Перенос твердых веществ в ландшафтах

Чем почвы сильнее эродированы, тем больше они отличаются от своих несмытых аналогов по химическому и гранулометрическому составу, физико-химическим свойствам, водному, воздушному, тепловому режимам, биогенности и другим показателям, совокупность которых влияет на плодородие почвы и их противоэрозионную устойчивость. Так, с увеличением эродированности почв снижается запас гумуса на 40-50%, подвижных форм NPK – на 40-60%, содержание водопрочных структурных агрегатов уменьшается на 44 до 22%, падает емкость поглощения. Продуцирование СО2 в смытых почвах иногда в 5-10 раз ниже, чем в несмытых. На эродированных землях снижается продуктивность сельскохозяйственных культур от 15-30% до 60%.

О том, сколько ежегодно смывается почвы с сельскохозяйственных земель, нет данных. Опубликовано много результатов наблюдений за смывом почвы отдельными ливнями, стоком талых вод в различных природных зонах, на разных угодьях.

В целом 15 млн км2 обрабатываемых площадей не менее 6-7 млн км2 (10% суши) подвержено эрозии. Ежегодно эрозия и дефляция уносит из ландшафтов суши миллиарды тонн почвенных частиц.

За один ливень с 1 га обрабатываемых склонов часто смывается 10-20 т, нередко 50-100 т, иногда 200-300 т почвы. При очень сильных ливнях на отдельных участках склонов смывается весь взрыхленный обрабатываемый слой (10-20 см) почвы, а иногда и весь пахотный слой (от 1 ливня с га теряется 3000-4000 т почвы). По данным М.И. Заславского (1983), в 1948 г. В Молдавии, при выпадении сильного ливня со слоем осадков 219 мм, смыв почвы достигал 530-760 т/га, в Донбассе при ливне 41 мм был зафиксирован смыв почвы 553 т/га, в Тульской области смыв почвы от снеготаяния достигал 60 т/га, в Пензенской области – 80 т/га. В алтайском крае в среднем за 15 лет среднегодовой смыв почвы в шести районах составлял от 2 до 42 м3/га и в среднем был 18 м3/га.

Пастбищная эрозия вызывается ослаблением дернового покрытия копытами животных и отчасти поеданием ими травы под корень. Очень большую разрушительную роль играет также поедание и поломка кустарников, растущих на крутых склонах и защищающих их от размыва. Из 330 млн га пастбищ, насчитываемых в бывшем СССР, по условиям рельефа эрозионноопасными являются не менее 250 млн га. При хорошем травянистом покрове эрозия на пастбищах бывает ничтожной, однако на выбитых пастбищах при выпадении ливней эрозия иногда проявляется довольно сильно. Если со 150 млн га пастбищ многолетние травы не обеспечивают полной защиты от эрозии, смыв почвы будет 10 т/га, в результате суммарная потеря почвы составит 1,5 млрд т в год.

В садах, виноградниках, на плантациях многолетних насаждений, занимающих площадь более 4,5 млн га и в основном расположенных на склонах, а также сенокосах общей площадью 42млн га со слабым растительным покровом, годовой смыв почвы может достигнуть 1 млрд т.

Вместе с почвой ежегодно вымываются водорастворимые элементы: азот, фосфор и калий. Подсчитано, что при смыве 1 см слоя чернозема в Центрально-Черноземной зоне теряется с гектара более 600кг азота, 400кг фосфора, 300г калия. При этом много теряется содержащихся в почве микроэлементов.

Американские исследователи подсчитали, что при эрозии почва теряет в 20 раз больше элементов питания растений, чем их выносится с урожаем (Копке, Бертран, 1962г). По признанию Беннета (1958), в США ежегодно при эрозии теряется 92 млн т азота, фосфора, кальция и калия.

Со склоновым стоком в смываемой почве ежегодно теряются удобрения, а также пестициды, которые с каждым годом во все большем количестве применяются в сельском хозяйстве. Данные наблюдения показывают, что 10-30% вносимых на склоновые земли удобрений иногда сносится при выпадении ливней и при стоке талых вод. Кроме того, 10-20% вносимых пестицидов смываются при поверхностном стоке и эрозии, не участвует в борьбе с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений.

Огромные изменения происходят в ландшафтах при образовании овражно-балочной сети. Иногда сильно разветвленная овражная сеть расчленяет большие пахотные массивы и другие земельные угодья на множество мелких участков.

Ежегодный рост оврагов приводит к большому разрушению проселочных, шоссейных и железных дорог, жилых и промышленных сооружений.

