Влияние водопроницаемости биологически активного слоя чернозема выщелоченного на развитие водной эрозии

(1)

где: V - скорость впитывания и фильтрации (в мм в 1 минуту);

Q - расход воды (в см3);

S - площадь инфильтрационной колонки (в см2);

t - время опыта (в мин).

Результаты, полученные при температуре воды t0C (Vt), приводят к температуре 100С по формуле Хазена: а затем строят график. Водопроницаемость определяют в 2-3-кратной повторности.

часы

Рисунок 5 - Изменение во времени водопроницаемости чернозема выщелоченного среднесуглинистого (по Н.Ф. Созыкину).

Затем по шкале М.А. Качинского оценивают водопроницаемость почв (таблица-5).

Таблица 5 Шкала оценки водопроницаемости почв по М.А. Качинскому

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Эрозия почв, как фактор деградации почвенного покрова и экологической опасности оценивается, прежде всего, интенсивностью смыва и объёмом перемещаемого почвенного субстрата. Проектирование противоэрозионных и почвозащитных мероприятий требует количественных оценок этих показателей, которые получают в настоящее время с помощью опытно - статистических моделей эрозий. Наиболее точно интенсивность эрозии оценивается многолетними наблюдениями на стоковых площадках, служащих основной базой при разработке количественных моделей. Однако на территории России до 80-х годов не проводилось регулярных наблюдений за смывом почв при выпадении осадков. Все модели опираются на региональные данные и требуют проверки альтернативными методами.

Настоящий раздел посвящён разработке модели зависимости водопроницаемости гумусового аккумулятивного горизонта от структурности почвы.

3.1 Водопроницаемость опытного участка и его связь со степенью эродированности

Водопроницаемость эродированных почв значительно убывает по сравнению с почвами не эродированными. Сокращение водопроницаемости эродированных почв объясняется ухудшением их водно - физических свойств. Они обладают меньшим количеством водопрочных агрегатов, поэтому в процессе выпадения осадков в поверхностном слое агрегаты быстро разрушаются и почва оплывает. Пылеватые частицы забивают поры, вследствие чего на поверхности образуется уплотнённый слой (почвенная корка), который препятствует впитыванию воды в почву. Суммарное количество воды поглощённой выщелоченным чернозёмом на слабо эродированной почве на 28 %, на средне эродированной - 34 % и на сильно эродированной - 53 % меньше, чем на не эродированной почве.

М.Н. Заславский (1970) в своей работе приводит данные по водопроницаемости неэродированных и сильноэродированных чернозёмов (таблица 6).

Таблица 6-Водопроницаемость неэродированного и сильноэродированного чернозёма выщелоченного на разных экспозициях склона

У сильно смытых почв мощность гумусового горизонта в 3 - 4 раза меньше, чем у не смытых; значительно сокращается содержание гумуса в верхнем горизонте почвы; увеличивается объёмный вес почвы. Всё это взаимосвязано и приводит к значительному сокращению водопроницаемости сильноэродированных почв. Установившаяся к концу первого часа опыта скорость впитывания на сильно смытых почвах в 3 - 4 раза меньше, чем на несмытых.

Увеличение смытости гумусового горизонта у чернозёма на 1 % приводит к увеличению коэффициента стока тоже на 1%, а при смытости всего гумусового горизонта коэффициент стока увеличивается приблизительно в 2 раза.

Г.И. Швебсом (1974) были поставлены опыты по изучению влияния смытости почв на впитывание методом искусственного дождевания, когда все прочие условия, включая влажность почвы, были примерно одинаковые (таблица 7).

Таблица 7-Водопроницаемость почв различной степени смытости при интенсивности дождевания 1,50 мм/мин

Затем опыты были продолжены на стерне пшеницы и на вскопанном участке. Здесь также наблюдалось сокращение интенсивности впитывания по мере увеличения смытости почвы. Влажность несмытых почв при этом на 7 - 10 % выше, что в какой то мере уменьшило различие в величинах впитывания. Причём при интенсивности дождевания 1,5 мм/мин влияние смытости почв на вскопанном участке проявлялась больше, чем на стерне, при интенсивности же дождевания 2,5 мм/мин влияние сытости было больше на стерне (таблица-8).

Таблица 8-Влияние смытости чернозёма выщелоченного на его водопроницаемость и сток при различной интенсивности (i) и слое дождя (Р)

При увеличении интенсивности дождя в 1,67 раза интенсивность впитывания истока на несмытых почвах возросли примерно одинаково, на средне смытых же почвах увеличение стока происходило интенсивнее, чем впитывание, особенно на стерне (в 2,3 раза - сток и в 1, 25 раза - впитывание).

Г.И. Швебс отмечает также что уменьшение впитывания наблюдается не только при установившимся режиме, а проявляется с самого начала опыта. Правда, по мере развития стока, влияние эродированности увеличивается на (рисунке 6) показана динамика величины относительного изменения впитывания ( f = K'0/K0, где K'0 и K0 - интенсивности впитывания на смытой и не смытой почвах) во времени для почв с различной степенью смытости гумусового горизонта.

Рисунок 6 - Изменение относительной величины впитывания (f) во времени:

1 - слабосмытые почвы, 2 - среднесмытые, 3 - сильносмытые.

Из графика видно, что величина f по мере развития стока постепенно уменьшается. Так как это уменьшение не столь значительно, то для практических целей Г.И. Швебс предлагает принимать следующие средние значения f: для несмытых - 1,0, для слабосмытых - 0,80, для среднесмытых - 0,65 и для сильносмытых - 0,55.

