Содержание к диссертации
Введение
Сущность и состояние изученности проблемы 8
Развитие деградационных процессов почвы, причины их возникновения и распространения в Заволжье
Особенности противоэрозионных мероприятий на орошаемых землях
Состояние изученности почвозащитных технологий основной обработки почвы при орошении 40
Содержание работы, методы исследования и условия проведения опытов
Особенности и содержание исследований 59
Методологические аспекты изучения проблемы 62
Агрометеорологические и почвенные условия региона и объектов исследования 67
Влияние способов основной обработки на факторы плодородия почвы и урожая
Твёрдость и плотность почвы 78
Структура почвы, сложение пахотного слоя 86
Водный режим почвы и суммарное водопотребление 93
Пищевой режим почвы и вынос элементов с урожаем 99
Засоренность посевов 107
Рост и развитие растений, динамика нарастания биомассы 111
Урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность использования влаги 117
Почвозащитные функции различных способов основной обработки почвы
Особенности основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота
Устойчивость почвы к развитию деградационных процессов 127
Содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов в зави симости от способа основной обработки почвы 135
Агроэкологическая, экономическая и энергетическая оценка изучаемых способов основной обработки почвы
Методика оценки полученных результатов 139
Агроэкологические аспекты почвозащитных технологий 143
Экономическая и энергетическая эффективность почвозащитных технологий основной обработки орошаемых почв 148
Общие выводы 15 7
Предложения производству 160
Список использованных источников 161
Приложения
- Особенности противоэрозионных мероприятий на орошаемых землях
- Методологические аспекты изучения проблемы
- Структура почвы, сложение пахотного слоя
- Устойчивость почвы к развитию деградационных процессов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Орошение является важнейшим компонентом рационального ведения сельскохозяйственного производства в засушливых районах Саратовского Заволжья. Однако орошение земель почти повсеместно сопровождается деградацией почвенного покрова: снижением содержания гумуса, ухудшением водно-физических свойств. Стали прогрессировать такие формы изменения свойств почвы, как переуплотнение, снижение водопроницаемости, рост потерь влаги за счёт стока, снижение водоустойчивости структуры почвы. Это объясняется несовершенством основной обработки орошаемых почв, нарушением севооборотов, что ведёт к коренному изменению экологической устойчивости агроландшафтов, снижению почвенного плодородия и продуктивности сельскохозяйственного производства.
Земледелие должно быть почвозащитным на основе адаптивной системы основной обработки почвы, научно-обоснованных севооборотов, предупреждающих развитие деградационных процессов и сохраняющих благоприятную экологическую обстановку.
Среди ряда факторов, которые способствуют деградации орошаемых почв каштановой зоны находится традиционная (отвальная) вспашка, механически перенесенная с богарных условий и создающая причины для разрушения почвенной структуры и ухудшения водно-физических свойств почв.
В последнее время в ряде регионов страны осваивается почвозащитная система обработки почвы. Суть ее в том, что на поверхности почвы оставляется стерня и другие растительные остатки.
Однако состояние изученности почвозащитных технологий основной обработки почвы при орошении в сухостепной зоне Саратовского Заволжья недостаточное. Нет вполне установившихся выводов о способах и глубине основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота для почв каштанового ряда. Это вызывает необходимость поиска направлений разработки системы ресурсосбережения и повышения экологической безопасности орошаемых
почв. Решению этой актуальной задачи и посвящена настоящая диссертационная работа.
Цель исследований - разработка агроэкологических основ почвозащитных технологий основной обработки орошаемых тёмно-каштановых почв Саратовского Заволжья.
Для достижения цели решались следующие задачи:
провести комплексную сравнительную оценку различных способов основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота;
выявить воздействие различных способов основной обработки на агрономически ценную и водопрочную структуру почвы;
определить особенности водопотребления культур и эффективность использования оросительной воды в зависимости от способов основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота;
изучить влияние различных способов основной обработки на фитосани-тарное состояние посевов и продуктивность сельскохозяйственных культур звена орошаемого севооборота.