В России много оврагов. Например, к Центрально-Черноземной зоне площадь оврагов составляет 140 тыс. га. В Ростовской области суммарная протяженность овражной сети составляет 40 тыс. км – ею можно опоясать земной шар. В воронежской области общая протяженность оврагов составляет 250 тыс.км, а площадь 0,5 млн га. Объем овражных выносов превысил 10 млрд м2. В отдельных районах европейской части России за истекшие 100-200 лет общая длина оврагов превысила протяженность всех балок и лощин, сформировавшихся в течение тысячилетий. Ориентировочные расчеты показывают, что на территории нашей страны более 3,3 млн оврагов, а общая протяженность оврагов – около 1 млн км.

На орошаемых землях, как при бороздковом поливе, так и при использовании дождевальных машин, иногда наблюдается сильный смыв почвы. За сезон при поливе дождевальными агрегатами с одного га может быть смыто до 80 т почвы, а при бороздковом – до 200 т. Отложение смытого материала к концу оросительных борозд приводит к изменению уклона, что требует новой планировки, нарезки карт и борозд. При неправильном сбросе оросительных вод возникает много оврагов. Эрозия почв также приводит к разрушению откосов магистральных каналов.

Эрозия почв проявляется и на осушенных землях. Здесь происходит размыв дренажных каналов и разрушение оврагами различных инженерных сооружений.

При лесозаготовках на склонах, в связи с нарушением дернины и уничтожением части гумусового слоя нередко проявляется большой смыв почвы.

Строительство железных и автомобильных дорог, нефти – и газопроводов, судоходных каналов, линий связи, а также строительство различных промышленных и других сооружений на расчлененных территориях и эксплуатация этих объектов сопровождаются эрозией почвогрунта. Дороги федерального и республиканского значения обычно прокладываются по наименее расчлененным элементом рельефа – по речным водоразделам. Дороги областного и районного значения соединяют малые города, села, которые часто располагаются в долинах рек или вдоль балок. В силу этого второстепенные дороги постоянно поднимаются на крутые склоны гидрографической сети. Ради поддержания полотна в сухом состоянии вдоль дорог роют кюветы. Кюветы перехватывают линии стока, направляющиеся в сторону дороги, и отводят сток в балки. Так как сток по кюветам бывает весьма значительным, то на крутых участках возникает опасность размывов.

Наравне с дорогами районного и областного значения опасными очагами эрозии являются и полевые дороги, проектированию которых уделяется еще меньше внимания. большой процент этих дорог не формируется и не имеет кюветов. Размыв на них происходит прямо по колеям. Такие дороги десятки раз переносятся на новые места, в обход ими же созданы размывов.

Эрозия, вызванная строительством, может возникать в тех местах, где дерновый покров нарушается вследствие нивелировки строительных площадок, рытья котлованов, выемок и т.п., а также на свеженасыпанных дамбах, плотинах, насыпях.

При эрозии более тонкие фракции почвы, в частности, содержащие гумус, водными потоками транспортируется в речную сеть, а наиболее грубые фракции почвы и почвообразующих пород откладываются в виде мощных наносов у подножия склонов, по дну балок и долин. Если на склонах подвергаются эрозии уже сильно смытые почвы, то наносы часто стоят из почвообразующей породы. В этом случае происходит погребение плодородных почв породами. Большой ущерб сельскохозяйственным землям, расположенным на пониженных элементах рельефа, причиняют наносы, поступающие из устьев оврагов, размывающих бесплодные породы.

Огромное количество смытой со склонов и вынесенной из оврагов почвы поступает в пруды и водохранилища.

В американской печати опубликовано много данных о заилении водохранилищ. Так, в связи с интенсивным заилением наносами водохранилищ в США, многие из них потеряли за 30 лет до 80% емкости. Иногда срок службы плотин ограничивается 10-15 годами. В Техасе водохранилище на реке Колорадо за 6 лет потеряла 47% своей первоначальной емкости.

3. Принципы оптимизации эрозионноопасных агроландшафтах. 

Эрозионные процессы существенно изменяют физико-химические, водно-физические, агрохимические, минералогические свойства почв. В среднем урожайность сельскохозяйственных культур снижается: на слабосмытых почвах на 10-20%, на среднесмытых – на 30-40%, на сильносмытых – на 50-60%, по сравнению с урожайностью на полнопрофильных почвах. На дефлированных почвах различной степени деградации величина снижения урожайности на 10-23% меньше.

Эрозия – это одно из проявлений внешних потоков энергии, изменяющих горизонтальное и вертикальное строение агроландшафта и воздействия внутренних потоков энергии за время почвообразования.

