Защита почв от эрозиии

Часто отбор проб на твердый сток во время весеннего снеготаяния проводится 2–3 раза в сутки. Исследования В.В. Жилко и Н.Я. Хох, проведенные в Белоруссии, показали, что в период снеготаяния результаты учета в большой мере зависят от времени и частоты отбора проб твердого стока со стоковых площадок. Во время активного весеннего снеготаяния отбирать пробы на твердый сток следует ежечасно, а иногда и через 15–20 мин.

Особенно необходим частый отбор проб на мутность при выпадении ливней, когда твердый сток характеризуется большой пульсацией, связанной с частым изменением интенсивности выпадения осадков. В ливневых районах с очень большим твердым стоком происходит чрезвычайно быстрое заиление мерного бака, осложняющее нормальную эксплуатацию стокоприемного оборудования и существенно искажающее динамику смыва почвы в период выпадения ливня.

На малых стоковых площадках устанавливают один резервуар для приема всего стока. Для страховки иногда устраивают второй запасной резервуар. Часто строят резервуары, в которые поступает 1/3, 1/5 или 1/7 часть стока. Для больших стоковых площадок, особенно в районах с большим склоновым стоком, устанавливают специальное стокоприемное оборудование.

В Молдавском институте почвоведения и агрохимии им. Н. А. Димо на длинных стоковых площадках применялось стокоучетное оборудование, разработанное В. М. Сахаровым (1974), основанное на отделении 1/11 или 1/121 части жидкого и твердого стока (рис. 11). Стокоприемное оборудование состоит из направляющего лотка с люком в верхней части для осмотра и очистки, стокоприемного резервуара-делителя, у оголовка которого впаян делитель потока, через который 1/11 часть его отводится во второй делитель.

Остальные 10/11 частей потока сбрасываются в траншею; 1/11 второго резервуара-делителя направляется в стокоприемник. В результате двойного деления получают 1/121 часть стока. Под баками-делителями уложена дрена для сбора фильтрующейся воды и отвода ее в траншею. Пробы на мутность потока отбираются в стеклянные цилиндры в пятикратной повторности.

159

Разработанное в Молдавии стокоучетное оборудование для стоковых площадок применяется и в других республиках. Например, им пользуются при изучении смыва почвы в Предкарпатье ученые Львовского университета (рисунок 12).

Рис. 11 Схема установки стокоучетного оборудования с двойным отделением стока

1 – направляющий лоток, 2 – стокоприемник-делитель, 3 – выводной сектор, 4 – стокоприемник-делитель, 5 – стокоприемный резервуар

Рис. 12. Комплект стокоприемного оборудования, применявшийся в Львовском университете

Следует отметить, что при работе со стокоучетным оборудованием не исключена возможность появления ошибки, связанной с неравномерным осаждением наносов и попаданием растительных остатков, затрудняющих строгое отделение 1/11 части стока.

160

Кроме того, для точного отделения части стока перего- родки-делители должны быть жесткими, стокоприемникделитель должен быть установлен очень точно без уклона в ту или иную сторону. Перед исследователем стоит задача дальнейшего совершенствования стокоучетного оборудования, обеспечивающего точное отделение части стока.

Похожее на описанное стокоприемное оборудование применяется в Болгарии. Измерительное устройство состоит из отстойника, редуктора (делителя) или системы редукторов и сосуда, отделенного редукторами, для сбора стока. В зависимости от размера стоковых площадок объем отстойников от 0,5 до 3 м 3 (отстойник предназначен для пропускания в редукторы только воды и взвешеных в ней почвенных частиц; комки почвы, щебенка задерживаются в отстойнике). Из отстойников сток поступает в редукторы. Их функционирование основано на принципе прохождения жидкости через систему водосливов с одинаковым сечением. Каждый из редукторов отделяет 1/4 часть стока. Завершается стокоприемное оборудование приемником для сбора отделенного стока.

Не всегда необходимо строить длинные стоковые площадки. В ряде случаев площадки могут быть небольшого размера. Так, для учета смыва почвы со ступенчатых террас площадки могут иметь длину, равную ширине террас (например, 5-10 м), а для учета смыва почвы с участков между двумя гребневидными террасами – 20-40 м. На таких площадках весь сток и вся смытая почва принимаются в один резервуар или в два, соединенных между собой желобом.

В Проблемной лаборатории эрозии почв и русловых процессов Московского университета группой научных сотрудников разработано приспособление для автоматического отделения части стока, которое включает стокоприемный лоток, делитель стока с пробоотборником и самописец уровня «Валдай». Система позволяет фиксировать изменение интенсивности стока во времени и автоматически отбирать пробы на мутность. Преимущество данной системы состоит в синхронной фиксации мутности и стока, а также в автоматическом режиме работы за счет энергии самого стока.

