типов агроландшафта на эрозию и смыв почвы. Опыт двухфакторный:

- фактор А - тип агроландшафта: плакорно-равнинный; ложбинно-балочный; овражно-полевой;

- фактор Б - облесенность территории: облесенный и открытый (не облесенный).

В пятом опыте изучалось влияние структуры сельхозугодий на экологическую устойчивость различных типов агороландшафтов. Опыт двухфакторный:

- фактор А - тип агроландшафта: плакорно-равнинный; ложбинно-балочный; овражно-полевой;

- фактор Б - структура сельхозугодий: распаханность территории; облесенность территории; защищенность территории лесными насаждениями; площади деградированных почв (в т. ч. несмытых и слабосмытых).

Исследованиями установлено, что оказывающими наибольшее влияние на состояние агроландшафтов являются распаханность сельскохозяйственных угодий, а также облесенность пашни и в целом сельхозугодий. По Ростовской области структура сельхозугодий в динамике за последние 25 лет изменилась (таблица 1). Площадь сельхозугодий сократилась с 8555,8 до 8541,7 тыс. га. Площадь пашни по отношению ко всем сельскохозяйственным угодьям сократилась на 539,1 тыс. га или на 6,2 %. В то же время естественных кормовых угодий увеличилось на 388,6 тыс. га. Также возросла площадь прочих сельскохозяйственных угодий на 136,4 тыс. га. Это можно объяснить сложившимися хозяйственно-экономическими условиями последних десятилетий.

Таблица 1 - Динамика изменения структуры сельскохозяйственных угодий в Ростовской области, 1985-2011 гг.

Почвенный покров Константиновского района Ростовской области, где проводились исследования, испытывает на себе значительное количество негативных воздействий, связанных как с особенностями природно-климатических факторов, так и с хозяйственной деятельностью человека. Площадь земель сельскохозяйственного назначения на 1 января 2008 года в административных границах района составила 197361 га. Основные виды деградации почвы приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные виды деградаций почв Константиновского района, % от площади сельхозугодий

Как видно из таблицы 2, наиболее распространенным видом деградации является дегумификация. Анализ содержания гумуса в динамике показывает, что в 1960 году почвы Константиновского района содержали в среднем 4,3 % гумуса, в 2011 году - всего 2,5 %, т. е. за 51 год использования земель содержание гумуса в почве снизилось в абсолютных величинах на 1,8 %, в относительных - на 42 % (таблица 3).

Таблица 3 - Динамика содержания гумуса в пахотном слое на пашне, %

Основными причинами этого являются уменьшение вносимых органических и минеральных удобрений и усиление процессов эрозии и дефляции.

Так, площади сельхозугодий, подверженных эрозии, возросли с 1990 по 2011 годы на 6,9 % ? с 34,9 до 48,6 тыс. га, дефляции - на 2,3 % ? с 10,5 до 12,8 тыс. га (таблица 1). Этому в немалой степени способствует расчлененный рельеф местности, высокая распаханность территории, характер выпадения осадков, слабая противоэрозионная устойчивость почв. Кроме того увеличение площадей чистых паров и пропашных культур создавало условия для интенсивного развития эрозионных процессов при выпадении ливневых дождей в теплый период года.

Проявление эрозионных процессов от талых и дождевых вод изучалось на ключевых участках (полях) в базовом хозяйстве ОАО «Ленинский путь» Константиновского района Ростовской области как наиболее типичном, отражающем особенности природно-климатической ситуации и хозяйственной деятельности района в целом. Общая площадь землепользования хозяйства ? 14636 га, из них сельскохозяйственные угодья занимают 12569 га (85,9 %), в том числе пашня 8959 га (61,2 %). Пашня расположена преимущественно на склоновых землях: до 1° - 2793 га, 1-2° -3110 га, 3-5° - 3056 га. Древесно-кустарниковая растительность занимает площадь 1167 га (8,0 %), в том числе зеленые лесные насаждения ?232 га (1,85 %). Облесенность пашни ? чуть более 1,5 %.

Ключевые участки, на которых проводились исследования, располагались на трех типах агроландшафта: 1) плакорно-равнинном, занимающем ровные участки местности и приводораздельные плато с крутизной склонов до 1є с основными видами деградации почвенного покрова - дегумификацией, дефляцией, переуплотнением; 2) ложбинно-балочном, к которому относятся придолинные, прибалочные склоны с крутизной более 1,5-2,0°, представляющие собой относительно самостоятельные обособленные водосборы с развитой сетью ложбин [3]. Данные земли состоят преимущественно из пахотных земель. Основные виды деградации почвенного покрова: эрозия, дегумификация, дефляция, переуплотнение, осолонцевание и др.; 3) овражно-полевом, занимающем межбалочные пространства со склонами различной крутизны и экспозиции, с овражно-балочным водосбором. Чаще всего это участки пашни с примыкающими к ним овражно-балочными землями, используемые под сенокосы и пастбища. Основной вид деградации почвенного покрова - водная эрозия. Развиты дегумификация, переуплотнение.

