Влияние водопроницаемости биологически активного слоя чернозема выщелоченного на развитие водной эрозии

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Почвенно-климатические условия проведения опыта
2.1.1 Общая характеристика климатических условий 2.1.2 Характеристика почв лесостепи 2.2 Описание почвенных монолитов 2.3 Определение водопроницаемости в полевых условиях методом заливки площадок 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Водопроницаемость опытного участка и его связь со степенью эродированности 3.2 Зависимость водопроницаемости гумусового аккумулятивного горизонта от структурности 3.3 Структурность чернозема выщелоченного и ее агроэкологическая оценка 4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 4.1 Охрана труда 4.1.1 Значение и задачи охраны труда 4.1.2 Безопасность труда в агрохимических лабораториях 4.1.3 Требования безопасности при проведении немеханизированных работ 4.2 Охрана природы 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ На Южном Урале, в России и во всем мире остро стоит проблема агрогенной деградации почв. Под агрогенной деградацией почв понимается неуклонное снижение запасов органического вещества в биологически активном слое и как следствие ухудшение агрофизических свойств. Проблема эта обостряется в связи с ростом населения, увеличением потребности в сельскохозяйственных продуктах питания и снижением площади пашни в расчете на душу населения. Это обстоятельство требует необходимости рационального использования и охраны сельскохозяйственных угодий и пашни в том числе. По данным М.Н. Заславского (1970), за последнее столетие эрозия и дефляция уничтожили около 2 млрд. га. Это больше, чем сейчас находится в обработке земель. Примерно 1/7 суши в результате эрозии и дефляции уже выбыла из сельскохозяйственного использования, отмечает В.А. Ковда (1974). Он пишет, что «ежегодно в мире теряется примерно до 6-7 млн. га почвы». С одной стороны при существующей средней урожайности сельскохозяйственных культур ежегодно находится в использовании около 30 млн. га, а с другой – человечество теряет ежегодно 6-7 млн. га пашни. Чтобы удовлетворить растущую потребность населения в продуктах питания, необходимо развивать их производство в двух направлениях: в направлении повышения урожайности возделываемых культур и расширение посевных площадей за счет распашки залежей, вырубки леса и т. п. Приоритетным является первое направление. Непрерывный рост урожайности, необходимо проводить на основе повышения плодородия почв. Защита почв от эрозии является важнейшим направлением роста урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур. Трудно переоценить актуальность этой проблемы с точки зрения охраны и рационального использования земельных ресурсов планеты. Защита почв от эрозии проблема актуальная для всех стран мира и в том числе для нашей страны. Около 55% территории нашей страны находится в северном полушарии, где земледелие испытывает дефицит тепла, большие горные массивы труднодоступные для развития земледелия. Примерно 1/3 всех сельскохозяйственных угодий нуждается в коренной мелиорации, и только 12% земель находится в степной и лесостепной зоне, наиболее благоприятных для земледелия, но и эти земли периодически подвергаются засухе. «…Почва, будучи продуктом природы, при правильном использовании может и должна не изнашиваться, не выбывать из строя, как станки и машины». Защита почв от эрозии – важное звено в проблеме охраны и рационального использования земельных ресурсов. Эрозия не только снижает плодородие почв на склонах и разрушает землю растущими оврагами, но и во многих случаях она активизирует проявление ряда других почворазрушающих процессов: дефляции, оползней, просадок, осыпей обвалов, селей, абразий и др. Отложение наносов подпочвы, особенно при их выносе из устий оврагов, резко снижает плодородие почв в балках. Рост русловых наносов в речной сети в связи с подъемом уровня грунтовых вод нередко приводит к заболачиванию пойменных земель на больших площадях, а при высокой концентрации солей – к засолению. Эрозия – одна из причин наводнений, при которых пойменные земли нередко заносятся мощным слоем аллювия. Дефляция на подветренных склонах влечет утрату плодородия почвы их погребение под менее плодородным слоем почвы, а иногда и подпочвы. Кроме огромного ущерба, который эрозия почв и дефляция наносят состоянию земельных ресурсов, они отрицательно влияют на водные ресурсы. В результате сильной эрозии и дефляции резко возрастает мутность воды, снижается ее качество. При эрозии вместе со склоновым стоком в пруды, реки, водохранилища смываются вносимые в почву удобрения и другие химические препараты, применяемые в сельском хозяйстве. На эродированных почвах ухудшаются условия жизни флоры и фауны. Уменьшение содержания ряда химических микро- и макроэлементов может способствовать развитию болезней фитоценозов. Таким образом, защита почв от эрозии и дефляции является главной проблемой охраны окружающей среды. Целью исследований являлось определение влияния водопроницаемости биологически активного слоя чернозёма выщелоченного на развитие водной эрозии. Задачи исследований: 1. Определить водопроницаемость целинного и пахотного чернозема выщелоченного на опытном участке и установить её связь со степенью эродированности. 2. Установить зависимость водопроницаемости биологически активного слоя чернозема выщелоченного от его структурности. 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ На земной поверхности развиты различные процессы денудации (лат. denudatio – обнажение, совокупность процессов разрушения горных пород в пониженные участки, приводящих к выравниванию рельефа), связанные с отделением, переносом и отложением поверхностного слоя почвы и горных пород ледниками, талыми и дождевыми водами, ветром и другими агентами денудации. Природные процессы денудации протекают очень медленно. Так, например, если со склонов, покрытых девственным лесом, в год с 1 га смывается 5-10 кг почвы, то при такой интенсивности процесса для смыва слоя почвы в 20 см потребуется 200-400 тыс. лет. В то же время ежегодно восстанавливается 1-5 т. почвы на 1 га. В этом случае на формирование 20 – сантиметрового слоя в различных почвенно-климатических зонах потребуется 400-2000 лет. Таким образом, в естественных условиях при хорошем растительном покрове почвы со склонов обычно смываются значительно медленнее, чем формируются. И.П. Герасимов (1973) высказывал мнение, что постепенное обновление верхнего слоя почвы в результате сноса более выщелоченных поверхностных слоев и приближения к дневной поверхности подстилающих пород - для многих территорий полезный процесс непрерывного обновления почвы. Однако положительный процесс обновления почвы, который протекает в естественных условиях под сомкнутым растительным покровом, приобретает резко негативный характер, когда уничтожается растительный покров и неправильно используется земля. В этом случае создаются условия для чрезвычайно интенсивного проявления природных процессов, что приводит к быстрому и сильному разрушению почвенного покрова.
Под термином «эрозия» понимается разъедание, разрушение почвы вследствие ее смыва поверхностным стоком воды. По скорости проявления эрозию почв разделяют на нормальную и ускоренную. Нормальная эрозия - когда снос почвы не превышает темп почвообразовательного процесса, а ускоренная – когда снос почвы превышает темп почвовообразования, в результате чего снижается почвенное плодородие. В разных природных зонах почвообразовательные процессы различаются между собой по интенсивности обмена массой и энергией между почвой и окружающей средой. У большинства почв скорость почвообразования колеблется от 0,2 до 0,5 мм/год. Однако следует признать, что количественная оценка темпа почвообразовательного процесса – очень сложный и весьма слабо изученный вопрос. В США для разных типов почв установлены допустимые величины эрозии в пределах от 2,25 до 11,25 т/га в год. На основе литературных источников М.Е. Бельгибаев и М.И Долгилевич (1970) приводят следующие предельно допустимые величины эрозии: для дерново-подзолистых почв – 0,87 мм/год, для черноземов – 0,28 мм/год, для каштановых почв – 0,36 мм/год, для сероземов – 0,27 мм/год. Однако, Н.Ф. Ганжара и Л.Н. Ганжара (1983) считают, что эти величины методически неправильно рассчитаны. Они предлагают определять предельно допустимую величину эрозии в различных регионах по количеству поступающей в почву органики в виде пожнивных остатков, корней и вносимых органических удобрений.
