Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние изученн0с1и валов-террас в ссср и зарубежом 8
1.1. Этапы развития террасирования на пашне склонов 8
1.2. Перспективы применения валов-террас 24
Глава 2. Место, условия, программа и методика исследований 30
2.1. Программа и методика проведения полевых и лабораторных исследований 30
2.2, Место проведения и краткая характеристика стационарных и производственных опытных объектов 40
2.3, Почвенно-климатические условия зоны проведения исследований 48
2.4. Погодные условия за годы проведения исследо ваний 57
Глава 3, Почвозащитная эффективность валов-террас 68
3.1. Влияние валов-террас на перераспределение твердых осадков, промерзание и температуру почвы, сток и смыв 68
3.2. Вынос питательных веществ с жидким и твердым стоком НО
3.3. Роль залуженных водотоков в системе валов-террас ' 119
Глава 4. Агрономическая эффективность валов-террасна пашне 124
4.1. Влияние валов-террас на накопление влаги в почве 124
4.2 Сроки созревания почвы и развития растений на валах-террасах 132
4.3 Влияние валов-террас на урожайность сельскохозяйственных культур 134
4.4 Организация проведения полевых работ на террасированном склоне 145
Глава 5. Экономическая эффективность
5.1 Экономическая эффективность валов-террас по урожайности сельскохозяйственных культур 151
5.2 Экономическая оценка предотвращенного смыва питательных веществ талыми водами 162
Выводы 167
Предложения производству 171
Использованная литература
- Перспективы применения валов-террас
- Место проведения и краткая характеристика стационарных и производственных опытных объектов
- Вынос питательных веществ с жидким и твердым стоком
- Сроки созревания почвы и развития растений на валах-террасах
Введение к работе
Актуальность проблемы. Продовольственная программа СССР на период до 1990 года, разработанная в соответствии е решениями ХХУ1 съезда Коммунистической партии и одобренная майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС предусматривает правильное функционирование всех отраслей сельского хозяйства на основе эффективного использования земли как основного средства про* изводства.
Для реализации Продовольственной программы необходимо создать научно обоснованные зональные системы земледелия. В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года (1) отмечается: "В земледелии важнейшей задачей является всемерное повышение плодородия почв и урожайности, дальнейший рост производства зерна, кормов и другой продукции на основе применения зональных научно обоснованных систем ведения хозяйства".
Повышение плодородия почв и защита их от разрушений эрозионными процессами особенно необходимы для сильно расчлененных и эрозионноопасных территорий, к которым относится Курская область.
На территории области две третьи площади сельскохозяйственных угодий занимают склоны различной длины и крутизны, а распаханность достигла 83^. Средний слой стока талых вод на серых лесных почвах составляет с зяби 30...40 мм, на посевах озимых и многолетних трав 60...70 мм, а сток I0JS обеспеченности достигает с зяби 105...ПО мм и с уплотненной пашни 150...160 мм (107). Неблагоприятное сочетание природных условий вызывает значительный смыв почвы и рост оврагов. Эродированные почвы занимают 21% площади сельскохозяйствен-
ных угодий, в том числе 531 тыс.га пашни (102). Ущерб сельскому хозяйству от водной эрозии превышает' 51 млн. рублей в год (107).
Частичное задержание стока на склонах в первую очередь осуществляется за счет агротехнических противоэрозионных мероприятий. Однако, на серых лесных почвах не в полной мере достигается желаемый эффект цри их применении. Для более полного задержания стока талых вод и смыва почвы возникает необходимость в применении на пашне более сложных противоэрозионных мероприятий таких, как валы-террасы.
Устройство валов^террас на пашне в нашей стране проходило в три этапа: в 90-х годах прошлого столетия было положено начало создания горизонтальных валов с широкими основаниями, в 20-30-ТЫХ годах нашего столетия наряду с устройством валов-террас делались попытки создания специальных механизмов для их сооружения, и наиболее широко начали применять валы-террасы в 70-е годы. На двух первых этапах террасирования глубокие исследования почти не проводились,' 'а почвозащитная оценка валов-террас осуществлялась визуально.