Достоверность научных результатов подтверждается использованием современных методов исследований, апробированных методик, статистической обработкой полученных результатов с применением математических методов статистического анализа, большим количеством проведенных наблюдений и анализов, широкой апробацией результатов исследований на научно-практических конференциях.
Научная новизна работы. Для условий орошения тёмно-каштановых почв Саратовского Заволжья:
- установлена степень влияния способов основной обработки почвы на
содержание агрономически ценных почвенных агрегатов;
определено влияние способов основной обработки почвы на водный, пищевой режим тёмно-каштановой почвы, водопотребление и урожай с.-х. культур в звене орошаемого севооборота;
разработаны агроэкологические основы почвозащитных технологий основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота.
Практическая значимость работы. Разработанная агроэкологическая почвозащитная технология основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота позволяет достичь высокой биологической продуктивности высеваемых культур до 5 т к.е. с гектара, снизить темпы падения содержания гумуса и предотвратить ухудшение структуры пахотного слоя.
Реализация результатов исследований. Разработанная система основной обработки почвы внедрена в опытно-производственном хозяйстве ФГНУ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского и ЗАО АФ «Волга» Марксовского районов на общей площади 300 га. Условный чистый доход составил 5,23 тыс. руб. с 1 га, уровень рентабельности - 183,5%. Экономический эффект со всей площади внедрения почвозащитной ресурсосберегающей технологии основной обработки почв получен в размере 1670,0 тыс. руб. При этом отмечается стабилизация уровня плодородия орошаемых почв.
Основные положения, выносимые на защиту:
Система почвозащитной технологии основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота;
Характер влияния различных способов основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота на водопотребление и водно-физические свойства темно-каштановой почвы;
Особенности процесса формирования агробиоценозов в звене орошаемого севооборота и его продуктивности.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на Международных научно-практических конференциях: «Экономические механизмы реализации национального проекта «Развитие АПК» на региональном уровне» (Саратов, 2006 г.), «Экологические проблемы мелиорации земель» (Коломна, 2007 г.); Научно-практических конференциях «Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования» (Москва, 2007 г.); «Технические, технологические и экологические проблемы орошения земель Поволжья» (Энгельс, 2006 г.). Результаты работ докладывались на заседаниях Учёного совета ФГНУ «ВолжНИИГиМ» в 1999-2002 гг., а так же на выездных семинарах-совещаниях для специалистов хозяйств Саратовской области с демонстрацией полевых опытов.
Публикации. По теме диссертации соискателем опубликовано 7 печатных работ объёмом 1,8 печ. л., в том числе 1,3 печ. л. принадлежит лично авто-
РУ-
Данная диссертационная работа выполнена на основе научно-исследовательских работ, проведенных автором в рамках тематических планов ФГНУ «ВолжНИИГиМ» в 1999 - 2001 гг.
Использованы также некоторые материалы Приволжгипроводхоза, Ги-прозема, опытно-производственных хозяйств Саратовской области и других организаций и ведомств. Все они были обобщены соответственно поставленной цели.
Особенности противоэрозионных мероприятий на орошаемых землях
Для оценки тех или иных почвозащитных приёмов необходим объективный критерий допустимых потерь почвы, которые восстанавливались бы в ходе почвообразовательного процесса. По обобщённым данным, скорость естественного почвообразовательного процесса для чернозёмов составляет 0,28 мм, а для каштановых почв - 0,36 мм в год. Эти показатели и являются предельно допустимыми величинами эрозии. Если сопоставить их с фактическими потерями, то будет видно, какой колоссальный вред наносит эрозия сельскохозяйственному производству.