Иногда нормальную эрозию называют естественной или геологической, а ускоренную – антропогенной. Последнее название эрозии не совсем правильное, так как иногда ускоренная эрозия может проявляться и без воздействия человека и, наоборот, хозяйственная деятельность человека может не допустить проявления нормальной эрозии. Выделяют различные виды эрозии в зависимости от того, стоками каких вод она вызывается: талых, дождевых или орошения (ирригационная эрозия). Кроме того, эрозия иногда возникает в результате сезонного выхода на поверхность грунтовых вод, а также сброса на почвенный покров сточных вод в процессе неправильной эксплуатации различных инженерных сооружений. Эрозия подразделяется на поверхностную эрозию, или смыв почвы и линейную эрозию, или размыв почвы и подстилающих пород. Эти два процесса воздействия стекающей воды на почву образно можно сравнить с действием напильника и пилы. Смыв почвы часто называют плоскостной эрозией; однако вместо этого термина лучше применять термин поверхностная эрозия, так как склон не представляет собой идеальной плоскости, по которой мог бы осуществляться именно плоскостной смыв почвы. Вода со склонов почти всегда стекает не сплошным слоем, а струями. Они-то и вызывают смыв поверхностного слоя почвы. В результате на пахотных склонах, если не применялись специальные меры против эрозии, то после стока талых вод, как и после выпадения ливней, мы часто видим струйчатые размывы различных размеров: глубиной от 2-3 мм до 25-30 см (на всю глубину вспашки) и шириной от 3-4 мм до 30-40 см. Иногда размывы достигают ширины 2-3 м. После вспашки или обработки почвы культиватором струйчатые размывы заравниваются. При очередном снеготаянии или ливне они снова образуются и снова заравниваются во время обработки почвы, и т.д. Многократное образование струйчатых размывов и их систематическое заравнивание постепенно приводят к тому, что мощность гумусового горизонта почвы уменьшается. Так в результате смыва поверхностного слоя образуются смытые почвы с укороченным почвенным профилем. В зависимости от величины смытого слоя выделяют слабосмытые почвы, среднесмытые почвы, сильносмытые почвы, а иногда и очень сильносмытые почвы. Согласно классификации, разработанной Почвенным институтом им. В.В. Докучаева: Слабосмытые – смыто до 30% первоначальной мощности гумусового горизонта; в пашню вовлекается небольшая верхняя часть горизонта В1. Среднесмытые – гумусовый горизонт смыт на 30-50%; при вспашке значительная часть или весь горизонт В1 вовлекается в пахотный слой, последний подстилается переходным горизонтом В2. Сильносмытые – смыта большая часть гумусового горизонта, распахивается и часть горизонта В2, окраска пашни близка к цвету породы. Струйчатые размывы одновременно могут способствовать и зарождению линейной эрозии. Если струйчатые размывы не заравнивать, то при очередном снеготаянии или ливне они становятся коллекторами, концентрирующими поверхностный сток вод, и перерастают в типично линейные формы эрозии – сначала в промоины, а затем в овраги. Таким образом, в результате струйчатого стока и струйчатого смыва почвы развиваются как поверхностная, так и линейная эрозия. Эрозия почв вызывается временным поверхностным стоком вод. Следовательно, она может проявляться на территориях, где выпадают осадки, способные образовать поверхностный сток воды. В зависимости от характера выпадения осадков создается различная степень потенциальной опасности для формирования стока талых вод или дождевых осадков. Но для одних осадков недостаточно для формирования стока. Для этого местность должна иметь уклон. В зависимости от крутизны склонов и других условий рельефа, влияющих на скорость поверхностного стока осадков, создается различная степень потенциальной опасности эрозии. На возможность и интенсивность проявления эрозии большое влияние оказывают свойства почв, определяющие их водопроницаемость и противоэрозионную устойчивость. Чем ниже водопроницаемость и противоэрозионная устойчивость почв, тем большая создается опасность для проявления эрозии. На развитие линейной эрозии большое влияние оказывает также характер подстилающих пород. Еще одним условием для развития эрозии является разреженный растительный покров, не способный полностью защитить почву от эрозии. Однако всегда следует помнить, что природные условия создают лишь предпосылки для возникновения антропогенной эрозии, но непосредственная причина ее проявления – это хозяйственная, вернее, бесхозяйственная деятельность человека, связанная с неправильным использованием склоновых земель. Между всеми факторами, создающими возможность для проявления эрозии, существует тесная связь. И, рассматривая влияние даже отдельных факторов на ее развитие, мы всегда должны иметь в виду, что в действительности все явления и процессы в природе тесно взаимосвязаны. При одном сочетании условий климата, рельефа, геологии, почвенного и растительного покрова эрозия вообще не возникает; при другом сочетании может появиться небольшая опасность для ее возникновения; при третьем сочетании эрозия не только проявится, но и примет катастрофический характер. Рельеф, почвенный покров и растительность, влияя на развитие эрозии, сами со временем изменяются под воздействием эрозионных процессов. Это одно из проявлений закономерной взаимосвязи причин и следствия. Поэтому природные условия необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи с теми изменениями, которые происходят в результате проявления эрозии. В природе редко встречаются случаи, чтобы на одной территории природные условия исключали возможность проявления эрозии, а на другой – создавали опасность сильного ее развития. Зная роль отдельных природных факторов и их сочетание в проявлении эрозии, можно соответствующими мерами предупредить или ограничить влияние неблагоприятных природных условий.
Значение природных закономерностей эрозионных процессов – необходимая основа для разработки системы мер против эрозии. Чем более территория эрозионно опасна, тем надежнее должны быть приемы защиты почв от нее. При этом меры, предупреждающие эрозию, должны быть в первую очередь направлены на то, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние тех природных факторов, которые создают наибольшую опасность для проявления эрозии.
Почва – это тот самый объект, плодородие которого подвергается разрушению поверхностным стоком осадков. Поэтому свойства и состояние почв не могут не оказывать существенного влияния на развитие эрозионных процессов. Опасность развития эрозии тесно связанна со следующими факторами: 1) водопроницаемость, которая наряду с интенсивностью осадков определяет возможность и интенсивность формирования стока; 2) противоэрозионной устойчивостью почв – их способностью противостоять смыву и размыву, водным потокам и 3) общим уровнем плодородия почв, во многом обусловливающим уровень способности сельскохозяйственных культур защищать почву. Водопроницаемость является важнейшим свойством почвы, которое лучше всего характеризует почву в физическом отношении и определяет ее водный режим. От величины водопроницаемости в значительной степени зависит водный баланс почв, в том числе поверхностный сток, а, следовательно, и увлажнение почвы. С водопроницаемостью почв и грунтов связаны многие проблемы, имеющие актуальное хозяйственное значение. Знание этого свойства почвы необходимо в гидрологической практике, ибо позволяет рассчитывать количество поглощаемой почвой воды, что имеет большое значение для повышения точности прогнозов по запасам продуктивной влаги в пахотном слое. Водопроницаемость почвы, обеспечивая благоприятный водно-воздушный режим в почве, является одним из существенных факторов плодородия. Итак, под водопроницаемостью почв понимается явление, происходящее в почве при поступлении воды на ее поверхность, то есть это способность почвы пропускать через себя воду. Явление водопроницаемости состоит из двух фаз: 1) насыщение почвы водой (впитывание или инфильтрация) и 2) проникновение воды через слой почвы максимально насыщенный водой (просачивание или фильтрация). Поэтому в процессе проведения опыта, мы определяем две величины, характеризующие водопроницаемость: скорость впитывания и скорость фильтрации. Скорость впитывания определяется количеством воды, прошедшем в единицу времени на максимальное насыщение исследуемого слоя почвы (до предельной полевой влагоемкости). Скорость фильтрации есть скорость прохождения воды через слой почвы максимально насыщенный водой. Естественно, что твердой границы между первой и второй фазами нет. Первую фазу можно подразделить на две стадии. Первая стадия – чистое впитывание, когда вода попадает на почву, не достигшую полевой влагоемкости, и передвигается в ней под действием всасывающих сил поверхности частиц почво-грунтов и капиллярных менисков. Действие силы тяжести не значительно. Во второй стадии преобладает просачивание. На этой стадии абсорбирующая способность почвы уменьшается до минимума, а преобладает пленочное, капиллярное и гравитационное передвижение воды. Переход ко второй стадии происходит быстрее в тех почвах и грунтах, которые обладают большей некапиллярной скважностью. По некапиллярным порам вода передвигается под действием силы тяжести действие молекулярных сил в некапиллярных порах ничтожно. Таким образом, задерживание воды в почве обусловливается ее капиллярной скважностью, а фильтрация находится в зависимости от некапиллярных промежутков в почве. И, наконец, в фазе фильтрации вода передвигается через исследуемый почвенный горизонт под действием силы тяжести. При характеристике водопроницаемости почвы помимо скорости впитывания и скорости фильтрации, дается, и суммарная величина впитывания за определенный промежуток времени – слой воды (в миллиметрах). Скорости впитывания и фильтрации даются, как правило, в миллиметрах в минуту. Н.А. Качинским (1965) предложена градация почв по водопроницаемости. Если почва пропускает за 1 час более 1000 мм воды при напоре 5 см и температуре 10°С, водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 мм – излишне высокой, от 500 до 100 – наилучшей, от 100 до 70 мм – хорошей, от 70 до 30 мм – удовлетворительной, менее 30 мм – неудовлетворительной. Наиболее широко применяемым в работах почвоведов является определение водопроницаемости почв с помощью рам (квадратов), погруженных в почву на глубину 5-10 см. Площадь квадратов колеблется в различных пределах (до 1 м²) и определяется, как правило, количеством воды, которое можно доставить к месту опыта. Для предотвращения растекания воды в стороны употребляются защитные рамы, площадь которых больше площади внутренних рам. С их помощью создается защитный экран переувлажненной почвы вокруг почвенного монолита, ограниченного внутренней рамой, по которой идет расчет водопроницаемости почвы. Во внутренней и внешней раме поддерживается постоянный уровень воды в 2-5 см. Опыты проводятся в нескольких повторностях. Для определения потерь, на впитывание воды в почву при расчетах максимальных ливневых расходов на малых водосборах, применяется двухрядное ограждение из колец. Недостатком этих способов определения водопроницаемости почвы является невозможность поддерживать постоянный уровень воды. При понижении уровня вода вновь подливается и измеряется объем залитой воды. Существует и более совершенный способ определения водопроницаемости почвы, заключающийся в автоматическом поддерживании постоянного уровня воды при помощи сосудов Мариотта или других приспособлений. Все эти приборы имеют те или иные недостатки: малая глубина погружения прибора в почву, вследствие чего возможно боковое растекание воды, малая площадь внутреннего цилиндра, а также малый объем сосуда, из которого подается вода. В настоящее время для определения водопроницаемости почвы широко применяется инфильтрометр Нестерова. Инфильтрометр ПВН состоит из двух цилиндрических колец высотой 150 см. Диаметр внутреннего кольца равен 226 мм, внешний – 450 мм, таким образом, площадь, ограниченная внутренним кольцом равна 400 см2, внешним – 1600 см2. Кольца забиваются в почву на глубину 8-10 см. Как во внутреннем, так и во внешнем кольцах во время опыта над поверхностью почвы с помощью сосудов Мариотта поддерживается постоянный уровень воды высотой 5 см. Слой впитывающейся воды в почву определяется по величине падения уровня воды в сосуде, установленном над внутренним кольцом. Цена одного деления на водомерном стекле сосуда равна 0,1 л, что в пересчете на слой почвы во внутреннем кольце составляет 2,5 мм. И.С. Шпак применял инфильтрометр с цилиндрическими кольцами значительно большей высоты, которые забивались на глубину до 50 см. Инструментальная ошибка инфильтрометра складывается из ошибки определения величины падения уровня, которая соответствует объему впитавшейся за определенное время в почву воды, и ошибки времени. Возможная ошибка отсчета по водомерному стеклу равна половине наименьшего деления, что составляет 0,05 л. Так как наименьший интервал времени при установившейся величине инфильтрации равен 10 мин, а точность отсчета по секундомеру 0,2 сек, то относительная ошибка времени мала, и ею можно пренебречь. Таким образом, абсолютная инструментальная погрешность результатов исследований по инфильтрометру не превышает ±0,125 мм/мин. Наблюдения желательно проводить при одинаковом температурном режиме воды, воздуха и почвы, чтобы влияние этого фактора на точность измерения инфильтрации была незначительным.
