Эффективность элементов противоэрозионного комплекса в ландшафтной системе земледелия Ульяновской области

Кризисная ситуация в земледелии нашей страны обусловлена недооценкой, а зачастую и полным игнорированием законов развития природы и общества. Следствием этого является разрушение природных ландшафтов, водная и ветровая эрозия почвы, ухудшение водного режима территорий, загрязнение окружающей среды, снижение продуктивности и устойчивости земледелия. Новый этап развития земледелия базируется на принципиально новых теоретических положениях, отражающих закономерности функционирования агроландшафтов, как единства природных и хозяйственных компонентов.

Адаптация земледелия к местным условиям — исторический процесс, который складывается веками. К сожалению, в условиях жесткой распределительной системы, страдавшей валюнтаризмом, практическая их реализация сильно отставала от научного потенциала. Наиболее полное использование научного потенциала и обобщение практического опыта было достигнуто при составлении и освоении зональных систем земледелия.

Резко изменившаяся социально — экономическая обстановка и обострившиеся экологические противоречия, обусловили необходимость дальнейшей адаптации земледелия не только к природным условиям, но и к новым производственным отношениям.

На практике для решения этой задачи необходима разработка систем земледелия, адаптивных применительно к различным категориям агроландшафтов, социально — экономическим условиям, различным уровням и. формам интенсификации производства.

Сегодня складывающаяся агроэкологическая обстановка в области настоятельно требует развития концепции и внедрения ландшафтной системы земледелия, доводя ее до уровня технологического проекта для конкретного хозяйства. Переход к ландшафтным системам земледелия позволит обеспечить гармонию во взаимоотношениях природы и человека, остановить процессы деградации почвенного покрова и значительно увеличить производительность земледелия при одновременном снижении затрат.

Для разработки ландшафтных систем земледелия необходимо провести: классификацию, картографирование и типизацию агроландшаф-тованализ потенциала природных и антропогенных ресурсовсоставить схему интенсивности и направленности вещественно-энергетических потоковмониторингдать эколого-экономическую оценку (151).

Нашим институтом на базе противоэрозионного комплекса ОПХ «Новоникулинское11, созданного с 1969 по 1975 годы, разрабатываются научные основы формирования агроландшафтов и создаются качественно новые ландшафтные системы земледелия для черноземной лесостепи Среднего Поволжья.

Выполненная работа по внедрению комплекса противоэрозионных мероприятий и полученные результаты исследований 22−23 сентября 1976 г. одобрены научно-техническим советом Министерства сельского хозяйства РСФСР и рекомендованы для внедрения в сельскохозяйственное производство областей, краев и автономных республик РСФСР, сходных по природно-климатическим условиям с Ульяновской областью. В 1976 году во Всесоюзном конкурсе на лучшее выполнение комплекса мероприятий по защите почв от эрозии, работа по созданию противоэрозионного комплекса в совхозе «Новоникулинский», Центральной конкурсной комиссией МСХ СССР и ВДНХ СССР отмечена 2 золотыми и 3 серебряными медалями ВДНХ СССР.

Проведенное 7−8 июля 1994 года на базе Ульяновского НИИСХ выездное заседание координационных Советов по агроландшафтам и проблемам эрозии и дефляции почв Отделения земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук по вопросу «Противоэрозионный.

— 7 комплекс в ландшафтных системах земледелия" рекомендовало использовать опыт работы Ульяновского НИИСХ по освоению зональных про-тивоэрозионных комплексов на основе ландшафтных систем земледелия к широкому внедрению в сельскохозяйственное производство.

Всестороннее изучение агроландшафтов позволит найти объективный компромисс между природно — географическим образованием и масштабами земледельческого производства, поможет остановить деградацию почвенного покрова, обеспечит значительное увеличение производительности земледелия при одновременном снижении его затратности и создаст научно обоснованную базу для функционирования всего агроландшафтного производства и социального благополучия человека.

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЬБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Эрозия почв и комплексный подход борьбы с ней.

Современные социально — экономические условия определяют необходимость более комплексного подхода к оценке почвенно — земельных ресурсов. Концепция адаптивно — ландшафтного земледелия является существенно новым подходом к оптимизации использования сельскохозяйственных земель.

Адаптивные системы земледелия являются ландшафтно — региональными: они разрабатываются с учетом внутриландшафтной дифференциации агроэкологических условий, могут распространяться в пределах определенного региона с аналогичными условиями. При аг-роэкологической группировке и оценке необходимо располагать сведениями о почвенно — климатических, геоморфологических особенностях территории, ее сельскохозяйственном использовании. В первую очередь определяется принадлежность к единицам почвенно — географического, природно — сельскохозяйственного, ландшафтного районирования с характеристикой основных категорий ландшафтов.