Принимая во внимание, что потери пахотного слоя почвы в результате водной и ветровой эрозии во многих областях европейской части Российской Федерации значительно превосходят величины допустимого (безвредного) сноса, вся система ведения сельского хозяйства должна быть почвозащитной. Прежде всего, требования защиты почв от водной и ветровой эрозии важно учитывать при разработке системы обработки почвы во всех зонах Российской Федерации с тем, чтобы максимально уменьшить смыв почвы, как в богарных условиях, так и при орошении. Это достигается за счёт повышения водопроницаемости и влагоёмкости почвы, создания на полях временных ёмкостей для задержания сразу не впитавшихся в почву осадков, уменьшения распыления почвы при обработке и улучшения почвенной структуры (А.И. Воейков, 1889; П.К. Грацианов, 1921; Н.М. Бакаев, С.Н. Попков, 1971; А.Н. Каштанов, 1974; А.И. Бараев, 1975) [10,12,31,45,84].
Многолетний опыт мирового земледелия свидетельствует о том, что наиболее радикальным средством защиты почв, как от ветровой, так и от водной эрозии является растительность. Чем лучше развивается растение и больше аккумулирует свет и энергию солнца, пищу и влагу, тем значительнее его биологическое воздействие на закрепление почв от разрушительных процессов. Поэтому противоэрозионные приёмы обработки должны способствовать улучшению структуры почвы, её водно-физических свойств, воспроизводству почвенного плодородия (Н.А. Качинский, 1965; A.M. Лыков, И.П. Макаров, А.Я. Рассадин, 1982; М.П. Колтун, 1986; М.С. Кузнецов, В.Я. Григорьев, К.Ю. Хан, 1990; В.Г. Мамонтов, 1990) [81,92,103,108,111].
Одна из главных задач приёмов обработки почвы в районах недостаточного увлажнения - максимальное использование выпадающих осадков и снижение стока, оптимизация поливного режимам, а в зоне орошаемого земледелия - безопасный сброс воды и предупреждения ирригационной эрозии.
Поскольку во многих районах ветровая и водная эрозия проявляется одновременно, система противоэрозионной обработки почвы должна носить комплексный характер, то есть обеспечивать защиту почв в разной степени как от той, так и от другой эрозии. Причём очень важно сочетать систему обработки почвы с другими элементами почвозащитного земледелия (В.Ф. Мальцев, 1993; Б.С. Маслов, А.В. Колганов, Г.Г. Гулюк, Е.П. Гусёнков, 2002) [100,116].
Наиболее простым, эффективным и доступным приёмом борьбы с водной эрозией является вспашка поперёк склонов. При поперечной вспашке каждая борозда и гребень пашни препятствует стоку вод.
Высокая эффективность вспашки поперёк склона выявлена на чернозёмах. Смыв почвы на вариантах со вспашкой поперёк склона в среднем за три года снизился здесь на 106 т/га, а урожайность озимой ржи повысилась на 2 ц/га, яровой пшеницы - на 5,2 ц/га, овса - на 1,5 ц/га по сравнению со вспашкой вдоль склона. В исследованиях Почвенного института им. В.В. Докучаева, вследствие поперечной вспашки смыв почвы снизился на 21,4 м/га, резко уменьшился сток воды, за счёт чего запасы влаги в метровом слое почвы выросли на 15 мм, а урожайность зерновых культур на 2 ц/га.
По обобщённым многолетним данным, вспашка поперёк склонов на всех типах почв обеспечивала уменьшение стока воды на 5-6 мм по сравнению с продольной, а смыв почв - в 1,5-2 раза (ГЛ. Сурмач, 1992) [179].
На склонах, крутизной 2,5-3 поперечную вспашку важно сочетать с применением специальных водозадерживающих приёмов. Одним из них является вспашка плугом с удлиненным отвалом, который выбрасывает пласт на предыдущие, образуя на вспаханной площади валики высотой 16-20 см. Такая вспашка на уклонах 1-1,5 препятствует образованию концентрированного стока вдоль опушек и увеличивает запасы влаги в метровом слое почвы вдали от полос на 30-60 мм.
Вспашка плугом с удлиненным отвалом по сравнению с обычной задер-живает дополнительно 200-250 м7га воды. Необходимо отметить, что этот приём можно с успехом применять только на ровных и односкатных склонах. Он не приемлем для сложных склонов.