С помощью инфильтрометра ПВН, как и при определении водопроницаемости почвы, методом заливаемых колец, определяется максимальное количество воды, которое данная почва способна впитывать и профильтровать через себя в определенное время. Водопроницаемость почвы, Г.П. Сурмач (1976) называет «максимальной», в отличие от «реальной», учитываемой при наличии дождя и стока.
Установленная с помощью инфильтрометра величина водопроницаемости почвы, как правило, больше, чем водопроницаемость, определяемая с помощью дождевания. При сплошном затоплении поверхности земли вода просачивается в почву под действием гидростатического напора и почти полностью заполняет капиллярные и некапиллярные поры, которые в этом случае работают всем сечением. При дождевании же, когда интенсивность дождя не превышает скорости впитывания, вода в почву поступает под действием силы тяжести, а также капиллярных и молекулярных сил. Увлажнение почвы при дождевании сельскохозяйственных полей должно проходить без образования луж и поверхностного стока (то есть без гидростатического напора). Поэтому метод заливаемых колец при определении водопроницаемости почвы и соответствующем расчете интенсивности дождя совершенно неприемлем. На основании сопоставлении показаний инфильтрометра ПВН с данными, полученными при дождевании, пришли к выводу, что интенсивность впитывания (инфильтрации) по ПВН значительно выше, чем по дождевальной установке. Объясняется это тем, что интенсивность впитывания воды в почву просто равна интенсивности дождевания. Величины же фильтрации по данным дождевальной установки в основном довольно не плохо совпадают с величиной фильтрации, полученной с помощью ПВН, несмотря на то, что величина последней, может быть завышена. Таким образом, в тех случаях, когда необходимо получить лишь сравнительные характеристики инфильтрационной способности различных почв на разных угодьях, а не определение величины «реальной» водопроницаемости, применение инфильтрометра ПВН весьма целесообразно. Важным обстоятельством является и то, что работа с инфильтрометром чрезвычайно проста и не требует громоздкого оборудования. Водопроницаемость почв в основном зависит от механического состава, оструктуренности, а также от плотности и влажности верхнего горизонта почвы. Водопроницаемость почв теснейшим образом связана с механическим составом, который определяет размер почвенных пор, что в свою очередь влияет на скорость просачивания воды через почву. Почвы, сложенные крупнозернистыми породами обладают широкими порами, по которым вода передвигается под влиянием силы тяжести. Почвы, сложенные из мелкозема, обладают меньшей водопроницаемостью, так как в таких почвах некапиллярных пор мало, в основном это капиллярные поры, движение воды, по которым из верхних слоев почвы в нижние происходит под действием капиллярных сил. Водопроницаемость бесструктурных почв полностью зависит от механического состава. Однако прямая связь между свойствами механических элементов, слагающих почвы, и водопроницаемостью отмечена лишь для почв легкого механического состава (песок, супесь) и для тяжелых, но полностью оструктуренных почв. Водопроницаемость же почв, обладающих хорошей структурой, определяется не механическим составом, а почти полностью их структурно-агрегатным состоянием. Почвы с тяжелым механическим составом, но хорошо оструктуренные, могут обладать гораздо лучшей водопроницаемостью, чем почвы более легкого механического состава, но плохо оструктуренные. Об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице 1. Таблица 1- Водопроницаемость различных типов почв Угодье Почва Механические фракции, % от абсолютно сухой почвы Водопроницаемость за 1-й час, мм/мин Песок (0,05-1 мм) Пыль (0,001-0,05 мм) Ил Стерня ржи Стерня озимой пшеницы Чайная плантация Дерново-подзолистая крупнопылеватая Чернозем приазовский карбонатный, глинистый крупнопылевато-иловатый Краснозем глинистый пылевато-иловатый 22,7 0,04 6,3 66,6 57,1 53,0 9,3 35,6 40,7 54,5 709,8 900,0 Содержание физической глины и ила в поверхностном горизонте (0-10 см), приведенных почв, растет от дерново-подзолистой почвы к краснозему, водопроницаемость же почв резко возрастает в том же направлении, что связанно с хорошей оструктуренностью чернозема приазовского и особенно краснозема. На водопроницаемость существенное влияние оказывает оструктуренность почвы, которая в свою очередь зависит от минералогического состава и химических свойств почвы. Первичные почвенные частицы, слипаясь или склеиваясь органическими и минеральными почвенными клеями в комочки или агрегаты различных размеров, образуют почвенную структуру. «Способность почвы образовывать из механических элементов агрегаты носит название структурообразующей способности почв, а совокупность получающихся в этом процессе агрегатов различной величины, формы, прочности, водопрочности и пористости, характерных для данной почвы и отдельных ее горизонтов, составляет структуру почвы». Структурная почва слагается из зерен и комков размером от 1 до 10 мм. Структурная почва характеризуется высокими показателями общей и некапиллярной порозности, влагоемкости и водопроницаемости. Глубоко проникая в глубь почвы по крупным порам, вода рассасывается по капиллярам комков и зерен. Поверхностный сток на таких почвах, как правило, мал или отсутствует, а вследствие этого на них не развиваются эрозионные процессы. Наиболее ценными почвенными агрегатами являются агрегаты, способные противостоять разрушающему действию воды, то есть не расплывающиеся в воде в бесформенную массу. В настоящее время водопрочными агрегатами считаются те, которые в воздушно-сухом состоянии при быстром погружении в воду не теряют форму и не разрушаются до размеров меньших 0,25 мм. Агрегаты, капиллярно смоченные перед погружением в воду и не разрушающиеся в ней, называются условно водопрочными. Условная водопрочности одних и тех же агрегатов всегда выше истинной. Еще в конце XIX века считалось, что в процессе структурообразования важнейшую роль играют корневые системы растений, гумус и илистые частицы почвы. Корни растений пронизывают почву во всех направлениях и раздвигают почвенные частицы, уплотняя их. Отмирая, корни и корешки способствуют накоплению в почве органического вещества, которое участвует в создании водопрочной структуры.
В настоящее время считают, что ведущую роль в явлении водопрочности структуры играет органическое вещество типа гуминовых кислот. Поглощенному Ca²+ принадлежит вторичная роль, сводящаяся к усилению образующихся водопрочных связей. Декальцирование почвы не приводит потери водопрочности структуры. Извлечение из почвы карбонатов и других соединений Ca привело лишь к снижению механической прочности агрегатов во влажном состоянии. Вымывание из почвы битумов, смол, восков и других веществ тоже существенно не сказалось на водопрочности агрегатов. Удаление же из почвы гуминовой кислоты (с помощью едкого натра) привело к полной потере ее структурности и водопрочности. Замена катиона Ca²+ катионом Na+ приводит к быстрому падению водопрочности почвенных частиц. Наиболее водопрочными являются агрегаты, связанные гуматами Fe, Ca и H.