161

Сотрудниками факультета почвоведения Московского университета на опорном пункте Валдайской гидрологической лаборатории были оборудованы две опытные площадки с водоприемными лотками для перехвата поверхностного стока. Количество поступающей воды учитывалось качалками с одиночными качающимися ковшами емкостью 5 л с коромыслами и противовесом. Опрокидывание ковша вызывает замыкание электрических контактов. Количество опрокидываний фиксируется самописцем и механическим счетчиком, а интервал между опрокидываниями – радиосигналами, передаваемыми на пункт наблюдения. Дальность действия радиосвязи – 5 км. Самописец регистрирует также динамику поступления воды.

С помощью описанной системы производится учет весеннего и ливневого стока. В летний период система включается от датчика ливневых осадков, установленного на опытных площадках. Установка испытывалась с 1978 г. Основные достоинства аппаратуры по учету и регистрации расходов и объемов поверхностного стока – достаточная точность в учете объемов стока, определении начального и конечного моментов прохождения стока и регистрации на ленте самописца всех изменений интенсивности его прохождения. Ошибка между измерениями объемным методом и с помощью описанной установки составляет 7-12% суммарной величины объема суточного стока.

Работы по автоматизации отбора проб на мутность ведутся и в Болгарии. Для отбора проб на мутность применяют пробоотборник типа Кашатан. Это колесо, к поверхности которого лучеобразно прикреплены выгнутые железные ребра, приводящие колесо во вращение под действием падающей с желоба струи воды. При каждом повороте колеса радиальное отверстие, сделанное на его поверхности, отделяет пробу стока, которая поступает в отдельный сосуд. Этот пробоотборник дает удовлетворительные результаты при большом стоке. На малых стоковых площадках в Болгарии используется другой автоматический аппарат для отбора проб. В отличие от пробоотборника Кашатана в этом аппарате вращательное движение осуществляется не падающей струей, а прямоточным микроэлектродвигателем и автоматическим устройством, включающим автомат только во вре-

162

мя дождя. Такой пробоотборник применим и для больших стоковых площадок.

Пробоотборник типа Кашатан применяется и в Чехословакии для определения смыва почвы, количества и качества воды, стекающей с больших обрабатываемых современной сельскохозяйственной техникой площадей. Как показали двухлетние испытания прибора, он надежен в эксплуатации, позволяет регулировать забор проб при различной интенсивности дождя.

На стоковых площадках с помощью дождевальных агрегатов может проводиться моделирование стока, вызываемого дождевыми осадками, а также моделирование эрозии от стока талых вод. В последнем случае на площадках создается снежный покров различной мощности и плотности, а также различные варианты промерзания, увлажнения и рыхлости почв.

На стоковых площадках, расположенных на какой-либо части водосборного бассейна, данные по стоку и смыву не отражают процесса формирования стока и смыва на всем водосборе. Поэтому наблюдения на стоковых площадках желательно сопровождать одновременным изучением стока и эрозии на всем водосборном бассейне лощины или балки путем замера по водосливу общего стока и отбора проб на мутность. Для выявления интенсивности эрозии очень важен частый отбор проб для определения твердого стока.

Вотличие от стоковых площадок твердый сток на малых водосборах (например, балки) может быть результатом проявления поверхностной и линейной эрозии. Определение интенсивности эрозии этим методом может дать явно заниженные показатели по сравнению с действительным проявлением эрозии на склонах водосборного бассейна, так как часть смытой почвы не достигает места, где установлен водослив, и откладывается в виде наносов у подножий склонов, а также по днищам ложбин, лощин и балок выше створа, где отбираются пробы на мутность стока.

ВМолдавии для изучения эффективности комплекса противоэрозионных мероприятий на одном из водосборных бассейнов площадью 59 га в устье балки построили стокоучетный створ. Для непрерывного автоматического отбора проб на мутность, а также для контроля записи общего стока воды самописцем «Валдай» была разработана система делителей стока, непрерывно отби-

163

рающая часть твердого и жидкого стока. Система делителей состоит из трех основных частей: приемного делительного лотка, среднего делителя, малого делителя. В систему деления входит также приемник, отводной канал и водосборный резервуар.

При вычислении коэффициента стока и интенсивности смыва почвы в горных районах необходимо учитывать реальную площадь склонов, а не ее проекцию на горизонтальную плоскость.

Для получения обоснованных выводов о закономерностях проявления эрозии на элементарных склонах и водосборных бассейнах необходим длительный ряд наблюдений – не менее 22-25 лет, что в среднем соответствует двум циклам максимальной солнечной активности. Результаты краткосрочных наблюдений могут привести к ошибочным выводам.

164

ТЕМА №3

ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ЭРОЗИИ.