В последние годы на односторонних склонах до 5 проводят комбинированную вспашку поперёк склона четырёхкорпусным плугом, у которого второй и четвёртый корпуса оставляют с обычными отвалами, а у первого и третьего корпусов отвалы заменяют укороченными. Последние рыхлят почву, не оборачивая её. В результате прохода такого агрегата образуются две борозды и два валика, что заметно снижает смыв почвы, увеличивает накопление влаги за счёт зимних и весенних осадков и обеспечивает довольно устойчивую прибавку урожая сельскохозяйственных культур (П.К. Грацианов, 1921; П.К. Иванов, 1967; ЕЛ. Нетбайло, И.И. Ушаков, 1989; В.Т. Канцалиев, 1993) [45, 70, 77,138].
Исследованиями выявлена положительная роль ступенчатой вспашки, сущность которой заключается в том, что второй и четвёртый корпуса пашут на обычную глубину, а первый и третий на 12- 15 см глубже. Благодаря созданию ступенчатого дна борозды затрудняется внутрипочвенный сток воды. В том случае, когда с первого и третьего корпусов снимают отвалы, вспашка получается комбинированно-ступенчатой (И.Ф. Пронин, И.А. Чуданов, Д.И. Буров, 1973; В.И. Кафарена, 1975; П.П. Колмаков, A.M. Нестеренко, 1981; Л.И. Коробова, 1981; В.П. Волынская, А.И. Шатрыкин, Ю.И. Ковалев, 1991; [33, 79, 91, 96,156].
Методологические аспекты изучения проблемы
Системный подход - общенаучный логико-методологический метод, неразрывно связанный с современным представлением об уровнях организации полевого эксперимента. Известно, что интерактивной величиной взаимодействия и функции отдельных компонентов биогеоценоза является биологическая продукция - урожай [59,94,124,127,221,224]. Исследования фактора регулируемости предопределяет развитие теории управления экологической системой агробиоценоза и процессами формирования его продуктивности. Все компоненты агробиоценоза, включая структурные элементы продуктивности, технологические приёмы могут быть систематизированы на основе данных полевого опыта [26, 58, 74, 82, 83, 121, 128, 130, 133, 158,161,192].
Основная нагрузка при решении теоретических и практических вопросов означенной проблемы должна ложиться на исследования в севооборотах или в их звеньях. В стационарных полевых опытах преимущественное внимание было уделено изучению технологических процессов основной обработки почвы и физиологическим особенностям культурных растений на фоне пищевого и водного режимов почвы. Опыты проводились на полях ОПХ «ВолжНИИГиМ» в период 1999 -2001 гг. на темно- каштановых почвах в звене освоенного орошаемого севооборота со следующим чередованием культур: 1. Вика + овес. 2. Озимая пшеница. 3. Кукуруза на силос. Схема опыта по изучению способов основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота приведена в таблице 9. Для основной обработки почвы применялись следующие орудия: - для отвальной вспашки - плуг ПЛН-4-35 на ДТ-75; - плоскорезной обработки - плоскорез-глубокорыхлитель КПГ-2,5; -дискования- БДТ-3.0. Схемы опыта по основной обработке почвы изучены на следующем фоне минерального питания. Вносились рекомендуемые дозы минеральных удобрений: - под кормосмесь (вика+овёс) - NnoPgoKso; - под озимую пшеницу - N70P90K60 + N5o - весной в подкормку; - под кукурузу -NnoPpoKeo.
Поливы на посевах кормосмеси проводили при предпосевной влажности почвы 70-80-70 %НВ. Вегетационный период озимой пшеницы условно делится на три периода: первый - от весеннего кущения до трубкования; второй - от трубкования до колошения; третий - от колошения до восковой и полной спелости. Поливы проводились при 70-80-60 % НВ в соответствии с означенными периодами роста и развития растений. Поливы кукурузы на силос проводились с учётом трёх периодов роста и развития этой культуры: первый - от первых всходов до выбрасывания метелок, влажность почвы поддерживалась на уровне 70 % НВ; второй - от выбрасывания метелок до молочной спелости - 80 % НВ; третий - от молочной спелости до полной спелости - 60 % НВ.