Более полно исследования по выявлению экономической и агрономической роли валов-террас на пашне начали проводить в третьем периоде и особенно за последнее десятилетие. Однако и в настоящее время как для почвенно-климатических условий Курской области, так и для страны в целом многие вопросы, связанные с объективной оценкой валов-террас, остаются недостаточно изученными.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является изучить влияние валов-террас на сток талых вод, смыв почвы, влагонакопление, вынос биогенных веществ с жидким и
твердым стоком и урожайность возделываемых культур. На основании полученных результатов исследований дать противоэрози-онную и агрономическую оценку валов-террас на пашне в почвен-но~климатических условиях Курской области.
Методика исследований. Основная экспериментальная часть диссертационной работы выполнена в I976-I98I гг. на темно«юе-рых лесных почвах колхоза им, Дзержинского Курского района, Курской области,
Валы-террасы на опытном участке построены с участием автора в I97I-I972 гг. на площади 43 га. Производственная проверка осуществлялась в колхозе им. XX партсъезда Курского района Курской области на серых лесных почвах, где валы-террасы под наблвдением автора сооружены в I980-I982 гг. на площади 86 га.
В опытах изучались валы-террасы, которые расчитывались на задержание 42, 56 и 70 мм стока. За контрольный вариант принят участок без валов-террас. Между вариантами опыта устраивались залуженные водотоки, служащие для приема и безопасного отвода незарегулированного стока. В нижней части водотоков и вариантов опыта устанавливалось оборудование для учета стока воды и смыва почвы,
Длина опытных делянок 300 м, ширина 100 м, площадь каждого варианта 3 га, ширина водотоков 10 м. Сооружались валы-террасы напашным способом, высота валов - 40...44 см, заложение откосов 1:8...1:10. Исследования и наблвдения проводились согласно общепринятых методик.
Научная новизна работы. Для темно-серых лесных почв лесостепи выявлена почвозащитная, гидрологическая, агрономическая и природоохранная эффективность валов-террас на пашне.
7 Установлены количественные изменения мощности снега, глубины цромерзания и созревания почвы, а также урожайность сельскохозяйственных культур на различных элементах валов-террас и межтеррасном пространстве. Доказана высокая почвозащитная эффективность залуженных водотоков и необходимость их создания при строительстве валов-террас на пашне.
Практическая значимость. Материалы исследований использованы при разработке "Методических указаний по цроектированию валов-террас на пашне", утвержденных НТО МСХ СССРР
Создание валов-террас на пашне будет способствовать повышению урожайности сельскохозяйственных культур на склоновых землях, защите почв от водной эрозии, превращению роста оврагов, резкому сокращению затрат на оврагоукрепительные работы, защите водных источников от заиления и загрязнения биогенными элементами и гербицидами.
Выводы и предложения могут быть использованы проектными организациями при проектировании валов-террас на пашне, научно-исследовательскими учреждениями для дальнейших исследований, колхозами и совхозами для осуществления полевых работ на террасированных склонах.
Апробашя. Результаты проведенных исследований докладывались на Всесоюзной конференции "Теоретические основы про-тивоэрозионных мероприятий" (Одесса, 25-27 сентября 1979 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Способы защиты почв от водной эрозии и перспективы развития противоэро-зионных машин" (Курск, 25-29 февраля 1980 г.); на научно-практической конференции "Борьба с водной и ветровой эрозией почв" (Челябинск, 30 июня - I июля 1980 г.); на научно-производственной конференции "Рациональное использование земли и охрана почвы от эрозии в Курской области" (Курск, I98I г,); на областной межинститутской научной конференции
"Эффективность почвозащитных мероприятий, приемов и комплексов в борьбе с эрозией в Курской области" (Курск, I98I г.); на научно-практической конференции "Проблемы рационального использования и охрана земельных ресурсов в народном хозяйстве Южного Урала и Северного Прикаспия в свете решений ХХУ1 съезда КПСС" (Оренбург, 31 марта ** I апреля 1982 г..) на заседании кафедры почвоведения и геологии Украинской сельскохозяйственной академии (Киев, 3 февраля 1983 г.).
Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы в составлении руководства "Указания по проектированию валов-террас при землеустройстве. - М., 1977, при строительстве и производственной проверке валов-террас в колхозе им. XX партсъезда Курского района Курской области на площади 86 га.
Публикация. Основные положения диссертационной работы содержатся в 19 опубликованных статьях.
Перспективы применения валов-террас
В почвенно-климатических условиях Курской области выпадающих осадков было бы достаточно для выращивания довольно высоких урожаев. Однако значительная часть их непроизводительно теряется через сток, вызывающий эрозионные разрушения и усиливающий почвенную засуху. Отсюда вопросы защиты почв от эрозии и борьбы с засухой смыкаются в единую проблему почвозащитного земледелия, задача которой заключается в применении почвозащитной технологии, позволяющей задержать и сохранить влагу выпадающих осадков для получения высоких и устойчивых урожаев выращиваемых культур и в то же время исключить или совратить до минимума эрозионные процессы.
Исходя из этого в теоретическую основу противоэрозион-ных мероприятий на пахотных землях положено устройство на пути стока препятствий, шероховатостей, различного рода емкостей, которые уменьшали бы скорость отекания воды и задерживали ее частично или полностью, а также повышали инфильт-рационные свойства почвы.
К первой грулпе мероприятий относятся приемы, создающие шероховатость поверхности и водозадррживающие емкости: вспашка и другие виды обработки почвы поперек склона, разноглубинная и комбинированная вспашки, обвалование, лунко-вание и прерывистое бороздование зяби, поделка микролиманов и т.д.
Ко второй группе мероцриятий относятся приемы, позволяющие ускорить поглощение воды почвой: углубление пахотного и доуглубление подпахотного слоев, щелевание и кротова-ние почвы, внесение органических, сидеральных и минеральных удобрений, мульчирование почвы стерней и пожнивными остатками, вертикальное мульчирование соломой, торфом и другими органическими заполнителями.
С этими группами мероцриятий сочетается третья группа, в которую включены приемы снегозадержания и регулирование снеготаяния: установка на полях щитов и других преград, сооружение снежных валов снегопахами, валкообразователями, металлическими и деревянными угольниками, бульдозерами, полосное зачернение и прикатывание снега, полосное обнажение почвы, црименение кулис из высокостейелышх растений. Эта группа мероприятий особенно важна в борьбе с засухой.
Почвозащитная эффективность мероцриятий всех групп в различных почвенно-климатических условиях не одинакова. По обобщенным данным в УССР они позволяют в период весеннего снеготаяния задерживать 15...30 мм воды (140).
В почвенно-климатическйх условиях Центрально-Черноземной зоны и црилегающих к ней областях агротехнические про-тивоэрозионные мероприятия первой труппы не всегда обеспечивают желаемый результат. В частности Е.-ПЛернышев цриходил к выводу, что прерывистое бороздование и лункование в годы с интенсивным склоновым стоком даже усиливали эрозионные процессы.
Исследования, цроводимые в течение I967-I974 гг. на Новосильской агролесомелиоративной опытной станции им, А. С.Козменко, показали, что приемы с искусственным микрорельефом не имели преимущества в стокорегулирующем и против воэрозионном отношении по сравнению с обычной вспашкой по -лерек склона (117, 119).
В исследованиях, проводимых на территории колхоза "Прогресс" Фатежского района Курской области в течение I967-I972 гг. (26) и в I973-I975 гг. (57) установлено, что прерывистые борозды и лунки не оказывали существенного влияния на снижение величины поверхностного стока и увеличивали смыв почвы по сравнению с отвальной вспашкой поперек склеена, урожай яровых зерновых культур при бороздовании повышался на 4#.
По обобщенным данным в Курской области в среднем за 9 лет обвалование, лункование и прерывистое бороздование зяби увеличивали сток на 3..,7 мм (118), повышение урожая на вариантах с поделкой микрорельефа в ряце случаев связано не с совращением стока и смыва, а с большим снегонакоплением в емкостях (120).