С учетом основных квалификационных признаков конкретной территории выделяются категории земель, формируются ландшафтные массивы, проектируются соответствующие типы arpoландшафтов. Название, значимость и содержание агроландшафта определяется прежде всего типом рельефа, растительностью, угодиями и уточняется степенью использования и хозяйственной деятельности.

Рельеф оказывает доминирующее влияние на формирование почвенного покрова и растительных ассоциаций (биоценоза), поэтому он используется одним из основных интегрированных показателей для выделения ландшафтных структур первого уровня. В лесостепных и степных районах Саратовской и Ульяновской области области выделяют шесть основных типов агроландшафтов (60, 70, 141):

1. Плакорно-равнинный (плато, приводораздельные склоны крутизной до 1°) .

2. Склоново-ложбинный (пологие склоны крутизной 1−3° с ложбинами, без оврагов).

3. Склоново-овражный (склоновые овраги больших размеров, склоны 3−5°).

4. Балочно-овражный (балки с береговыми оврагами, склоны 5−8°).

5. Крутосклоновый (крутосклоны больше 8°, густая сеть оврагов и промоин).

6. Пойменный (долины больших, малых и средних рек).

Ландшафтное земледелие должно обеспечить экологически безопасное и экономически целесообразное использование природных и антропогенных энергетических ресурсов. Природный ландшафт саморегулируется и для того, чтобы сельскохозяйственный ландшафт был экологически сбалансированным и устойчивым, необходима система земледелия, построенная на закономерностях природного ландшафта.

В нашей стране ветровая и водная эрозия почв достигла угрожающих размеров. Ею подвержено 475 млн. га сельскохозяйственных угодий, из них 117 млн. га пашни. Протяженность оврагов превысила 1 млн. км и ежегодно увеличивается на 26 тыс.км. Они уже занимают площадь более 15 млн. га (54).

По характеру и масштабам эрозионных процессов Приволжская возвышенность является одним из наиболее эродированных районов России. Только в Ульяновской, Пензенской, Куйбышевской, Саратовской и Волгоградской областях смыву подвержено более 8 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе 5,7 млн. га пашни (143).

Эти цифры говорят о том, что в условиях хозяйственной деятельности человека происходит деградация почвенной структуры, снижается водопроницаемость почвы (11).

Эрозия почв оказывает серьезные отрицательные воздействия на окружающую среду. В водоемы ежегодно смывается до 1,5 млрд. т продуктов разрушения почв вместе с накопившимися в них токсичными веществами, а также около 30% вносимых на поля пестицидов и минеральных удобрений. Это приводит к загрязнению водоемов, губительное последствие которого не уступает сбросу неочищенных промышленных и других стоков, а также к заилению и обмелению рек, усилению наводнений и другим отрицательным явлениям (54).

По оценкам специалистов Службы охраны почв США, ежегодно изза водной эрозии здесь теряется 2 млрд. т, а из — за ветровой -1,1 млрд. т плодородного верхнего слоя почвы. Материальные потери от почвенной эрозии за год приближенно оцениваются в 40 млрд.дол., 44% пашни страны подвержено эрозии. В южных и западных штатах на 60% пашни ежегодные потери от эрозии превышают 12,5 т/га. За 30 — 40 лет почвы Великих равнин потеряли около 30% гумуса, что обусловило примерно такое же снижение урожаев полевых культур. При сохранении существующей интенсивности эрозии к 2003 году урожайность ведущих культур — кукурузы и сои — может снизиться на 15 — 30% (156).

В изучение вопросов эрозии почвы внесли большой вклад Вильяме В. Р. (25), Высоцкий Г. М. (26), Козменко A.C. (67, 68), Сильвестров С. И. (120), Соболев С. С. (118, 119), Сдобников С. С. (ИЗ, 114), Черемисинов Г. А. (139), Сус Н. И. (125), Заславский М. Н. (43, 44, 45, 46) и многие другие.

Борьба с эрозией в агроландшафте должна проводиться комплексно на всей территории землепользования. Почвозащитные комплексы в ландшафтном земледелии должны разрабатываться для каждого конкретного водосбора. Выполнение их должно осуществляться по всему ложбинному водосбору, где наблюдается опасность деградации почв.

— И.

Ложбинные водосборы сопряжены с водосборами высших порядков (ло-щинный, балочный, долинный и т. д.) (98).

В России к настоящему времени достигнуты большие успехи в разработке противоэрозионных схем комплексной защиты эродированных arpoландшафтов. На основе исследований Я. В. Корнева (72), A.C. Козменко (67, 68), С. С. Соболева (119), С. И. Сильвестрова (120), И. Д. Брауде (20, 21), А. И. Скачкова (121), Г. П. Сурмача (122, 123), Н. К. Шикулы (147, 148), А. И. Шабаева (142) и других ученых разработан комплекс организационных, гидротехнических, фи-тои лесомелиоративных мероприятий. Однако нередко отдельные аг-роприемы, лесные насаждения или гидротехнические сооружения на эродированных землях, направленные на ослабление эрозионных процессов, проводятся и создаются без взаимной увязки и без учета конкретных физико-географических условий региона. М. Н Заславский (44), Е. С. Павловский (94), А. И. Крупчатников (80) и другие ученые не раз обращали внимание на необходимость применения комплекса мелиоративных работ на целых водосборах.