Физико-химическая сторона явления водопрочности связана с насыщением ионов Ca в почве лишь косвенно. Кальций создает благоприятные условия для развития микроорганизмов, которые участвуют в создании гуминовых веществ в почве. Решающую роль в процессе возникновения водопрочной микроструктуры в почве принадлежит не всему органическому веществу (гумус), а только гуминовым кислотам и солям этих кислот, которые способны склеивать частицы почвы, а под влиянием высушивания способны переходить в не растворимое состояние. В таблице 2 помещены данные о содержании гумуса и его составе в основных типах почв, в слое 0-20 см Таблица 2-Состав гумуса в пахотном горизонте основных типах почв Почва Содержание гумуса в почве Содержание в гумусе, % гуминовые кислоты фульвокислоты нерастворимые кислоты Подзолистая Слабоподзолистая лесостепная Выщелоченный Чернозем Типичный Обыкновенный Темно-каштановая Серозем Краснозем 3,0-4,0 4,0-6,0 7,0-8,0 10,0 7,0-8,0 3,0-4,0 1,0-2,0 4,0-6,0 15-25 25 35 40 35 34 21 15 47 50 42 39 37 35 41 50 28 22 20 19 25 26 32 33 Для накопления общего гумуса и гуминовых кислот требуются одни и те же природные условия, эти два процесса идут параллельно. В направлении с севера на юг, от зоны подзолистых почв до мощных черноземов, наблюдается увеличение содержания гумуса, а также и процентного содержания гуминовых веществ, далее на юг количество гумуса и гуминовой кислоты резко уменьшается. Исключением из правил являются красноземы, у которых наблюдается довольно большое содержание гумуса и очень низкое содержание гуминовых кислот. Следует отметить, что в подзолистых почвах в слое 0-20 см сосредоточенно больше половины имеющегося в почвенном профиле гумуса, у черноземов в этом слое содержится лишь 25% всего гумуса. Отсюда становится ясным, почему черноземы обладают наиболее прочной структурой. В подзолистых же почвах и сероземах водопрочность микроструктуры выражена слабо. Все исследованные почвы имеют примерно один и тот же механический состав (тяжелосуглинистый). Следуя от мощных черноземов в направлении с севера на юг, происходит уменьшение гумуса, запаса гуминовых кислот в почве и количестве водопрочных агрегатов. Особое положение, занимают красноземы, что связано с повышением содержания в них железа и алюминия, закрепляющие гуминовые кислоты. Таким образом, между водопрочностью почвенной структуры, количеством органического вещества и его составом существует тесная связь в широком географическом аспекте. Д.В. Хан (1969) считает, что агрегатное состояние почвы в основном осуществляет совокупность органического вещества, глинистых минералов и поглощенных оснований. Неудовлетворительное структурное состояние подзолистой почвы обусловлено низким содержанием органического вещества, глинистых и других минералов, обладающих высокой адсорбционной способностью. Для улучшения же структурного состояния песчаной почвы требуется не только органическое вещество, но и соответствующие минералы, и поглощенные основания. По данным того же автора, поглощенные кальций и водород способствуют быстрому распаду органического вещества и, вследствие чего ускоряют образование максимального количества водородных агрегатов почвы уже в течение первых месяцев. Под влиянием поглощенных железа и алюминия органическое вещество разлагается медленно, вследствие чего максимальное количество водопрочных агрегатов почвы образовались только через 12 и 18 месяцев. Огромное влияние на водопроницаемость оказывает величина агрегатов. Влияние размеров структурных агрегатов на водопроницаемость изучалась С.С Бракиным (1965) на южных черноземах. Определение водопроницаемости проводилось на водопрочных и неводопрочных агрегатах. Данные этих наблюдений приведены в таблице 3. Таблица 3-Водопроницаемость почв с различными размерами агрегатов (мм/мин) Размеры агрегатов, мм 1 час 2 час 3 час НЕ ВОДОПРОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ: 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 ВОДОПРОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 5,83 5,60 5,65 5,85 2,40 1,94 8,50 7,50 2,72 2,00 2,32 2,65 2,80 3,84 1,90 1,67 5,25 5,66 1,23 1,50 1,97 2,26 2,55 3,67 1,67 1,66 4,96 3,24 1,01 1,42 Водопроницаемость водопрочных агрегатов размером крупнее 1-5 мм значительно выше, чем неводопрочных агрегатов тех же размеров. По мере уменьшения величины неводопрочных агрегатов от 7 до 1 мм водопроницаемость возрастает, у водопрочных же агрегатов наибольшая водопроницаемость наблюдается у агрегатов величиной 3-2 мм с уменьшением величины агрегатов, наблюдается падение водопроницаемости. Водопроницаемость прочных и неводопрочных агрегатов, меньших 1 мм, примерно одинакова. Крупные неводопрочные агрегаты при воздействии на них воды разрушаются, а затем расплываются на более мелкие элементы значительно быстрее, чем водопрочные. Об этом свидетельствуют данные, уменьшения скорости просачивания за второй час наблюдений. Просачивание за второй час наблюдений уменьшилась по сравнению с первым часом наблюдений для водопрочных агрегатов размером от 2 до 3 мм на 38%, у неводопрочных – на 49%. Для третьего часа наблюдений оно уменьшение составило соответственно 42 и 55%. У водопрочных агрегатов размером от 1 до 2 мм скорость просачивания за второй час опыта уменьшилась на 24%, у неводопрочных – на 34%. Снижение водопроницаемости почвы с водопрочными агрегатами протекало интенсивнее, за третий час и она составила соответственно 53 и 37%.
Очень важным фактором, влияющим на водопроницаемость почвы, является ее влажность. Для оценки инфильтрационной способности почвы в зависимости от степени ее увлажнения используется величина дефицита влажности почвы, вычисленную как разность между полной влагоемкостью и ее фактической влажностью в момент опыта.
По данным Г.В. Назарова (1970) суглинистые почвы по мере увеличения влажности становятся менее водопроницаемыми. Из данных в таблице-4 видно, что при увеличении влажности поверхностного почвенного горизонта и подпочвы с 20 до 45% их водопроницаемость уменьшилась в 6 раз. Таблица 4-Влияние влажности почвы на ее водопроницаемость Влажность почвы, % от объема Водопроницаемость, мм/час Верхний почвенный горизонт Подпочва 20 40 45 152 51 25 12,7 2,59 2,03 При увеличении влажности почвы в слое 0-10 см с 14 до 23% водопроницаемость почвы при дождевании уменьшилась с 47 до 11 мм (64,3 раза), а при влажности 30% впитывание прекратилось. В опытах М.Н. Заславского (1970) увеличение влажности чернозема карбонатного среднегумусного с 16,8 до 35,5% в слое 0-10 см привело к уменьшению водопроницаемости. При интенсивности дождевания i = 1,0 мм/мин в течение одного часа скорость впитывания уменьшилась с 41,8 до11,4 мм/час, а при интенсивности дождевания i = 2,0 мм/мин в течение 30 мин – уменьшилось с 24,9 до 9,4 мм/час (в 2,6 раза). Однако существует мнение, что «сухая почва, трудно смачиваясь, оказывает большое сопротивление движению воды, чем относительная влажность». Правда, при этом он отмечает, что в почвах богатых коллойдными соединениями, способных к сильному набуханию, может наблюдаться обратное явление, то есть с увеличением влажности почвы уменьшается ее водопроницаемость. Для каждого генетического типа почвы существуют свои зависимости между инфильтрацией и различными почвенными характеристиками. Так, инфильтрация подзолистых почв имеет наиболее тесную связь с механическим составом почвы, а инфильтрация черноземов – с содержанием органического вещества. 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследования явился чернозем выщелоченный, на склоне опытного поля Института агроэкологии. Поле используется с 1914 года, и находилось в землепользовании Красноармейского совхоза, а затем с образованием Красноармейского аграрного колледжа этот участок отошел к нему. Основными культурами, возделываемыми на поле, были яровые зерновые и картофель. Исследования начаты в 2003 году. Выкопав почвенные монолиты, на целине и пашне мы отметили, что мощность гумусово-аккумулятивного горизонта на пашне вверху склона значительно отличалась от его мощность у подножия склона. Вверху склона она составляла 18 см, а внизу – 37см. На целине же мощность гумусово-аккумулятивного горизонта изменялась в пределе ± 2 см. С помощью нивелира марки Н-3 определили уклон участка вдоль склона по схеме (геометрическое нивелирование «вперед»), предварительно забивали через каждые 10 метров колышки и отбирали пробы почвы для анализа их в лабораторных условиях. Масса пробы составляла приблизительно 1 кг(Приложение А, таблица А1) В лабораторных условиях выполнили моделирование степени оструктуренности почвы и выполнили определение водопроницаемости отлично, хорошо, удовлетворительно, плохо и очень плохо оструктуренной почвы (Приложение Б, таблица Б1). 2.1 Почвенно-климатические условия проведения опыта 2.1.1 Общая характеристика климатических условий Опытное поле Института агроэкологии расположено в лесостепной зоне Челябинской области. Челябинская область в силу географического расположения вдоль Уральского хребта обладает резко выраженными природными особенностями. Климат континентальный, характеризуется холодной и продолжительной зимой с частыми метелями, теплым летом, с периодически повторяющимися засушливыми периодами (А.П. Козаченко, 1997). Сумма температур воздуха за период с температурой выше 100С составляет 2000-22000С, продолжительность этого периода 125-135 дней (5-10 мая по 15-19 сентября). Период с температурой выше 150С длится 80-90 дней. Заморозки прекращаются в конце мая. Продолжительность безморозного периода составляет 100-120 дней. Лимитирующим фактором для успешного ведения сельскохозяйственного производства в районе, является влага. Годовая сумма осадков в северной лесостепной зоне Челябинской области составляет в среднем 200-250 мм. За время активной вегетации растений осадков выпадает 172-225 мм. Нередко встречаются годы с явно выраженной летней засухой. При этом наибольшая вероятность засушливого периода приходится на май, июнь, а наиболее вероятный максимум осадков – на июль. Быстрое нарастание температуры вызывает в конце апреля и в начале мая сильное испарение влаги из почвы и ее подсыхание. Осадки в мае практически не пополняют запасов влаги в почве. Имея ливневый характер, они быстро испаряются из почвы. Лето жаркое, сухое, особенно первая его половина, наблюдается недостаток влаги. Август и сентябрь более благоприятны для роста и развития растений, в этот период невысокие дневные температуры сочетаются с достаточным количеством влаги для растений. Осень обычно ранняя, пасмурная, нередко дождливая, что затрудняет уборку зерновых культур (Г.В. Воронцов, 1998). Бывают годы, когда осадков выпадает меньше средней многолетней нормы, а большая часть годовой суммы осадков приходится на тёплое время. Наблюдения Г.В. Воронцова (1998) показывают, что в зимнее время путем проведения различных мероприятий можно задержать на полях значительную часть выпадающего снега. Обычно к концу марта толщина снежного покрова достигает 25-35 см, что может дать 80-90 мм влаги. П.И. Кузнецовым (1980) установлено, что снегозадержанием толщину снежного покрова можно увеличить на 15-25 см, а запасы влаги в снеге довести до 120-130 мм. В последние годы наблюдается большая засушливость климата. Осадков выпадает недостаточно, распределяются в году они неравномерно. Для формирования высоких урожаев нужно, чтобы растения не испытывали дефицита влаги, т.е. необходимо проведение ряда мероприятий по накоплению и сохранению влаги (орошение, снегозадержание и другие), а также подбор засухоустойчивых сортов. 2.1.2 Характеристика почв лесостепи Челябинская область расположена на Южном Урале. Более трех четвертых ее территории лежит в степном и лесостепном Зауралье, около одной четверти заходит в пределы горно-лесного Урала. Рельеф и почвенный покров Южного Урала чрезвычайно разнообразный. Челябинская область отличается многообразием форм поверхности. В ее пределах имеются низменности и холмистые равнины, плоскогорья и горы. Причем повышение поверхности идет в виде уступов с востока на запад.