В условиях резких балансовых изменений в структуре агроландшафтов необходима оптимизация ландшафтов и, в первую очередь, оптимизации параметров и соотношения отдельных его сопоставных частей (поле, сенокос, пастбище. Лесные насаждения, пруды и другие угодья).

Более 100 лет назад В.В. Докучаев в книге «Наши степи прежде и теперь» обосновал необходимость установления по зонам страны оптимального соотношения между пашней, лугом, лесом, водой. Он указал, что необходима выработка норм, определяющих относительные площади пашни лугов, леса и вод; такие нормы должны быть соотнесены с местными климатическими, грунтовыми и почвенными условиями, а равно и с характером господствующей сельскохозяйственной  культуры (Докучаев, 1892г).

Главные принципы оптимизации природопользования в лесостепных ландшафтах, разработанные В.В. Докучаевым, актуальны и в настоящее время. Они включают: 

• Выработку норм, определяющих относительной площади пашни, лугов, лесов и вод;
• Регулирование рек для уменьшения их заиления, предотвращения паводков;
• Регулирование оврагов и балок с целью прекращения дальнейшего размывания их дна и берегов, превращения их а луга;
• Регулирование водного хозяйства в открытых системах, на водораздельных пространствах, обеспечивающее эффективное использование снеговых и дождевых вод на полях, задержание их в прудах и водохранилищах;
• Использование полезащитных и мелиоративных лесонасаждений для защиты водоемов, закрепление оврагов, песчаных массивов. Предотвращения водной и ветровой эрозии почв;
• Использование подземных вод для обводнения и орошения;
• Определение приемов обработки почвы, наиболее благоприятных для наилучшего использования влаги, и большее приспособление сортов культурных растений к местным как почвенным, так и климатическим условиям.

В широких масштабах в России Докучаевская концепция оптимизации агроландшафтов в свое время не была развита. Ландшафтоведение развивалось в рамках физической географии безотносительно к проблемам природопользования сельскохозяйственном производстве. Лишь в последние годы эрозионная проблематика оттолкнула развитие прикладных аспектов ландшафтоведения.

Современная научно-обоснованная концепция оптимизации агроландшафтов должна осуществляться, прежде всего, на основе глобальной идеи экологизации природопользования. Этого направления в земледельческой науке придерживаются ведущие ученые – аграрники: Каштанов и др. (1994); Кирюшин(1996); Жученко(2000) и др.

Агроландшафты должны отвечать следующим требованиям: быть долговечными; не нарушать уже существующих равновесных экологических систем и способствовать их стабилизации; обеспечивать общий экологический баланс территории и рациональное использование земель и атмосферных осадков; восстанавливаться в процессе хозяйственной деятельности и не требовать при этом больших эксплуатационных расходов(Лопырев, Макаренко, 2001).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Ландшафтный подход к землеустройству.

Структура землепользования – это размещение и соотношение различных земельных угодий на определенной территории. Обычно учет и анализ эффективности использования угодий проводятся в административных границах (района, области и т.п.), однако оценки бывают весьма неоднозначны с точки зрения анализа функционирования экосистем. Дело в том, что обычно экологические проблемы связаны со слабой разработкой научных принципов эффективного природопользования и управления природными ресурсами. Так, существует мнение, что наилучший эколого-социально-экономический эффект может быть получен при опредлеленном сочетании площадей, преобразованных человеком, и естественных экосистем. Правило территориального экологического равновесия (по Одуму) гласит, что наиболее благоприятным является следующее соотношение: 40% преобразованных и 60% естественных экосистем.

Однако, очевидно, что для разработки путей оптимизации функционирования экосистем в условиях сельскохозяйственного использования определения только площадных показателей недостаточно; необходимо применять данные по биоразнообразию и продуктивности.

Продуктивность фитомассы растительного покрова – одна из важнейших характеристик состояния как локальных экосистем, так и биосферы в целом; активность продукционных процессов в значительной мере определяет структуру энергетических потоков и интенсивность основных круговоротов в биосфере, а долговременный мониторинг динамики продуктивности фитомассы ландшафтов необходим для оценки баланса углерода. Кроме того, показатели продуктивности различных типов экосистем и биомассы можно выражать в энергетических величинах. Этот способ представления данных наиболее универсален и информативен, поскольку все процессы, протекающие в экосистемах, связаны с преобразованием энергии и лимитируются запасами энергии. Энергетические характеристики позволяют сравнивать между собой разные типы природных ландшафтов и могут быть использованы в расчетах по устойчивости экосистем.