Поэтому эффективная защита почв от эрозии невозможна без реализации полного комплекса противоэрозионных мероприятий, на что в соответствии с Генеральными схемами противоэрозионных мероприятий республик, краев и областей потребуется более 45 лет. Однако в связи с тем, что реализация Государственной комплексной программы повышения плодородия почв России практически не осуществляется, следует ожидать увеличения ежегодной деградации и безвозвратной потери почв вследствие водной и ветровой эрозии (105).

Впервые идею комплексного подхода с охватом целых водосборов для борьбы с водной эрозией почв предложил A.C. Козменко (67). Почвозащитный комплекс мер представляет собой систему взаимосвязанных организационнохозяйственных, агротехнических, луго — лесо — и гидромелиоративных мероприятий. Его осуществление должно обеспечить одновременное проведение на территории хозяйства мероприятий, предотвращающих все природные и хозяйственные отрицательные факторы и открывающих возможности направленного повышения производительной способности земли (123, 131).

Так как поверхностный сток формируется с водораздела, защиту почв необходимо начинать с водораздельной линии водосбора овраж-но-балочной системы до устья оврага или балки последовательно. Почвозащитные мероприятия должны основываться на гидрологических расчетах и быть экономически обоснованными (98).

Нерегулируемый поверхностный сток талых вод на крутых склонах является одним из решающих факторов развития водной эрозии (129). Важность задержания местного стока с целью увлажнения почвы отмечалась Афониным A.M. (9), Шишкиным А. Н. (149).

В процессе водного стока выносится большое количество земли, а с ней много азота, фосфора и калия в усвояемой форме (119). Докучаев В. В. (35) писал, что «с вершин холмов и повышенных участков всегда мыслим сток вод атмосферных, а, следовательно, и снос всех смывающихся элементов почвыглины', гумуса, углесолей и прочее» .

Задача заключается в том, чтобы в зоне недостаточного неустойчивого увлажнения полностью задержать влагу осадков на месте их выпадения (97).

Науке и практике известно, что каждые 10 мм задержанных и правильно использованных талых вод дают дополнительно центнер зерна. По подсчетам Всесоюзного научно — исследовательского института гидротехники и мелиорации, ежегодные потери талых вод вызывающих смыв почвы, составляют 50−60 миллиардов кубометров. Если задержать их на полях степи и лесостепи, то это даст дополнительно около 2 миллиардов пудов зерна. Задержание талых вод на полях — одно из важнейших мероприятий по борьбе с эрозией почв (10).

Оценка отдельных противоэрозионных приемов показала, что они обладают различной водоудерживающей способностью и в большинстве случаев не обеспечивают задержание среднегодовой величины стока.

На основании многолетних наблюдений и расчетов, исходя из фактического распределения стока различной обеспеченности, необходимо задержать талой воды дополнительно (сверх поглощения уго-диями) на полях, вспаханных на зябь с серыми лесными почвами и оподзоленными черноземами 25−30 мм (50%) — с обыкновенными черноземами 10−15 мм (30%) — на полях с растительным покровом 40−60 мм (124).

Постолов В. Д. (98), исходя из раздела по интенсивности смыва на пять классов (Ц.Ч.З), показал комплекс организационных противоэрозионных мероприятий каждого класса в агроландшафтах.

На землях каждого класса (смыв до 3 т/га) — 90% пашни рекомендуется трёхрядные полезащитные лесные полосы с расстоянием между ними 400−500 м, на 10% - полосные посевы (шириной 85−100 м).

Для земель второго класса (3−10 т/га) — узкие стокорегулирую-щие лесные полосы с валами канавами через 300−400 мнапашные валы — террасы 55−85 м (размещение прямолинейно — контурное и контурное) и полосные посевы шириной полос 75−85 м на 20% площади.

На землях третьего класса (10−20 т/га) — размещение стокоре-гулирующих лесных полос, усиленные валами — канавами (расстояние между ними 220−260 м) — на 3% площади — полосные посевы с шириной полос 55−85 м.

Для четвертого класса земель (20−40 т/га) — размещение контурно — параллельно узких стокорегулирующих лесополос с валамиканавами через 175−220 мна поперечно — прямых склонах напашные валы — террасы через 55−75 м, на южных склонах — контурные кустарниковые кулисы- - на 40% площади контурно — полосные посевы с шириной полос 55−75 м.