Горная часть Челябинской области занимает южный, наиболее низкий и узкий участок среднего Урала и северную наиболее широкую и высокую часть Южного Урала. Географической границей между ними является гора Юрма, которая является северным форпостом южной высокогорной зоны. Челябинская область находится на стыке трех крупных природных зон: лесной, лесостепной и степной, что имеет немаловажное значение для создания разнообразного хозяйства на ее территории (Ф.Я. Кирин, 1969).
Солонцово-солончаковые почвы занимают значительные площади в административных районах Челябинской области, расположенных на Западно-Сибирской низменности. В березовых колках встречаются солоди. Солодь – тип почвы, характеризующийся сильно вымытым верхним горизонтом, имеющим белесоватый цвет. Они чаще всего встречаются в лесостепной зоне в блюдцеобразных западинах и лиманах с повышенным увлажнением (Ф.Я. Кирин, 1969). Основу почвенного покрова лесостепной зоны Челябинской области составляют черноземы выщелоченные, в том числе и тучные черноземы. На долю выщелоченных черноземов приходится 58% всего фонда пахотно-пригодных почв лесостепной зоны. В этих черноземах удачно сочетаются благоприятные физические свойства с обеспеченностью основными элементами питания растений (А.П. Козаченко, 1997). На большей части Челябинской области по свидетельству Г.А. Маландина (1963), Ю.Д. Кушниренко (1968) и А.П. Козаченко (1997), черноземы выщелоченные имеют суглинистый гранулометрический состав. Одним из важнейших факторов плодородия почв являются элементы питания – азот, фосфор и калий. Анализы показали, что в пахотном слое концентрация азота на опытном поле составляет в Апах – 0,264 %. С глубиной количество элемента уменьшается и в горизонтах В1 и В2 содержится 0,172 – 0,174 %. Запас азота пахотном слое составил 7,84 т/га. Чернозем выщелоченный, опытного поля, характеризуется большей степенью потерь азота при сельскохозяйственном освоении – 7,09 т/га или 24,4 % и крайне низкой подвижностью азотных соединений. Поэтому при достаточно высокой гумусности и общей обеспеченности азотом многие сельскохозяйственные культуры при возделывании на черноземах выщелоченных Южного Урала будут нуждаться в азотных удобрениях даже после хороших предшественников (И.В. Синявский, 1998). Фосфор, как один из важнейших элементов питания растений, изучен еще в меньшей степени, чем азот. Работы Г.А. Маландина (1963), Н.Н. Макеева (1954), А.Ф. Бахаревой, А.В. Терпугова (1969) и Ю.Д. Кушниренко (1993) свидетельствуют, что содержание Р2О5 в пахотном слое черноземов выщелоченных колеблется в широких пределах – от 0,057 до 0,168%. Этот вывод подтверждают и исследования опытного поля. В пахотном слое Апах концентрация фосфора составила 0,135%, в горизонте АВ – 0,089%. С глубиной его содержания резко уменьшается в В1 и В2 – 0,36 – 0,50%, а в переходном горизонте ВС составило 0,034%. Валовое содержание Р2О5 в материнской породе опытного поля – 0,035, в горизонтах Апах в 3 – 4 раза больше. Обогащение фосфором гумусовых горизонтов обязано длительной биологической аккумуляции Р2О5 растительностью. Валовой запас фосфора в черноземах выщелоченных, во-первых, невелик, во-вторых, он сосредоточен в аккумулятивном гумусовом горизонте Апах и составляет 3,72 т/га. Все приведенные данные свидетельствуют о напряженном режиме фосфорного питания растений и необходимо применения удобрений под все сельскохозяйственные культуры. Чернозем выщелоченный опытного поля имеет высокое содержание калия. В пахотном слое и горизонте А содержится 2,22- 2,23%, а в материнской породе (горизонте С) – 2,03 %. Запас калия в почвенном слое составляет 351 т/га. Таким образом, азотный фонд чернозема выщелоченного опытного поля достаточно большой, но содержание подвижных форм азота невысокое. Содержание и запасы фосфора в черноземах низкие даже в гумусово-аккумулятивном горизонте. Калийный фонд, судя по результатам анализа чернозема выщелоченного опытного поля Института агроэкологии ЧГАУ, относится к группе высокой обеспеченности (И.В. Синявский,1998). На основании вышеизложенного, можно отметить, что почвы опытного участка обладают хорошим естественным плодородием и агрофизическими свойствами. 2.2 Описание почвенных монолитов Описание профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на целине. Шурф №1. А0 0-5/5 см. Травянистый войлок; состоит из не разложившихся или полуразложившихся растительных остатков. Окраска темно-серая (черная). Структура мелкокомковатая, размер агрегатов 1-0,25 мм. Сложение рыхлое. Много корней многолетних травянистых растений. А ---------- Гумусово-аккумулятивный. Окраска черная. Структура мелкоглыбистая, размер агрегатов от 10 до 1 см. Сложение плотное. Встречаются новообразования в виде корней растений и включения в виде гальки. АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Окраска языков серая, а горизонта В коричневая, Структура столбчатая. Сложение очень плотное. Встречаются новообразования в виде корней растений и включения. В1---------- Иллювиальный, в нем откладываются вещества, которые вымываются из выше расположенных горизонтов. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см. Сложение плотное. Новообразования в виде корней многолетних растений. Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая. Сложение очень плотное. Карбонаты начинают вскипать на глубине от 70 см, встречаются в виде белоглазки и присыпки. Новообразования в виде корней многолетних растений. Описание почвенного профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на целине. Шурф №2. А0 --------- Травянистый войлок; состоит из не разложившихся растительных остатков. Окраска черная. Структура мелко комковатая, более или менее правильной формы, поверхность ровная, грани не выражены, размер агрегатов 7-5 мм. Сложение рыхлое. Большое количество корней многолетних травянистых растений. А ---------- Гумусово-аккумулятивный. Окраска черная. Структура ореховатая, размер агрегатов от 10 до 7 мм. Сложение плотное. Новообразования в виде корней растений. АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Окраска языков серая, а горизонта В темно-бурая, Структура столбовидная, от 3 до 5 см – отдельности слабо оформлены, с неровными гранями и округленными ребрами. Сложение очень плотное. Новообразований нет. В ---------- Иллювиальный, выщелоченный от карбонатов горизонт. Окраска темно-бурая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см, грани хорошо выражены, с ровной глянцевой поверхностью, с острыми ребрами. Сложение очень плотное. Новообразований нет. Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура столбчатая – правильной формы с довольно хорошо выраженными гладкими боковыми и вертикальными гранями, размер
Описание почвенного профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на пашне. Шурф №3. Апах-----------Пахотный горизонт, расположенный с поверхности на пахотных землях, образуется за счет поверхностных слоев почв в него входит весь гумусовый горизонт. Окраска черная. Структура зернистая, размер агрегатов 3-1мм. Сложение рыхлое. Новообразования в виде корневых остатков злаковых растений.
АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Переход в горизонт В виде «кармана». Окраска темно-серая. Структура крупноореховатая. Сложение плотное. Новообразований нет. В ---------- Иллювиальный, выщелоченный от карбонатов горизонт. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см. Сложение плотное. Включения в виде гальки. Переход в горизонт Вк постепенный. Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая. Сложение очень плотное. Карбонаты начинают вскипать на глубине от 85 см, встречаются в виде белоглазки. Включений нет. Описание почвенного профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на пашне. Шурф №4. Апах-----------Пахотный горизонт, расположенный с поверхности на пахотных землях, образуется за счет поверхностных слоев почв в него входит весь гумусовый горизонт А. Окраска темно-серая. Структура зернистая, размер агрегатов 3-1мм. Сложение рыхлое. Новообразования в виде корневых остатков злаковых растений. АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Переход в горизонт В извилистый в виде затеков. Окраска черная, местами темно-бурая. Структура крупноореховатая. Сложение плотное. Включения в виде гальки на глубине 70 см. В ---------- Иллювиальный, выщелоченный от карбонатов горизонт. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см. Сложение очень плотное. Включения в виде гальки на глубине 80 см. Переход в горизонт Вк постепенный. Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая. Сложение очень плотное. Карбонаты начинают вскипать на глубине от 90 см, встречаются в виде присыпки. Включений нет. 2.3 Определение водопроницаемости в полевых условиях методом заливки площадок Ход определения: Выбирают типичную для почвенных условий площадку и врезают в почву на глубину 5-10 см металлическую или деревянную раму размером 25´25 см и высотой 20-25см. Вокруг рамы врезают вторую раму 50´50 см такой же высоты. Почву у стенок рамы уплотняют. Внутри каждой рамы устанавливают линейку, чтобы по ней следить за уровнем воды. Вначале опыта одновременно наливают в обе рамы воду слоем 5 см. В дальнейшем непрерывно поддерживают постоянный напор воды (5 см) в обеих рамах, подливая ее мерными кружками, цилиндрами Учитывают расход воды по внутренней раме. Первый учет подливаемой воды проводят через 2 минуты после начала опыта, затем через 3 минуты, далее через 5-10 минут. С уменьшением расхода воды интервалы увеличивают до 30 минут и 1 часа. Наблюдения за водопроницаемостью ведут до более или менее постоянной скорости впитывания, на не орошаемых участках не менее 3 часов, на орошаемых – 6 часов. Для каждого интервала времени водопроницаемость вычисляют по формуле:
Q * 10 V = S * t (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 Оценка Водопроницаемость в 1 час впитывания, мм водного столба. Провальная Излишне высокая Наилучшая Хорошая Удовлетворительная Неудовлетворительная > 1000 мм. 1000-500 мм. 500-100 мм. 100-70 мм. 70-30 мм. 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 Экспозиция Склона
Степень смытости Почвы Мощность горизонтов А+В, см Содержание гумуса в слое 0 – 50 см Скорость впитывания, мм/мин % % от несмытой почвы 5 10 20 30 60 Юго-западная Восточная Несмытые сильно- смытые несмытые сильно- смытые 80 28 84 20 3,0 0,5 2,8 0,8 100 17 100 28 6,0 5,0 3,5 2,0 3,0 2,5 2,5 1,5 2,5 1,0 2,0 0,8 2,0 1,0 1,5 0,5 1,5 0,5 1,0 0,3 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 Часть склона Мощность гумусового горизонта А+В, см Установившаяся интенсивность впитывания, мм/мин Верхняя Средняя Нижняя Подножье 74 60 50 намытая почва 0,81 0,70 0,62 0,75 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) Степень смытости почвы Мощность гумусового горизонта, см i = 2,5мм/мин; Р = 50 мм i = 1,5мм/мин; Р = 30 мм Средняя интенсивность впитывания, мм/мин Слой стока, мм Средняя интенсивность впитывания, мм/мин слой стока, мм Вскопанный участок Несмытая Слабосмытая Среднесмытая 80 65 35 2,02 1,97 1,60 9,6 10,6 18,0 1,19 1,17 1,02 6,2 6,6 9,6 Стерня Несмытая Среднесмытая 80 35 1,63 1,16 17,4 26,8 0,99 0,92 10,2 11,6 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. 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 (
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) Порядковый номер Чернозем выщелоченный Порядковый номер Чернозем выщелоченный целина Пашня целина пашня 1 63,12 13,17 12 78,11 45,00 2 63,98 13,46 13 78,32 45,91 3 68,82 16,36 14 78,58 46,77 4 69,32 18,31 15 79,30 47,36 5 69,52 23,11 16 82,98 51,97 6 72,63 32,51 17 83,73 54,85 7 73,18 34,56 18 84,35 58,63 8 74,00 36,00 19 86,00 65,58 9 74,57 41,62 20 86,30 76,30 10 75,54 41,74 21 90,37 79,36 11 76,66 43,96 22 90,50 84,00 Математическая обработка материалов агрегатного анализа почвенных образцов, отобранных с участка, представленного пахотным черноземом, показала: содержание агрономически ценных агрегатов варьирует в значительной степени (коэффициент вариации 46 %) от минимального значения 13,17 % до максимального - 84,0 %. Структура чернозема выщелоченного является примером непрерывной количественной изменчивости. Средняя арифметическая содержания агрономически ценной структуры составила 44,115 %. Значительная вариация данных обусловила высокую дисперсию S2, которая составила 420, стандартное отклонение S = 20,494 %. Коэффициент вариации V составил 46 %. Согласно агроэкологической оценке [1] структурное состояние пахотного чернозема выщелоченного имеет большой размах варьирования и изменяется от менее 20 % до более 80 %, при средней арифметической 44,115%, соответствующей удовлетворительной оценке (40-60 %).