Поливы проводились дождевальной машиной ДДА-ЮОМ. Площадь опытных делянок по способам обработки почвы - 2500 м2, по-вторность- 3-х кратная. Полевые опыты сопровождались сопутствующими исследованиями и наблюдениями, которые проводились с соблюдением методики опытного дела. (Б. А. Доспехов, 1985) [58]. Наименьшая влагоёмкость (НВ) - принята по данным более ранних исследований, определялась методом заливных площадок. Сроки - весной перед посевом до глубины 2,0 м; Влажность почвы определялась термовесовым способом по горизонтам путём отбора почвенных проб до глубины 1 м весной и до 2 м осенью через каждые 10 см в 3-х кратной повторности опыта на трех динамических площадках, в двух точках на каждой (по А.Н. Роде, 1960). Сроки: весной перед поливом, и осенью после уборки культур; начальные и конечные влагозапасы в 2-х метровом слое; поливная вода учитывалась по числу проходов дождевального аппарата, количество подаваемой агрегатом на поле воды за один проход определялось с помощью водомерных-сосудов; Суммарное водопотребление определяли методом водного баланса по методике СМ. Алпатьева (1960) по уравнению А.А. Костякова (1960) [99]. Водопроницаемость почвы определяли методом залива площадок 125x35 см по СВ. Астапову (1958). Сроки: осенью после основной обработки почвы и весной перед посевом культур по вариантам опыта.
Твёрдость почвы - весной перед посевом и осенью перед уборкой измеряется твердомером Н.А. Каминского [80, 81] по слоям 0-10,10- 20, 20-30 см; Плотность почвы находили путём отбора почвенных образцов в естественном сложении с ненарушенным строением методом режущего кольца буром Н.А. Качинского [80, 81]на глубину пахотного слоя через каждые 10 см в 3-х кратной повторности;
Структура почвы определялась по Н.Н. Саввинову сухим и мокрым просеиванием. Выделяют агрегаты: большие 10 мм, 10-1 мм, 1-0,25 мм и менее 0,25 мм. Сроки: после обработки весной перед посевом и перед уборкой с.-х. культур по слоям 0-5,5-Ю, 10-15,15-20 см.
Содержание доступных растениям форм N, Р, К определялось в слое почвы 0-30 см. При изучении динамики питательных веществ в почве определение подвижных соединений азота, калия и фосфора проводили по Е.В. Аринушки-ной. Почвенные образцы на N, Р, К отбирались через 7 дней; фосфор и калий определялись по указанным срокам до колошения, позже - в начале каждой фазы. Доступный азот (аммиачный и нитратный) определялся в свежей почве: аммиачный - колориметрически с реактивом Несслера, нитратный - с дисуль-фофеноловой кислотой. Определение обменного и водно-растворимого калия (К20) и подвижного фосфора (Р2О5) в воздушно-сухой почве проводили по Б.П. Мачигину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205-84, гумуса - по методу И.В. Тюрина (1965) в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-84.
На опытных делянках в соответствии с методическими указаниями по проведению полевого опыта проводились биометрические наблюдения по основным фазам роста и развития сельскохозяйственных культур.
Фенологические наблюдения отмечали визуально: начало (10 %) и полное наступление фазы (75 %) развития растений в календарные сроки. На зерновых учет густоты стояния растений и засоренность посевов производился при помощи линейной метровки (142 см) в 10-ти кратной повторности.
Структура почвы, сложение пахотного слоя
Роль структуры почвы и создании водного, воздушного и питательного режимов, благоприятных для возделываемых сельскохозяйственных культур, весьма существенна. Оструктуренная почва легче обрабатывается, лучше впитывает талые воды и атмосферные осадки, меньше подвергается разрушительному действие ветра. Структурное состояние придает почве рыхлость, способствующую лучшему развитию и проникновение в почву корневой системы культурных растений.