Место проведения и краткая характеристика стационарных и производственных опытных объектов
Стационарный опыт с валами-террасами заложен в I97I-1972 гг. на территории колхоза им. Дзержинского Курского района Курской области, в 8-м поле первого полевого севооборота.
Опытный участок находится в северо-западном направлении на расстоянии около I км от центральной усадьбы колхоза и расположен на склоне юго-восточной экспозиции крутизной от I до 4. Почвенный покров представлен темно-серыми лесными почвами разной степени смытости,
При детальном почвенно-эрозионном обследовании перед закладкой опыта в I97I году на участке выявлен комплекс не смытых, слабо-, средне- и сильносмытых почв (79). Почвенное обследование проведено кандидатом биологических наук В. Д,Ива-новым.
Наибольший удельный вес на опытном участке занимает слабосмытая почва - 48 , затем несмытая - 25$, средне- и сильносмытые по 10 и около 1% занимает намытая почва.
Не смытые почвы цриурочены главным образом к водораздельной части склона, слабосмытые в средней части склона, средне- и сильносмытые почвы находятся на пониженных частях рельефа (ложбины, потяжины и т.п.), намытые - в нижней части склона и прилегают к приовражной лесной полосе.
Варианты опыта размещены на опытном участке таким образом, что они в основном включают несмытые и слабосмытые почвы,
Ддя характеристики почвы приводим описание двух наиб о лее типичных разрезов, расположенных на опытном участке. Разрез № 2336 Темно-серая лесная почва. А - 27 см - темно-серый, рыхлый, сухой, глыбистый, пылевато-комковатой структуры, среднесу-глинистый, переход четкий. Aj - 27.,.50 см - темно-серый, со слабым буроватым оттенком, который нарастает книзу, рыхлый, оре-ховато-комковатый с обилием кремнеземистой присыпки, тяжелосуглинистый, переход постепенный. Bj - 50...75 см - буро-темно-серый с кремнеземистой присыпкой, белесая окраска книзу нарастает и цвет переходит в бурый ореховато-мелко-комковатый, рыхлый, сухой, среднесугли-нистый, переход постепенный. Bg - 75... 100 см - желто-бурый с затеканием гумуса и кремнеземистой присыпки, рыхлый, комковатый, тяжелосуглинистый, переход постепенный. С - 100...165 см - желто-бурый, среднеувлажненный с обилием карбонатных стяжений, вскипает с глубины 145 см, при полевом оцределении - тяжелый лессовидный суглинок. Разрез № 105. Темно-серая лесная слабосмытая почва. пах.- ..20 см - темно-серый, сухой, пылевато-комковатый, прослеживаются слабые следы оподзоленнос-ти (наличие кремнеземистой присыпки), пористый, среднесуглинистый, переход четкий. Aj - 20...42 см - темно-бурый, свежий, обилие кремнеземистой присыпки, ореховато-мелкокомковатый, пористый, среднесуглинистый, на границе с тяжелосуглинистым, пе реход постепенный, Bj - 42...72 см - желто-бурый, свежий, комковатый, тяжелосуглинистый, пористый с обилием ходов зем-лероев, слабоуплотненный, переход постепенный. Eg - 72... 117 см - желтый с буроватым оттенком и затеками гумуса, обилие ходов землероев, мелкопористый, рыхлый, обнаруживается кремнеземистая присыпка по затекам гумуса, переход постепенный. С 117... 150 см и более елтый, ,с олабым муроватым мотенком, тяжелый лессовидный карбонатный суглинок, вскипает с глубины 96 см, свежий, мелкокомковатый, рыхлый, мелкопористый, карбонаты в виде псевдомицелия. Описание почвенных разрезов говорит о TOMJ ЧТО данные почвы относятся к типу серых лесных почв, а подтип «! темно-серые лесные. Гумусовый горизонт более мощный, чем у серых лесных почв и более темной окраски, структура его комковатая. І мусированшй горизонт ( iL. + Ат) довольно интенсивно прокрашен гумусон и имеет структуру с наличием кремнеземистой присыпки. Иллювиальный горизонт четко выделяется своей темно-бурой окраской, заметной уплотненностью и менее обильной кремнеземистой присыпкой по сравнению с серыми лесными почвами.