От содержания структуры зависят влагоемкость, водопроницаемость, плотность сложения, аэрация почв, биологическая активность, следовательно, плодородие. Значительная вариабельность структурного состояния обуславливает изменчивость показателей плодородия, высокую изменчивость состояния посевов, роста и развития, урожайности агрофитоценозов. Абсолютная ошибка выборочной средней Sx составила 4,369 %. Доверительный интервал генеральной средней (x±to5Sx) для 5 % уровня значимости соответствует 35,028 .53,202%. Математическая обработка результатов агрегатного анализа целинного чернозема выщелоченного показала: содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10,0 мм) в горизонте 0 - 20 см по сравнению с пахотным черноземом варьирует в меньшей мере и принимает значения от минимальной (63,12) до максимальной величины (90,50 % от массы почвы). Средняя арифметическая выборки х составила 77,26 %, дисперсия S2 - 60,363, стандартное отклонение S -7,769 %, коэффициент вариации V - 10,0 %. Незначительная вариабельность структурного состояния целинного чернозема обуславливает соответствующие показатели плодородия в биологически активном слое. Абсолютная ошибка средней Sx составила 1,656. Доверительный интервал генеральной средней (x±t0,5Sx) для 5 % уровня значимости составил 73,8 .80,7 %. Согласно агроэкологической оценке структурное состояние целинного чернозема выщелоченного изменяется от хорошего (63,12 %) до отличного (90,50 %) при средней арифметической 77,26 %, соответствующей хорошей, но близкой к отличной оценке. Таким образом сравнительная оценка показала 1.Сравнительная оценка структурного состояния пахотного и целинного чернозема выщелоченного показала, что под влиянием длительной отвальной вспашки происходит преобладающее над синтезом разрушение почвенных агрегатов. 2.Структурное состояние пахотного чернозема выщелоченного соответствует удовлетворительной оценке. Сравнительный анализ процентного содержания фракции пахотного чернозема выщелоченного показал, что ухудшение структурного состояния протекает за счет разрушения микроагрегатов (10 мм). Структурное состояние целинного чернозема выщелоченного хорошее, близкое к оценке отличное. Доверительный интервал генеральной средней при 5% уровне значимости составил 73,82 .80,7 % (Г.А. Панов, 2004).
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 4.1 Охрана труда 4.1.1 Значение и задачи охраны труда Охрана труда – система обеспечения безопасности жизнедеятельности и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-технические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия (А.А. Новиков,1996). Учитывая, что травматизм в сельскохозяйственном производстве снижается низкими темпами по причине недостаточной квалификации и дисциплинированности части работников, в его профилактике исключительно важна роль изучения «Охраны труда». Знание специалистов в области охраны труда влияют на стратегию и тактику профилактических мероприятий, а, следовательно, и на уровень травматизма в производстве, неразрывно связанный с решением социально-экономических вопросов. Задача «Охраны труда», как составной части дисциплины «Безопасность жизнедеятельности», – научить будущих специалистов использовать необходимый комплекс мероприятий, а также применять достижения современной науки и передовой практики (В.С. Шкрабак, 2002). Основные направления государственной политики в области охраны труда: Признание и обеспечение приоритета жизни и здоровья работников по отношению к результатам производственной деятельности. Координация деятельности в области охраны труда. Установление единых нормативных требований по охране труда. Общественный контроль за соблюдением законных прав и интересов работников в области охраны труда на производстве, осуществляемый работниками через профессиональные союзы. Государственное управление деятельностью в области охраны труда, включая государственный надзор и контроль за соблюдением законодательных и иных нормативных актов об охране труда. Применение экономических санкций в целях соблюдения предприятиями и работниками нормативных требований по охране труда. Обеспечение работников специальной одеждой, специальной обувью, средствами индивидуальной и коллективной защиты, лечебно – профилактическим питанием, необходимыми профилактическими средствами за счет средств работодателей. Установление компенсаций и льгот за тяжелые работы и работы с вредными и опасными условиями труда, не устранимыми при современном техническом уровне производства и организации труда. Защита интересов работников, пострадавших от несчастных случаев на производстве или получивших профессиональные заболевания. Подготовка специалистов в области охраны труда, в том числе в образовательных учреждениях высшего и среднего профессионального образования. Установление государственной статистической отчетности об условиях труда, о несчастных случаях на производстве и профессиональных заболеваниях. Международное сотрудничество при решении проблем охраны труда (А.А. Новиков, 1996). 4.1.2 Безопасность труда в агрохимических лабораториях В лабораториях чаще всего происходит поражение обслуживающего персонала электрическим током. Основные мероприятия по электробезопасности состоят в следующем: недоступность токопроводящих частей для случайного прикосновения; применение пониженного напряжения; заземление и зануление электроустановок; автоматическое отключение; индивидуальная защита и др. Вместе с тем в лабораториях и кабинетах необходимо строго соблюдать инструкции по устройству и эксплуатации электроустановок, соответствующие правила технической эксплуатации (ПТЭ). Должны быть выполнены в частности следующие требования: обеспечена независимость эксплуатации осветительной и силовой линии и электрораспределительного щита, к которому доступ студентов запрещен; сопротивление изоляции сети на участке между двумя смежными предохранителями или за последним предохранителем между любыми проводами должно быть не менее 0,5 мОм; проводка должна быть выполнена изолированными проводами или кабелями, а в местах, где возможно механическое повреждение следующих, их следует укладывать в металлические трубы.
Чтобы исключить получение электротравм, в лабораториях запрещено: включать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя работ; пользование неисправным оборудованием; работать с незаземленным оборудованием и включать его в сеть. При проведении опытов нельзя допускать предельных нагрузок измерительных приборов, нельзя прикасаться к вращающимся частям машин и наклоняться над ними (особенно с неубранными волосами).