На землях пятого класса (смыв более 40 т/га) — контурные лесные полосы с валами — канавами через 110−135 м, на прямых склонах — напашные валы — террасы через 30−45 мна более 50% площадиконтурно — полосное возделывание сельскохозяйственных культур, шириюна полос 28−35 м.

Приведенные выше мероприятия позволят до минимума сократить эрозионные процессы в агроландшафтах, повысят плодородие почв и их продуктивность.

ВЫВОДЫ.

Проведенные исследования по изучению эффективности элементов противоэрозионного комплекса на базе ОПХ «Новоникулинское» Ульяновской области позволяют сделать следующие выводы:

1. Внедрение противоэрозионного комплекса дифференцированного по типам агроландшафтов, позволило до минимума свести развитие водной эрозии и полностью предотвратить дефляцию почв. Зарегулирован сток талых вод на водосборах, приостановлен рост оврагов и балок, водотоки задернены и используются для сенокошения и выпаса скота.

2. Созданная система защитных лесных насаждений оказывает положительное влияние на дополнительное накопление и равномерное распределение снежного покрова, снижение поверхностного стока и смыва почвы на прилегающих полях, что в свою очередь, обеспечивает увеличение запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы на 67,5−150,4 мм, и повышение урожайности зерна яровой пшеницы до 8,8 ц/гаячменя — 5,2- зеленой массы кукурузы — 128 ц/га.

3. В зоне влияния лесных полос, на склоново-овражном типе аг-роландшафта, накапливается больше нитратного азота (на 30%) по сравнению с открытым полем.

4. В склоново-овражном типе агроландшафта (склон 3−5°), кроме размещения системы лесных полос, требуется провести ряд дополнительных противоэрозионных мероприятий, включающих в себя: водоза-держивающий земляной вал в нижней части водосбора и напашные валы-террасы, позволяющие предотвратить смыв почвы с водосбора в количестве 3,6 т/га.

5. Для усиления противоэрозионной устойчивости на склоно-во-ложбинном типе агроландшафта необходимо формировать рубежи второго порядка из валов-террас и буферных полос. Буферные полосы из сеяных трав, размещенных по парам, предотвращают смыв почвы до 2,6 т/га.

6. Комплекс агромелиоративных мероприятий позволил вовлечь в интенсивное сельскохозяйственное использование ранее «бросовые» земли и способствовал улучшению питательного режима почвы. За 30 лет эксплуатации на водосборе увеличилось содержание гумуса на 0,2−0,4%, подвижных форм фосфора на 0,5−7,0 и обменного калияна 2,5−5,9 мг на 100 г почвы.

7. Полученные количественные данные по сопротивлению размыва почвы эрозионной устойчивости пахотных склоновых земель, является основой для крупномасштабного картографирования (районирования) эрозионной устойчивости территории. Карта эрозионной устойчивости земель является основой для почвозащитного обоснования проектов внутрихозяйственного землеустройства и системы земледелия на ландшафтной основе.

8. Результаты мониторинга снежного покрова, талой воды и грунтовых вод показали, что атмосферные осадки вносят существенный вклад в загрязнение arpoландшафтов. Устойчивое техногенное загрязнение снежного покрова химическими элементами прослеживалось при удалении до 50 км от города Ульяновска. При этом превышение ПДК составило по никелю в 11−13, по кадмию в 2 раза. Анализ сельскохозяйственной продукции на содержание в ней тяжелых металлов показал превышение МДУ по хрому в 5−11 раз.

9. Система лесомелиоративных на склоновых типах arpoландшафтов является экономически выгодным мероприятием и может успешно применяться на агроландшафтах Ульяновской области. Так, выход продукции с 1 га в среднем по трем типам агроландшафта был выше на 26−30%, а себестоимость полученной продукции в плакорно-рав-нинном типе агроландшафта была ниже на 18−26%, в склоново-ложбин.

— 111 ном — на 12−13%, а в склоново-овражном — на 16−31%, чем на середине поля, где влияние лесополос было минимальным.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Провести группировку сельхозугодий по типам агроландшафта на основе крутизны склонов и противоэрозионной устойчивости склоновых земель. Использовать эффективные элементы противоэрозионно-го комплекса при конструировании типов агроландшафтов по опыту ОПХ «Новоникулинское» .

2. Рекомендуется на склоново-ложбинном типе агроландшафта создавать напашные валы-террасы, расположенные точно по горизонталям местности.

3. В вершинах оврагов необходимо создавать водозадерживающие земляные валы с последующим залужением многолетними травами.

4. Для предотвращения ливневой эрозии на чистых парах на склоново-ложбинном агроландшафте необходимо высевать буферные полосы из многолетних трав или зернобобовых культур по горизонталям.

5. Продолжить создание системы защитных лесных насаждений в Ульяновской области, особенно на склоновых типах агроладшафтов.