Для оценки и картографирования интенсивности смыва почвы за весь период сельскохозяйственного использования земель Н. К. Шикула, А. Г. Рожков и П. С. Трегубов рекомендуют следующую методику: на почвенно-эрозионных картах по каждому типу почв выделяются контуры с почвами разной степени смытости. Для каждого типа почв по литературным данным или по материалам полевого обследования определяется мощность гумусовых горизонтов несмытых почв. Для каждого почвенного контура со слабо-, средне-, сильносмытыми почвами по материалам полевого обследования смытых почв и по сопоставлению их с нормально развитыми (несмытыми) почвами определяется мощность смытого слоя (в миллиметрах). По архивным данным устанавливаются сроки сельскохозяйственного освоения (в годах). При отсутствии таких сведений допускается приближенное определение срока освоенности, одинаковое для всего района и области.

По найденным значениям мощности смытого слоя почвы Н и количеству лет Кл, для каждого контура рассчитывается ин-

тенсивность эрозии – среднегодовая потеря слоя почвы Иэ в

миллиметрах: Иэ = Н/Кл.

Средняя интенсивность смыва почв за многолетний период может быть установлена по сопоставлению данных уменьшения за ряд лет мощности гумусового горизонта. Таким путем можно вычислить среднюю интенсивность смыва почвы за 10-20-летний период вновь освоенных склоновых земель или за период между двумя почвенными съемками на старообрабатываемых склонах. Так, если за двадцатилетний период мощность гумусового горизонта уменьшилась на 5 см, то, следовательно, среднегодовой смыв почвы составлял примерно 30 т/га.

165

Прогнозирование водной эрозии почв

Теоретические и прикладные аспекты

Среди почвоведов-эрозиоведов и других специалистов, занятых исследованиями процессов водной эрозии почв и разработками почвозащитных приемов, не найдется, пожалуй, более актуальной проблемы, чем прогнозирование ее интенсивности. Основанное на раскрытии сущности и закономерностей явления прогнозирование выступает ведущим и определяющим критерием в разработке комплекса противоэрозионных мероприятий – важным условием повышения плодородия почв на пахотных склонах.

Схематическое представление о развитии водной эрозии земной поверхности приведено в таблице 24. В конкретном регионе она обусловлена поверхностным стоком талых, ливневых, ирригационных, пойменно-аллювиальных и русловых вод в отдельности или же в их различном сочетании. В ЦентральноЧерноземных областях (ЦЧО), например, основная доля склоновой эрозии (~85%) вызвана поверхностным стоком талых вод; остальная часть приходится на долю ливневой эрозии и смещения почвенной массы вниз по склону (механическая эрозия). В целом по стране доминирует склоновая эрозия, вызванная поверхностным стоком талых вод и частично ливневых, а также вариантами их различных сочетаний. Донная эрозия носит сугубо локальный и более ограниченный характер, а ирригационная

– результат несовершенных систем и способов полива. Особой разновидностью является овражная эрозия, характерными признаками которой служат наличие в вершине оврага резкого перепада высот, подмыв и размыв основания почвогрунтов, сопровождающихся локальными просадочными явлениями, что приводит к обвалам и разрушению поверхностных слоев почвы.

С возрастанием интенсивности эрозионных и аккумулятивных процессов резко снижается продуктивность сельскохозяйственных земель, поэтому суждения о природном равновесии между эрозией и аккумуляцией [Скоморохов, 1984] не могут быть основанием для самоуспокоенности и ревизии сложившихся подходов к защите почв от эрозии и повышения их плодородия на основе организационно-хозяйственных, агротехни-

166

ческих, фито- и гидротехнических мероприятий. Борьба с эрозией почв – это одновременно и борьба за накопление и продуктивное использование влаги, борьба с засухой, борьба за высокие и устойчивые урожаи.

Табл. 25. Условия формирования и развития водной эрозии земной поверхности

167

Прогнозирование водной эрозии складывается из нескольких этапов. На первом этапе отрабатывается теоретическая модель процесса, на втором – нормативные показатели ее составляющих, на третьем – ее апробация применительно к среднемноголетним показателям эрозии в природных условиях, на четвертом – отрабатываются значения основных параметров к заданному уровню вероятности действующего фактора (воды), на последнем этапе завершается ее проверка в естественных условиях при заданных уровнях вероятности. Исследования по прогнозированию эрозии на сегодняшний день соответствуют третьему этапу. На данном этапе как никогда ранее возникает необходимость детального анализа методических подходов, чтобы полнее оценить достигнутое и определить пути дальнейшего научного поиска.

Зависимость интенсивности склоновой эрозии (Iэ) от основных факторов хорошо известна и определяется совокупной функцией гидрометеорологического (G), геоморфологического (Н), почвенного (Р), растительного ( R ) и антропогенного (A) факторов, т. е.

Iэ = f(G, H, P, R, A).

168