Основной причиной заражения лабораторий парами ядовитых веществ является неправильное обращение с химическими реактивами, с приборами, в которые входят химические реактивы. Чтобы не допускать этого, необходимо: инструктирование и обучение персонала правилам безопасности работы; проявление достаточной требовательности со стороны заведующего лабораторией. Химические реактивы нужно хранить в закрывающихся на ключ ящиках, причем кислоты отдельно от щелочей; все реактивы должны быть снабжены этикетками, а на ядовитых веществах поставлена надпись «ЯД». Студентам при работе с ядовитыми веществами запрещено брать вещества незащищенным руками, осуществлять отсасывание или нагнетание ртом химических реактивов, работать с концентрированными кислотами и растворами солей, едких щелочей. Серьезную опасность в лабораториях представляет работа с источниками теплоты и излучения. Неправильное обращение с ними может стать причиной ожогов и отравлений. В связи с этим запрещено оставлять без присмотра нагревательные приборы. Осколки стекла, металлические опилки, следует убирать совком и щеткой. Нельзя допускать прямое попадание в глаза света от электрической дуги. При выполнении работ на установление теплового баланса воду следует нагревать не выше 60-70оС (М.Б. Сулла, 1989). 4.1.3 Требования безопасности при проведении немеханизированных работ При выполнении ручных работ инструмент выбирают с учетом роста и физических возможностей работающего. Инструмент своевременно точат, очищают, устраняют его неисправности. Рукоятки и ручки грабель, лопат метл должны быть прочными, хорошо обработанными, гладкими, не иметь зазубрин, трещин. Запрещено оставлять инструмент на делянках, хранить его в траве, в копнах, стогах, снопах. Во время работы с ручным инструментом нужно постоянно наблюдать за действиями рядом работающих. При выполнении погрузочно-разгрузочных работ соблюдают нормы переноски и поднятия тяжестей. При переносе тяжестей вдвоем действия персонала должны быть согласованы, путь передвижения не должен иметь препятствий. Для летних работ вблизи лесных массивов, допускаются лица имеющие прививку против клещевого энцефалита. При выполнении работ необходимо надеть закрытый костюм, брюки заправить в носки или голенища сапог, рубашку – в брюки, воротник и рукава должны плотно прилегать к телу. Голову следует повязать платком или надеть берет, закрывающий уши и волосы. Кисти рук, шею, рукава, воротник нужно смазать отпугивающим клещей веществом. Так как присасывание клеща происходит безболезненно, необходимо чаще осматривать свою одежду, открытые поверхности тела. Если обнаружен присосавшийся клещ, его необходимо удалить пинцетом, тщательно обернутым марлей или петлей из нитки. Тело клеща за несколько минут до удаления смазать парафином, маслом или вазелином – это облегчит удаление клеща. Нельзя удалять клеща незащищенными руками. Если при удалении клеша оторвался хоботок, то его удаляют прокаленной и остуженной иглой, как поступают при удалении занозы. После удаления клеща необходимо тщательно вымыть руки с мылом, а ранку смазать йодом. Каждый покусанный клещами человек должен обратиться в медицинское учреждение. 4.2 Охрана природы Начиная с 7 тысячелетия до нашей эры, почва – основа сельскохозяйственного производства, ценнейшее богатство человечества. Почва – часть окружающей человека природной среды. Она возникла в результате сложного взаимодействия атмосферы, гидросферы, литосферы, растительного и животного мира. Это основа для получения урожая сельскохозяйственных культур, главное богатство, от которого зависит наше существование. Почва является невозобновимым природным ресурсом. Мы можем соответствующими мелиоративными мероприятиями повысить урожай культур на почве, у которой оказался частично или полностью потерянный верхний слой, но восстановить естественную первозданную почву невозможно, так как она сформировалась в течение многих тысячелетий в условиях, уже неповторимых. Вместе с тем, существенное отличие почвы от других невозобновимых природных ресурсов (каменный уголь, нефть) состоит в том, что при правильном ее использовании она не только не стареет, не изнашивается, а даже улучшает плодородие. Таким образом, почва – это особый природный ресурс: он и невозобновимый, и в то же время, при правильном использовании неисчерпаемый (А.С. Степановских, 2000). В зависимости от природных условий территории, ее хозяйственного использования, степени пораженности эрозией и интенсивности совместного проявления эрозионных процессов эрозия наносит многосторонний ущерб. Чем сильнее поражена территория эрозией, чем интенсивнее протекают эрозионные процессы, тем отчетливее обнаруживается многосторонний характер этого ущерба. В зависимости от режима осадков, формирующего поверхностный сток, рельефа местности, почвенного и растительного покрова и, главное, от характера сельскохозяйственного использования территории в одних случаях годовой смыв почвы с 1 га составляет 5-10 тонн, в других – 50-60 тонн, а в-третьих, – 100-200 тонн и более. Иногда на отдельных небольших участках в год с 1 га смывается 500-1000 тонн почвы. По подсчетам, проведенным в США, ежегодная потеря почвы от эрозии составляет 3 млрд. тонн. Чрезвычайно интенсивно эрозия проявляется в Китае. Здесь годовой смыв почвы, составляет порядка 10 –15 млрд. тонн (данные по России). При эрозии почва теряет верхний, самый плодородный горизонт, в котором элементы питания растений накапливались тысячелетиями. Например, если в верхнем горизонте почвы содержится в среднем 4% гумуса, а годовой смыв почвы с 1 га, предположим, равен 25 тонн, то за год почва потеряет 1 тонну гумуса. Как известно, общий азот в почве составляет примерно 5% от содержания гумуса. Следовательно, при годовой потере с 1 га 1 тонны гумуса из почвы выносится 50 кг общего азота. При среднем содержании в пахотном слое 0,2% фосфора в результате смыва 25 тонн почвы с 1 га сносится 50 кг общего фосфора. При содержании в пахотном горизонте 2% калия его потеря с 1 га при смыве 25 тонн почвы составляет 500 кг. В результате постепенного смыва верхних почвенных горизонтов в пахотный слой вовлекаются нижние, менее плодородные слои. В зависимости от типа почвы и состава почвообразующих пород в одних случаях в пахотном слое сильно возрастает содержание карбонатов, в других – появляется солонцеватость, в-третьих, – увеличивается щебенчатость и т.д. Полный смыв почвенных горизонтов на склонах приводит к появлению «лысых» пятен – выходов подпочвы, которые иногда занимают большие площади.
При эрозии резко ухудшаются водно-физические свойства почв, что приводит к уменьшению их способности поглощать осадки. В связи с этим на слонах с эродированными почвами наблюдается большой поверхностный сток, особенно при выпадении ливней и интенсивном таянии снега. В какой мере большой сток может влиять на урожай, показывает следующий расчет: при выпадении интенсивного ливня с количеством осадков 40 мм при коэффициенте стока 0,5 с каждого га стекает 200 м3 воды. Если считать, что в среднем для получения единицы урожая зерна растения расходуют 700-1000 единиц воды, то в данном примере только от одного ливня с каждого га теряется такое количество воды, которое могло бы обеспечить дополнительное получение 2-3 ц зерна.
По подсчетам Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костычева, ежегодные потери талых вод, вызывающих смыв почв, составляют в районах недостаточного и неустойчивого увлажнения 50-60 млрд. м3. Если уменьшить этот сток только на половину, то и в этом случае за счет задержанной влаги можно было бы ежегодно дополнительно получать 1-2 млрд. пудов зерна. Таким образом, в районах, подверженных эрозии, проявление почвенной засухи во многом объясняется тем, что значительная часть осадков стекает со склонов. Кроме того, на эродированных почвах увеличивается потеря почвенной влаги на испарение и на транспирацию. Не без основания иногда почвенную засуху в эрозионных районах называют эрозионной засухой. Склоновый сток осадков часто приводит к серьезному повреждению посевов. Струи стекающей воды, смывая почву, нередко уничтожают корневую систему растений, вызывают их полегание, повреждение и гибель. Иногда, при ливнях струйчатые размывы на склонах повреждают или уничтожают 1/3-1/5 посевов. Концентрированный сток осадков на полях способствует образованию промоин, которые не полностью заравниваются во время очередной вспашки. В результате склоны приобретают гофрированную поверхность. Промоины на пахотных склонах затрудняют механизированную обработку полей. Они увеличивают и концентрируют сток осадков, увеличивая этим и эрозию и засуху. Там, где появляются промоины, иногда гибнет значительная часть посевов. Огромный ущерб народному хозяйству наносят овраги. Иногда сильно разветвленная овражная сеть расчленяет большие пахотные массивы и другие земельные угодья на множество мелких участков. Затрудняется механизированная обработка полей и транспортные сообщения. Бывает так, что овраги, занимая всего 3-5% территории, настолько сильно расчленяют ее, что делают невозможным дальнейшее сельскохозяйственное использование. Расчленяя склоны, овраги летом создают условия для увеличения поверхностного стока ливневых осадков и иссушение почвы, а зимой в них скапливается снег. В то же время овраги, как дренирующие канавы, снижают уровень грунтовых вод. В результате, как правило, районы с густой овражной сетью страдают от засухи больше, чем районы, не расчлененные оврагами. Овраги разрушают проселочные, шоссейные и железные дороги, гражданские и промышленные сооружения, линии связи, подземные коммуникации и т.д. Густая овражная сеть затрудняет и сильно удорожает строительство. Овраги облегчают развитие оползней, просадок, обвалов и других явлений, вызывающих дополнительную порчу земли. Н. Гудзон высказывает мнение, что опасность овражной эрозии нередко преувеличивается, что для «сельскохозяйственных земель и сельскохозяйственного производства этот вид эрозии не представляет большой опасности и по той простой причине, что большая часть подверженных овражной эрозии земель не имеет большого значения для сельского хозяйства» (Н. Гудзон, 1974). М.Н. Заславский пишет, что это далеко не так. «Можно назвать немало районов на земном шаре, где овражная эрозия наносит колоссальный ущерб многим отраслям народного хозяйства. Например, на огромной территории Центрально-Черноземного района, республиках Молдова и Украина на наиболее плодородных черноземных почвах наблюдается развитие овражной сети. Большая пораженность овражной эрозией земель, доставшихся нам в наследство, несмотря на предпринимаемые усилия, и сейчас еще отрицательно сказывается на сельскохозяйственном производстве» (М.Н. Заславский, 1979).