Проблема почвенной структуры издавна привлекала внимание многих отечественных и зарубежных ученых. Некоторые из них придавали структуре универсальное значение, говорили о её ведущей и решающей роли в повышении почвенного плодородия.
Так, академик В.Р. Вильяме [29, 36] отводил основную роль структуре в создании всех необходимых условий для роста и развития растений. Структурной почвой он называл ту, которая имеет в своем составе 65-70% агрегатов размером 0,25-10 мм. Ведущим фактором в образовании таких агрегатов он считал многолетние травы.
Однако, как показали более поздние исследования [23, 26, 78, 95, 100, 163,186], положительное значение для улучшения водных свойств почвы могут иметь и агрегаты размером 0,25-3 мм. Доказано что и однолетние растения при определенных условиях могут обогащать почву органическими веществами, создавать и улучшать структуру почвы и повышать ее эффективное плодородие [47,123,147,149,186].
Известно, что в формировании структуры почвы принимают участие разнообразные вещества, образующиеся при разложении органических остатков. По мере накопления в пахотном слое органических веществ и в их составе гу-миновых кислот, растет процентное содержание водопрочных агрегатов размером 0,25 мм [104].
Каштановые почвы Заволжья содержат не много органического вещества, поэтому они имеют весьма непрочную структуру (прил. 2), склонны к заплыва-нию, образованию корки, обладают плохой водопроницаемостью и сильной испаряющей способностью [33]. Такая почва легко разрушается и выдувается ветром, особенно на полях без растительного покрова или пожнивных остатков. Поэтому применение агротехнических приемов, способствующих предохранению почвы от разрушения и восстановлению ее структуры, является здесь весьма важной задачей сельхозпроизводства.
В связи с опасностью развития ветровой эрозии и применением для предотвращения ее новых плоскорежущих орудий, возникла необходимость изучить ветроустойчивость поверхности почвы при различных способах основной ее обработки.
На основании исследований, проведенных отделом агропочвоведения ВНИИЗХ, установлено, что почвенные агрегаты крупнее 1 мм противостоят разрушительной силе ветра и воды, и поэтому относятся к почвозащитным, а менее 1 мм - к эрозионно-опасным. Устойчивость почвы к ветровой эрозии выражается весовым соотношением таких агрегатов как 1:1 [26, 49, 84]. Если же агрегаты диаметром более 1 мм составляют менее 50% от веса почвы, то она не может противостоять разрушению ветра и воды и начинает деградировать.
По степени распылённости пахотный слой неоднороден: верхний слой (0-10 см) под воздействием многократных механических обработок и больших колебаний погодных факторов (температура, влажность) больше распыляется; нижние слои реже подвергаются механическому воздействию, в них затухают колебания температуры и влажности, поэтому здесь, как правило, больше содержится агрегатов различной величины.
Структура почвы в наших опытах определялась по слоям: 0-10; 10-20 см на первых культурах звена орошаемого севооборота - вике + овёс и в конце ротации звена - на кукурузе. Монолиты для анализа отбирались после уборки культур до основной обработки. Метод определения - сухое просеивание.
По данным таблицы 19 видно, что при ежегодной (в течение трёх лет) отвальной вспашке на 25-27 см и дисковании в верхнем слое (0-10 см) количество агрегатов крупнее 1 мм находилось ниже порога ветроустойчивости (42,4 и 43,9%), на плоскорезной обработке - выше (46,3%).
К концу вегетации под влиянием длительной отвальной вспашки произошло перераспределение слоев почвы, в результате чего изменилось процентное содержание агрегатов крупнее 1 мм. При обработке почвы отвальным плугом на поверхность извлекаются более крупные фракции, под воздействием ежегодных поверхностных обработок (боронование, дискование) большая часть их разрушается, но всё же к концу ротации, содержание агрегатов крупнее 1 мм в верхнем слое несколько увеличивается.