Исследования стока талых вод в 2006 году показали, что эрозионными процессами были охвачены практически все виды сельхозугодий, но в большей степени она проявлялась на пашне, особенно в том случае, когда была лишена растительного покрова - зябь поднята отвальными плугами на глубину 20-22 см (таблица 4).

Таблица 4 - Смыв почвы на зяби и посевах сельскохозяйственных культур стоком талых вод, т/га

Как следует из представленных данных, величина смыва почвы достигала значительных размеров и увеличивалась по мере нарастания крутизны склона. Потери почвы на отвальной зяби на склоне 4-4,5° почти вдвое превышали потери на склонах до 2,0°. В том случае, если при подъеме зяби применялась плоскорезная обработка, величина смыва на склонах 1,5-2,0° сокращалась по отношению к отвальной вспашке на 32,5 % (т. е. на одну треть). С увеличением крутизны склона это преимущество заметно уменьшалось и уже на склонах 4-4,5є оно составляло 21 %.

Интересные данные получены по смыву почвы на посевах многолетних трав (эспарцет и люцерна). Если на склонах 1,5-2,0° смыва почвы визуально практически не наблюдалось, что совсем не исключает стока талых вод, то уже на склоне 4-4,5° на посевах эспарцета смыв составил около 3 т/га, а люцерны 0,8 т/га. Полученные результаты отражают биологические особенности данных культур, т. е. люцерна имеет более мощную корневую систему по отношению к эспарцету и способна лучше противостоять размывающему действию водных потоков.

В отличие от стока талых вод с повторяемостью процессов эрозии каждые 4-5 лет, эрозия от ливневых вод происходит ежегодно. При этом интенсивность смыва почвы дождевыми водами (ливнями) находилась в полной зависимости от величины покрытия поверхности почвы растительным покровом, степени задерненности, кольматирующей способности различных травостоев (таблица 5).

Таблица 5 - Смыв почвы на чистом пару и посевах сельскохозяйственных культур в период выпадения ливней, 2005-2007 гг., т/га

Как видно из таблицы 5, максимальный смыв почвы наблюдался на полях, занятых чистым паром, причем величина смыва почвы резко увеличивалась по мере нарастания крутизны склона. Если на склонах до 2° смыв проявлялся в виде сети водороин глубиной от 3 до 4,5 см и шириной не более 16-19 см, то на склонах более 4° глубина размыва почвенного покрова была зафиксирована на уровне культиваторной «подошвы» - 6-7 см. Ширина водороин достигала 40-60 см, а в отдельных местах смыву были подвержены целые участки парового поля.

Значительные потери почвы были зафиксированы на полях, занятых подсолнечником, посевы которого в июне 2005 г находились в фазе 2-3 листьев, а июле 2007 г. - 5 листьев. Затенение поверхности почвы растениями уменьшало ударное воздействие капель на поверхность почвы и оказало существенное влияние на величину смыва [4]. По сравнению с чистым паром потери почвы сократились в 2,2-2,9 раза интенсивность смыва находилась в полной зависимости от величины покрытия поверхности почвы растительным покровом. Если взять за единицу смыв почвы от ливневых дождей на чистом пару, то на посевах подсолнечника он составил в среднем 0,40, озимой пшенице ? 0,07, посевах эспарцета ? 0,02 и люцерны ? 0,01. Подобные данные по влиянию различных сельскохозяйственных культур на смыв почвы от ливневых дождей приводят М. Н. Заславский (1987), Е. И. Рябов (1996), И. Н. Листопадов (2006), Е. В. Полуэктов (2003).

Современная система адаптивно-ландшафтного земледелия предполагает решение вопросов разного уровня и направления в зависимости от создающихся условий и факторов, влияющих на них. В Константиновском районе в условиях достаточно сложного рельефа местности и многообразия деградационных процессов основным фактором является рельеф местности. В наибольшей степени он предопределяет облик и судьбу агроландшафта, способствует развитию эрозионных и дефляционных процессов, изменяя плодородие почв, влияя на продуктивность сельскохозяйственных культур и связанную с ними общую картину деградации почвенного покрова.

В результате проведенных работ для условий хозяйства были выделены следующие типы агроландшафтов: плакорно-равнинный, ложбинно-балочный, овражно-полевой, овражно-балочный и пойменный. Изучались плакорно-равнинный, ложбинно-балочный, овражно-полевой типы агроландшафта, которые занимают до 70 % площади хозяйства, в связи с чем, на них были проведены основные исследования по определению оптимальности соотношения земельных сельскохозяйственных угодий [3].

Плакорно-равнинный тип агроландшафта имеет площадь 23,2 га, из которых 20,36 га пашня, полезащитные лесные полосы занимают 1,4 га, под полевыми дорогами занято 1,44 га. Ложбинно-балочный тип агроландшафта при общей площади 23,5 га располагает 17,9 га пашни. Под дорогами занято 1,6 га. Лесные насаждения представлены полезащитной лесной полосой 0,48 га и двумя стокорегулирующими лесными полосами площадью 2,52 га. Овражно-полевой тип агроландшафта при общей площади 23,4 га в структуре сельскохозяйственных угодий пашня составляла 10,74 га, сенокосы и пастбища ? 4,6 га, лесные полосы ? 4,16 га. Площадь, занятая оврагами, ? 2,3 га, под полевыми дорогами ? 1,6 га.