Обобщение наблюдений позволяет построить график относительного изменения впитывания (f) при относительном изменении величины гумусового горизонта (Н'/Н, где Н' и Н - мощности гумусового горизонта смытой и несмытой почв). На основании этого графика можно прийти к выводу о существовании вполне определённой зависимости установившейся интенсивности впитывания от смытости почв: с увеличением степени смытости почвы водопроницаемость чернозёма выщелоченного уменьшается в криволинейной зависимости.

3.2 Зависимость водопроницаемости гумусового аккумулятивного горизонта от структурности

Почвы разной структурности отличаются химическим составом и физико-химическими свойствами, физическим состоянием, водно - воздушным и тепловыми режимами, всё это обуславливает различный уровень их плодородия. Поэтому степень структурности почв непременно связана с учётом решения многих вопросов нерационального использования земель, повышения урожая культур, восстановления плодородия. Структурность необходимо учитывать при размещении сельскохозяйственных угодий, подборе культур, планировании видов, норм и способов внесения удобрений, обоснование способов вспашки и других приёмов обработки.

В лабораторных условиях нами была смоделирована различная степень оструктуренности почв: отличная, хорошая, удовлетворительная, плохо оструктуренная и очень плохо оструктуренная почва. Затем в лабораторных условиях была определена их водопроницаемость по выше описанной методике. Обработав данные, мы получили криволинейную зависимость водопроницаемости от структурности почвы, приведенную на рисунке 7.

6

Эта зависимость описывается уравнением, по которому, подставляя данные структурности можно установить водопроницаемость чернозема выщелоченного, не проводя трудоемких инструментальных измерений в поле. Согласно рисунку 7 водопроницаемость зависит в значительной мере от структурности почвы. При очень плохо оструктуренной почве (содержание агрономически ценной структуры 20%) водопроницаемость неудовлетворительная (< 30 мм), а при отличной структурности (содержание агрономически ценных агрегатов 80 %) водопроницаемость наилучшая (около 100 мм).

3.3 Структурность чернозема выщелоченного и ее агроэкологическая оценка

Структурность почвы является важным и характерным признаком генетической и агропроизводственной характеристики почв. Под структурностью почвы понимается ее способность естественно распадаться на почвенные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов. Распределение структурных агрегатов в массе почвы в соответствии с их размерами называется структурным составом почвы. Показатели агроэкологической оценки почв определяются наличием агрономически ценных агрегатов, имеющих размеры от 0,25 до 10 мм [1]. Образование почвенной структуры происходит под влиянием физических, физико-химических, химических и биологических факторов. Особенно большое влияние на структурный состав почвы оказывает механическая обработка. Под воздействием основной обработки почвы с оборотом пласта усиливается минерализация органического вещества, сокращается количество цементирующего механические элементы вещества, и это вызывает распыление агрономически ценных агрегатов.

Известно, что структурность и плотность сложения почвы тесно коррелируются с содержанием органического вещества [2]. Эти показатели агрофизических свойств могут регулироваться, в том числе и внесением органических удобрений. Большую тревогу научной общественности вызывает ухудшение гумусного состояния чернозема [3]. Вследствие этого наблюдается ухудшение водно-физических свойств: уплотнение почвы, снижение влагоемкости, водопроницаемости, развитие процессов водной эрозии.

От структурности в значительной мере зависят водно-физические свойства вообще и водоудерживающая способность почвы в частности. Это свойство обеспечивает устойчивую жизнедеятельность биогеоценоза в длительные бездождные периоды и характеризует почву как важнейший компонент биосферы. Водоудерживающая способность чернозема определяется объемом капиллярной пористости, которая тесно коррелируется с содержанием агрономически ценной структуры почвы [4].

Почвенная структура - это динамичный показатель, она разрушается и восстанавливается под влиянием комплекса факторов. Управление ими позволяет поддерживать почву в необходимом структурном состоянии и на этой основе управлять плодородием. Поскольку плодородие первично по отношению к урожаю, его воспроизводстве - обязательное и незаменимое условие интенсивного земледелия. В этой связи изучение структуры чернозема выщелоченного проблема актуальная.

В процессе исследований решали следующие задачи; структурный анализ чернозема выщелоченного при различном балансе органического вещества в пахотном горизонте (0-20 см). Поставленная цель может быть достигнута путем последовательного и поэтапного решения задач. Задачи исследований включали в себя:

анализ структуры чернозема выщелоченного в пашне;

анализ структуры чернозема выщелоченного под покровом многолетней естественной растительности;

-математическую обработку и агроэкологическую оценку структуры чернозема при различном балансе органического вещества в пахотном горизонте.

Объектом исследований служил чернозем выщелоченный, который сформировался на Зауральской эрозионно-денудационной равнине. Экспериментальный участок был заложен на северо-восточном склоне замкнутой впадины с визуально определенным уклоном 1,5-2,0 %. Поверхность экспериментального участка представлена целиной и пашней. Вдоль склона было заложено шесть основных разрезов по три разреза на целине и пашне. Для изучения структурности сверху вниз по склону с интервалом 7 м отобрали из пахотного горизонта (0-20 см) почвенные образцы для агрегатного анализа в 22 повторениях. После сушки в специальном помещении почвенные образцы подвергли агрегатному анализу по методу Н.И. Саввинова [1]. Результаты агрегатного анализа обработали методом математической статистики [5]. Агроэкологическая оценка структуры чернозема выщелоченного выполнялась по СИ. Долгову и П.У. Бахтину. Оразцы почвы в воздушно-сухом состоянии, отобранные на экспериментальном участке, подвергли агрегатному анализу. Результаты сухого агрегатного анализа чернозема выщелоченного целинного и пахотного сведены в таблицу 9.

Таблица-9 Результаты агрегатного анализа чернозема выщелоченного (Г.А. Панов, 2004)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6