Вынос питательных веществ с жидким и твердым стоком
Особенностью I98I года являлось то, что прудки несколько раз за зимне-весенний период наполнялись талыми водами. Первое затопление пруцков было осенью 1980 года (24 декабря). Средняя ширина пруцков была 7,7...8,5 м, глубина затопления 0,24...0,27 м, в пруцках со щелеванием ширина прудков не превышала 3 м, а глубина затопления 0,11 м.
В период оттепелей 13 января и 10 марта I98I года оцределить ширину и глубину затопления прудков талыми водами практически не цредставилось возможным, так как в верхней части склона в пруцках валов-террас находился снег, в средней и нижней - снег с водой и только на самых нижних валах-террасах в нижней части склона стояла вода.
В таблице 15 приводятся данные наблюдений за последнее затопление (25 марта). После резкого похолодания с 12 по 16 марта Б прудках на поверхности снега образовалась ледяная корка толщиной 3,..4 см. К началу стока она в основном разрушилась. Однако при интенсивном поступлении воды в прудки, отдельные валы-террасы с межтеррасным пространством 43.2 м имели ее и уже в первые дни стока, как и в 1980 году, сбрасывали воду на водотоки, обусловливая сток, хотя и малой интенсивности.
Средняя ширина прудков при последнем затоплении составляла 9...10 м, глубина затопляемых прудков - 0,28...0,30 м, продолжительность стояния воды в прудках 5 суток. В общей сложности за все периоды затопления растения находились под водой II суток, а на ощелеванных црудках 7 суток.
Проведенные наблюдения за наполнением прудков валов-террас на производственном участке в 1982 году в колхозе им. XX партсъезда Курского района Стабл.16) показали, что наибольшая ширина затопления црудков на валах-террасах была в верхней части склона. С увеличением крутизны склона - ширина затопляемых црудков уменьшалась.
В среднем по склону на зяби ширина затопляемых прудков была 10.4 м, глубина 0.42 м. На террасированном поле, занятом озимой пшеницей, средняя ширина затопляемых прудков была 9,6 м, глубина 0,39 м. Это говорит о том, что на зяби террасированного склона рабочая высота была выше, чем на поле с озимой пшеницей. Подтверждением этому служит объем наполнения прудков валов-террас, который на террасированном поле занятом озимой пшеницей, составлял 1.84 м /пог,м, а на зяби - 2.ІС6 м /пог.м.
При щелевании почвы в зоне прудков, как и в полевых опытах колхоза им. Дзержинского, в связи с повышенной фильтрацией талых вод, ширина затопляемых прудков при максимальном наполнении составляла 5 м, а глубина затопления всего лишь 0.19 м; высокая эффективность щелевания прудков объясняется тем, что щели, нарезанные на глубину 45...50 см, превышают глубину промерзания почвы в зоне выемочных частей и под защитой мощного снежного покрова талая вода в щелях практически не замерзала, чем улучшается инфильтрация воды в почву.
Смыв почвы. При весеннем снеготаянии в первые дни прохождения стока вода со стоковых площадок поступала прозрач Йой, что указывало на отсутствие смыва почвы, следствием этого служат защищенность почвы снегом. С появлением проталин мутность талых вод увеличивалась и, как цравило, максимальный смыв почвы наблюдался в период завершения стока.
Г.П.Сурмач (116) отмечает, что смыв почвы определяется совокупным действием многих факторов. К ним он относил: уклон поверхности, длину склона, почвенный поЕров, агротехнику, интенсивность осадков, характер снегоотложения и последовательность схода снега на разных экспозициях склона.
Способность серых лесных почв противостоять смыву в большой степени зависит от их физико-химических и водно-физичес-ких свойств (21).