С экологической точки зрения агроландшафты оцениваются как устойчивые и нестабильные. Большая распаханность территории и посев однолетних культур, не способных сдерживать эрозионные процессы, можно отнести к средоразрушаюшим факторам. Наоборот, снижают эрозию почвы и способствуют сохранению плодородия почвы многолетние травы и лесные насаждения, которые относят к средостабилизирующим факторам [5].

Полученные показатели использованы при исследованиях экологической устойчивости различных типов агроландшафтов (таблица 6).

Данные таблицы 6 показывают, что распаханность территории связана в первую очередь с особенностями рельефа, формами и уклонами поверхности почвы. Наибольшая распаханность (87,7 %) наблюдается на плакорно-равнинном типе агроландшафта с уклонами до 1° и снижается до 44,9 % на овражно-полевом агроландшафте с уклонами более 5°.

Таблица 6 - Основные показатели экологической устойчивости на различных типах агроландшафта

С увеличением распаханности территории возникает потребность в увеличении площади лесных насаждений. Защищенность территории лесными насаждениями (по В. М. Ивонину) - это выраженное в процентах отношение суммарной площади зон мелиоративного влияния лесных насаждений к общей площади территории, на которой они расположены. Защищенность считается полной при ее величине 100 %; достаточно полной - при 99-80 %; недостаточно полной - при 79-50 %; неполной - при 49-20 % и отсутствующей - менее 20 %. По этой градации плакорно-равнинный агроландшафт имеет полную защищенность, а овражно-полевой - недостаточную защищенность.

Важность лесных полос подтверждают наблюдения на ложбинно-балочном агроландшафте. Они показали, что, например, в 2006 году при глубине снежного покрова 16-22 см и промерзании почвы на 75-77 см перед снеготаянием на посевах озимой пшеницы масса смытой почвы талыми водами на склоне 1,5-2,0° составила 0,6 т/га и увеличилась до 7,1 т/га при крутизне склона 3,5-4,0°. Значительная часть смытой почвы задержана лесополосами и залуженным участком, занимающим днище ложбины. Представленная система мероприятий в виде лесных полос и залуженного участка в наиболее проблемной части агроландшафта существенно уменьшила смыв почвы при стоке талых вод. В то же время на подобном участке без лесных полос смыв почвы при крутизне склона 1,8° и удаленности от водораздела 180 м составил 3,1 т/га, а на склоне в 4,0є и удаленности в 390 м он возрос до 10,8 т/га [5].

Список использованных источников

1 Колганов, А. В. Принципы ландшафтно-экологического подхода к мелиорации земель / А. В. Колганов, В. Н. Щедрин, Г. А. Сенчуков [и др.] // Мелиорация и водное хозяйство. - 2000. - № 5. - С 12.

2 Щедрин, В. Н. Теория и практика альтернативных видов орошения черноземов юга Европейской территории России / В. Н. Щедрин, С. М. Васильев. - Новочеркасск: Лик, 2011. - 435 с.

3 Балакай, Н. И. Агроландшафты юга России и их классификация по типам / Н. И. Балакай, Г. Т. Балакай, Е. В. Полуэктов // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. науч. тр. / ФГНУ «РосНИИПМ». - Новочеркасск: Геликон, 2006. - Вып. 35. - С. 43-47.

4 Полуэктов, Е. В. Расчет оптимальной структуры сельскохозяйственных угодий на биоэнергетической основе [Электронный ресурс] / Е. В. Полуэктов, О. А. Игнатюк, Н. И. Балакай // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2011. - № 4(04). - 11 с. - Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=57&id=61.

5 Балакай, Н. И. Определение рационального соотношения орошаемых и богарных сельхозугодий на разных агроландшафтах юга России / Н. И. Балакай, Г. Т. Балакай // Мелиорация и водное хозяйство. - 2010. - № 6. - С. 39-41.

Полуэктов Евгений Валерьянович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), профессор.

Контактный телефон: 8-960-456-21-01.

E-mail: rekngma@magnet.ru

Игнатюк Ольга Александровна - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), аспирант.

Contact telephone number: 8-911-961-84-89.

E-mail: rekngma@magnet.ru

Балакай Георгий Трифонович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (ФГБНУ «РосНИИПМ»), заместитель директора.

Контактный телефон: 8 903 402 47 80.

E-mail: rosniipm@yandex.ru

Балакай Наталья Ивановна - кандидат сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (ФГБНУ «РосНИИПМ»), старший научный сотрудник.

Контактный телефон: 8-905-426-78-31.

E-mail: rosniipm@yandex.ru

Размещено на Allbest.ru