При обработке почвы плоскорежущими орудиями крупные фракции в местах прохода стоек рабочих органов поднимаются из нижележащих горизонтов на поверхность. Кроме того, при плоскорезной обработке ряд операций, способствующих разрушению почвенных агрегатов, совмещаются в одну. Содержание почвозащитных агрегатов при длительной обработке на 25-27 см в слое 10-20 см увеличилось на 4,1 % к концу ротации. Ежегодная неглубокая плоскорезная обработка ведёт к распылению верхнего слоя. К концу ротации звена севооборота содержание агрегатов крупнее 1 мм в горизонте 0-10 см уменьшилось на 1,1 %.
Таким образом, при длительной отвальной вспашке и плоскорезной обработке на 25-27 см отмечается некоторое увеличение почвозащитных агрегатов. Однако общее содержание их по вариантам обработки в верхнем (0-10 см) горизонте находиться в пределах пороговой ветроустойчивости: на отвальной вспашке - 46,7, на плоскорезной обработке - 45,2 %. Это подтверждает необходимость наличия на поверхности почвы стерни, которая снижает скорость ветра в припочвенном слое воздуха, предотвращая ветровую эрозию и сдерживая поверхностный сток поливной воды.
Структура почвы в наших опытах определялась по слоям: 0,5; 5-Ю; 10-15; 15-20 см под всеми с.-х. культурами звена орошаемого севооборота. Из анализа гранулометрического состава почвы под культурами звена в среднем за три года (табл.20) видно, что в 1999 году на вариантах с отвальной и плоскорезной обработкой сумма фракций 0,25-0,01 мм было больше, чем на дисковании. Такая же закономерность наблюдается и перед уборкой. А в 2000 году на вике + овсе отмечалось повышенное содержание суммы фракций частиц от 0,25 до 0,01 мм по сравнению с другими вариантами опыта. На озимой пшенице в 2000 году фракций размером от 0,25 до 0,01 мм больше было на варианте плоскорезной обработки на 18-20 см, по сравнению с отвальной вспашкой 18-20 см. На кукурузе этих частиц на варианте отвальной вспашки на 25-27 см как перед посевом, так и перед уборкой было больше, чем на плоскорезной обработке.
Устойчивость почвы к развитию деградационных процессов
В земледелии возможны двоякого рода бесполезные потери влаги из почвы: путем испарения и путем стока талых и дождевых вод. Потери влаги путем испарения зависят от температуры воздуха, скорости ветра и запасов влаги в почве. Чем суше воздух и влажнее почва, тем больше и величина испарения. Испарение уменьшается, если почва хорошо затенена, покрыта густым травостоем, защищающим ее от нагрева солнечными лучами. Потеря влаги путем поверхностного стока приводит не только к иссушению почвы, но и к уменьшению ее плодородия.
Разрушение почвенного покрова при соответствующих условиях может протекать очень быстро, особенно, если наблюдается неумелое вмешательство человека. Между тем на восстановление даже 2,5 сантиметрового почвенного покрова, по подсчетам крупнейшего в этой области американского специалиста X. Беннета, требуется при хорошем растительном покрове от 300 до 1000 лет.
Водная эрозия губительно влияет на урожай: в результате эрозии разрушается гумусовый горизонт, понижается содержание в нем органического вещества, уменьшается количество азота в почве, и вымываются основные элементы минерального питания растений. Обеднение гумусом приводит к разрушению почвенных частиц, превращающихся из отдельных комочков в пыль. При этом резко ухудшаются водно-физические свойства почв: уменьшаются водопроницаемость и поглотительная способность, увеличивается испаряемость, а сток талых и поливных вод усиливается.
Как далеко зашел деградационный процесс, можно установить по состоянию почвенного покрова, по степени его смытости. Если смыто меньше половины первого гумусового почвенного горизонта, то смыв следует считать небольшим, или слабым. Если смыт весь верхний гумусовый, самый плодородный (темного цвета) горизонт, то эрозия считается средней. Если смыт и подпахотный горизонт, то эрозия сильная. И, наконец, если начался смыв и подпочвы, то мы имеем дело с очень сильной водной эрозией.