В наших опытах, кроме перечисленных факторов, большое влияние на смыв почвы оказывал и микрорельеф, создаваемый валами-террасами. Проведенные учеты смыва почвы по методу мутности (отбор срочных цроб) показали, что при рассечении склона на малые отрезки (водосборы), т.е.при сооружении валов-террас на склоне через определенное расстояние, смыв почвы практически отсутствовал за все годы исследований (табл.17).
На контрольном варианте в зависимости от формирования и объема стока, а также с учетом агрофона смыв почвы был различным по отдельным годам исследований.
Сроки созревания почвы и развития растений на валах-террасах
Для практических целей, связанных с обработкой почвы, посевом и уборкой урожая важно установить на террасированных полях сроки созревания почвы и растений по отдельным элементам валов-террас.
При наблюдениях по установлению сроков созревания почвы и растений включались следующие вопросы: скорость оттаивания, просыхания, прогревания пахотного слоя почвы в весенний период, сроки наступления основных фаз развития растений.
Проведенные наблвдения показали, что по отдельным элементам валов-террас имеются некоторые изменения по микроклиматическим условиям, которые оказывают влияние и на развитие растений за период вегетации.
Наиболее полно агроклиматические условия исследованы на опытном участке в I972-I974 гг. под руководством старшего ин женера-агрометеоролога К.А.Бирюковой (82). За указанный период было установлено, что оттаивание почвы с поверхности на мокром откосе и выемочной части террасы происходит на 2...4 дня позже, чем на контроле. Раньше всего почва начинает оттаивать на гребнях и сухих откосах. При этом, температура почвы на глубине 10 и 20 см на гребнях и сухих откосах была на 0,3... 1,0 выше, чем на остальных элементах валов-террас, в том числе и на контроле.
Скорость созревания верхнего слоя почвы в весенний период происходила раньше на гребнях и сухих откосах. Мягкоплас-тичное состояние поверхностного слоя почвы на указанных выше элементах валов-террас наступало на 4 дня раньше, чем на мокром откосе и на 7...8 дней раньше, чем на контроле. Просыха-ние почвы на межтеррасном пространстве и контроле происходило практически в одинаковые сроки и существенных различий не наблэдалось.
Продолженные нами наблюдения в I976-I98I гг. позволили выявить ту же закономерность, что была установлена в 1972-1974 гг. с некоторыми отклонениями по годам исследований.
Оттаивание почвы с поверхности, как отмечалось выше (глава 3) , в первую очередь начиналось на гребнях, сухих откосах и в некоторой степени на межтеррасных пространствах. За все годы наблюдений отмечено, что интенсивность таяния снега на межтеррасных пространствах начиналась раньше, чем на контроле на I...2 дня. В отличие от ранее цроведенных исследований нами установлено, что оттаивание почвы в выемочных частях наступало раньше, чем на контроле. Однако, при поступлении талой воды в прудки образовывалась цементирующая прослойка почвы и создавалась иллюзия будто бы на выемочных частях оттаивание наступает позже.
По наступлению отдельных фаз развития растений установлено следующее: после посева всходы в первую очередь появляются на гребнях и сухих откосах. Эти различия составляли I... 2 дня. В период вегетации возделываемых культур существенных различий в наступлении отдельных фаз развития растений не установлено.
К концу вегетации, как правило, быстрее созревают растения на сухих откосах и гребнях валов, позже всего созревание наступает на мокрых откосах. Эти различия составляли 2...3 дня. За вегетационный период по интенсивности развития и более темной окраске отличались растения на гребнях и сухих откосах.
После затопления озшлых талыми водами весной в 1978 году и костра безостого в I98I году гибели растений от вымокания не обнаружено. В выемочных частях после освобоадения прудков валов-террас от талых вод растения озимых и многолетних трав в выемочных частях сильно отличались по окраске от контрольного варианта. Растения в выемочных частях указанных культур были более интенсивной зеленой окраски, чем на контроле.
Итак, на террасированных вариантах выявлены отклонения по отдельным элементам валов-террас по созреванию почвы и развитию растений. Однако эти отклонения не столь существенны, чтобы отрицательно влиять на сроки проведения полевых работ в весенний период, а также во время уборки сельскохозяйственных культур.