Исследованиями, выполненными в разных климатических районах на различных типах почв, установлено, что урожайность большинства зерновых культур на слабосмытых почвах снижается по сравнению с несмытыми почвами в 1,5-2 раза. На среднесмытых почвах урожайность снижается в 2,5-6 раз, а на сильно эродированных сводится к нулю.
На рисунке 4 представлена карта проявления эрозионных процессов на территории Поволжья. Наиболее сильно водная эрозия проявляется в правобережье и на севере Заволжья.
Степень смытости почвенного покрова при прочих равных условиях зависит от величины уклона поверхности. При уклонах менее 1 гумусовый горизонт почвы сохраняется практически полностью, а при уклоне около 5 гумусовый горизонт подвергается ежегодному смыву, почвы переходят в разряд маломощных, деградированных, что приводит к снижению урожайности зерновых культур.
Как показали многолетние исследования, потери урожая в одинаковых условиях смытости значительно больше в засушливом Поволжье, чем центрально-черноземной зоне. Водная эрозия, вызывая уменьшение мощности гумусового слоя, снижает запасы в почве, как влаги, так и питательных веществ. С незащищенной от эрозии почвы с весенним стоком уносятся питательные вещества в огромных количествах. В Поволжье с поверхностным стоком с каждого квадратного километра территории в среднем ежегодно выносится 700 кг питательных веществ. Это значит, что ежегодно теряется 420 млн. т гумуса, около 30 тыс. т азота, 11 тыс. т фосфора, 84 тыс. т калия. В результате водной эрозии в Поволжье происходит систематический недобор урожая сельскохозяйственных культур [160].
На очень пологих склонах с замкнутыми понижениями, где сток воды невелик и эрозия незначительна, смытая почва восстанавливается естественным путем. Такая эрозия носит название нормальной и протекает чрезвычайно медленно, почти или совершенно незаметно. Плодородие почвы при этом постепенно восстанавливается и может даже повышаться, чему способствуют разло жение органических веществ, остающихся в поле после уборки сельскохозяйственных культур, и систематически вносимые удобрения. Нормальная эрозия наблюдается и на площадях, покрытых естественной растительностью.
Чаще, однако, смытая почва не успевает восстанавливаться в процессе почвообразования. В таком случае эрозия считается ускоренной. При ускоренной эрозии, как и при нормальной, особых видимых нарушений на поверхности почвы не замечается, хотя смыв происходит из года в год. Когда же процесс разрушения заходит далеко, на поверхности почвы образуются небольшие размывы. Этот вид ускоренной водной эрозии известен под названием плоскостной. Пашня при этом выходит из сельскохозяйственного оборота, забрасывается и превращается в бросовую землю. Так, на востоке Красноармейского района Саратовской области южные склоны изрезаны промоинами и практически не подлежат дальнейшей обработке.
Помимо разрушения и обеднения почвенного покрова эрозия наносит ущерб водному хозяйству. Продукты смыва почвы уносятся паводковыми талыми и поливными водами, откладываются в водохранилищах, заиляя их.
Величина смыва измеряется в кубических метрах смытого грунта с одного гектара площади или в весовых величинах - в килограммах или тоннах. Величину смыва можно определить и по мутности стекающей воды. Мутность обычно выражается в граммах наносов, содержащихся в одном литре или кубическом метре стекающей по склону воды (г/л).
Многолетние наблюдения (Г.П. Сурмач, 1992; И.Ф. Медведев, 2000 и др.) показали, что в Поволжье с 1 кв. км площади в среднем смывается на типичных черноземах Пензенской и Саратовской областей 18 т, на обыкновенных черноземах в тех же областях - 36 т, на темно-каштановых почвах Саратовской и Волгоградской областей - 90 т. В среднем при одинаковых условиях рельефа и сельскохозяйственного использования смыв с типичных черноземов в 1,5-2 раза меньше, чем с обыкновенных черноземов, в 3 раза меньше, чем с южных, и в 5-7,5 раза меньше, чем с каштановых почв [118,175,179].