5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ Из-за потери гумуса и минеральных элементов питания растений, ухудшения физических свойств почвы, усиления почвенной засухи, ухудшения условий для развития полезной микрофлоры, а также из-за механического повреждения растений струйчатыми размывами и промоинами на склонах с эродированными почвами снижается урожай различных культур. В таблице 10 приведены данные по нескольким хозяйствам о снижении урожая яровой пшеницы на черноземах различной степени смытости (по данным Управления сельского хозяйства Красноармейского района). Таблица 10 – Средний урожай яровой пшеницы на черноземе выщелоченном разной степени смытости Степень смытости Яровая пшеница т/га % Не смытый (контроль) (1) Слабосмытый (2) Среднесмытый (3) Сильносмытый (4) 2,9 2,1 1,5 0,8 100 70 53 28 Как видно из таблицы 10, урожай этой культуры на слабосмытых почвах понизился на 25-30%, на среднесмытых – на 47-54% и на сильносмытых – на 72-75%. По подсчетам С.С. Соболева (1980), только с 30 млн. га в различной степени смытости почв ежегодный недобор зерна составлял 11 млн т. Нередко затраты на семена и обработку не окупаются доходами, получаемыми от реализации продукции, выращенной на сильносмытых почвах. Поэтому много пахотных земель с сильносмытыми и размытыми почвами исключается из сельскохозяйственного оборота. Поэтому важно определить экономическую эффективность возделывания яровой пшеницы на черноземах с различной степени смытости (Приложение В, таблица В1). К показателям экономической эффективности относят: выручку (В) В=У * Ц,(2) где У – урожайность, т/га. Ц – цена реализации, руб. с 1 га; условный чистый доход (УЧД) УЧД= В – ПЗ,(3) где ПЗ - прямые затраты, руб. с 1 га; рентабельность (Р) (4) Таблица 11 – Расчёт экономической эффективности возделывания яровой пшеницы Показатель Вариант 1 2 3 4 1. Урожайность, т/га 2,9 2,1 1,5 0,8 2. Выручка руб. с 1 га 7250 5250 3750 2000 3. Прямые затраты, руб. с 1 га 2474,5 2374,7 2293,1 2384,2 4. Условный чистый доход, руб. с 1 га 4775,5 2875,3 1456,9 -384,2 5. Рентабельность, % 192,9 121,1 63,5 -16,1 Из таблицы-11 видно, что наибольшая урожайность составила 2,9 т/га по варианту ”1”, что на 2,1 т/га больше по сравнению с вариантом ”4”. На варианте ”1” выручка с 1 га составила 7250 руб., что на 5250 руб. больше чем на варианте ”4”. Условный чистый доход получен во всех вариантах, кроме варианта ”4”
Рентабельность в ”1” составила 192,9%, что на 129,4% больше по сравнению с вариантом ”3” Таким образом, наиболее экономически эффективным является вариант ”1” для выращивания яровой пшеницы.
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 1. Исследования показали, что водопроницаемость биологически активного слоя чернозёма выщелоченного зависит от состояния его поверхности. Под покровом естественной травяной растительности (на целине) она высокая. В пашне она неудовлетворительная. 2. Биологически активный слой чернозёма выщелоченного на целине при хорошей водопроницаемости процессу водной эрозии не подвержен. Биологически активный слой чернозёма выщелоченного на пашне эродирован в сильной (верхняя часть склона) и средней (средняя часть склона) степени. 3. Степень эродированности чернозёма выщелоченного обусловлена структурностью биологически активного слоя. Структурность чернозема выщелоченного в пашне неудовлетворительная, а на целине она отличная.
Рекомендации производству Противоэрозионная организация территории – не просто сопутствующее мероприятие по борьбе с эрозией почв, а основа правильной разработки и эффективного применения всего комплекса взаимно дополняющих одно другое противоэрозионных мероприятий. Для предотвращения развития водной эрозии нужно улучшить структурность чернозема выщелоченного в пашне. Для улучшения его стуктурности необходимо соблюдение севооборота, введение в севооборот многолетних трав, а также разработка и внедрение системы приготовления и внесения органических удобрений
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бахарева А.Ф., Терпугов А.В. Агрохимическая характеристика почв и применение удобрений в Курганской области – Челябинск.: Южно-Уральское кн. изд., 1969. – 116 с. 2. Бельгибаев М.Е., Долгилевич М.И. О предельно допустимой величине эрозии почв. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института агролесомелиораци, вып. 1. Волгоград, 1970. 3. Бракин С.С. О влиянии размеров структурных агрегатов на водные свойства южного чернозема. Труды Одесского гос. ун-та им. И.И. Мечникова, том 145, сер. геол и геогр., вып. 3., 1965 4. Воронцов Г.В. Погода за апрель-сентябрь. // Сельская жизнь, №8 – 1998. 5. Ганжара Н.Ф. Почвоведение.–М.: Агроконсалт, 2001. – 392 с. 6. Ганжара Н.Ф., Ганжара Л.Н. О соотношении скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах. – Сб.: « Оценка и картографирование эрозионноопасных и дефляционноопасных земель». М.: Высшая школа, 1983. 7. Герасимов И.П. Денудация и развитие почв – Сб.: «Эрозия почв» М.- Л.: Высшая школа, 1973. 8. Гудзон Н. Охрана природы и борьба с эрозией. М.: Колос, 1974 9. Заславский М.Н. Эрозиоведение. М.: Высшая школа,1983 10. Заславский М.Н. Эрозия почв. М.: Наука,1970. – 11. Кауричев И.С., Панов Н.П. и др. Практикум по почвоведению. [для агрономических специальностей] – 3-е изд. перераб. и доп., М.: Колос,1980. 12. Качинский Н.А. Физика почв. М.: Высшая школа, 1965. – С.323. 13. Кирин Ф.Я. География Челябинской области. – Челябинск.: Южно-уральское книжное издательство, 1969. – 176 с. 14. Ковда В.А. Биосфера, почвы и их использование. М.: Колос,1974 15. Козаченко А.П. Состояние почв и почвенного покрова Челябинской области по результатам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. – Челябинск.: 1997. – 110 с. 16. Кушниренко Ю.Д. Агрохимические аспекты повышения эффективного плодородия южно-уральских черноземов. // Проблемы черноземов / Сб. науч. трудов по материалам научно-практической конференции РАСХН–ЧНИИСХ. – Челябинск, 1993. – С. 87-112. 17. Кушниренко Ю.Д. Челябинская область. // Агрохимическая характеристик почв СССР. – М.: Наука, 1968. – С. 219-309. 18. Маландин Г.А. Почвы Урала. – Свердловск, 1963. 19. Назаров Г.В. Зональные особенности водопроницаемости почв СССР. Л. изд-во Ленинградского ун-та, 1970. – С.184. 20. Новиков А.А. Охрана труда в Российской Федерации. Справочник. М.: Охрана труда и социальное страхование,1996 –304с. 21. Панов Г.А., Гайдук В.В. Структурность чернозема выщелоченного и ее агроэкологическая оценка // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. Сб. науч. тр. Вып. 4. –Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2004. С 197 – 201. 22. Роде А.А. Вопросы водного режима почв. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1978. 23. Синявский И.В. Агрохимия азотного, фосфорного и калийного фондов черноземов выщелоченных Челябинской области / Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства: Сб. науч. работ / ЧГАУ, Челябинск, 1998. – С.14-25. 24. Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории Европейской части СССР и борьба с ними. Том 2. М.: Наука, 1980. – С. 234. 25. Справочник по охране труда в РФ, – М.: Колос, – 1996. 26. Сулла М.Б. Охрана труда. М.: Просвещение, 1989. 27. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. М.: Колос, 1976 28. Степановских А.С. Охрана окружающей среды. М. ЮНИТИ, 2000. 29. Хан Д.В. Органо-минеральные соединения и структура почв. М.: Наука, 1969. – С. 142. 30. Швебс Г.И. Формирование водной эрозии, стока, наносов и их оценка. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974 31. Шкрабак В.С. Охрана труда. – М.: ВО «Агропромиздат», 1989. – 331 с. 32. Шумских Г.И., Фрумин И.Л. Методические рекомендации по защите почв от водной эрозии и дефляции в Челябинской области. Челябинск, 1981.
Приложение А Таблица А1 - Содержание почвенных агрегатов и структурность в пашне и на целине Кол-во повторений Размер агрегатов, мм. Структурность, % 0,25 0,5 1 2 3 5 7 >10 Содержание почвенных агрегатов и структурность в пашне 1 0,7 6 5,9 13,2 13,5 18,7 18,3 22,2 85,4 13,9 2 1,0 9,3 9,0 15,5 14,0 18,3 14,3 19,3 82,5 16,3 3 0,8 5,3 6,7 16,6 16,3 20,2 17,9 16,8 76,0 23,1 4 1,6 12,4 1,6 14,5 13,7 18,4 16,8 22,4 65,8 32,5 5 1,5 7,7 8,1 15,5 13,6 18,1 15,8 20,7 62,3 36,0 6 4,4 15,6 13,6 18,3 21,8 5,9 12,8 11,7 53,8 41,7 7 2,1 7,1 7,6 15,3 13,9 18,2 15,9 21,7 52,8 45,0 8 4,0 12,6 11,3 16,6 22,6 6,2 13,4 17,1 49,1 46,7 9 5,4 15,5 12,9 16,9 19,9 6,2 12,6 15,6 42,6 51,9 10 4,8 14,2 10,1 22,6 13,0 14,0 11,5 14,4 40,3 54,8 11 5,5 15,9 11,6 25,0 13,8 13,5 9,6 10,3 28,8 65,5 12 6,5 17,2 11,1 28,9 14,1 12,4 8,6 7,3 17,1 76,3 13 6,0 17,0 16,3 24,0 15,3 12,1 8,3 6,7 10,0 84,0 Х 3,4 11,2 9,1 18,3 15,0 14,2 14,2 17,6 53,3 44,1 Содержание почвенных агрегатов и структурность на целине 1 2,3 7,8 6,6 22,5 17,1 17,5 13,6 14,6 34,5 63,1 2 4,6 11,2 9,0 22,5 17,6 17,8 12,1 9,5 26,5 68,8 3 5,3 8,5 4,8 22,5 20,4 21,2 12,7 9,6 25,1 69,5 4 6,8 12,6 21,6 17,4 10,4 14,8 10,2 12,7 20,5 72,6 5 3,4 9,6 9,2 21,9 16 17,3 12,3 13,6 23,3 73,1 6 3,7 8,6 7,9 21,5 16,8 18,3 13,5 13,1 21,6 74,5 7 3,7 7,7 7,6 14,1 18,5 22,2 16,1 13,5 19,5 76,6 8 7,3 11,4 9,1 19,2 17,8 20,5 11,8 9,6 14,5 78,1 9 7 11,4 8,0 19,7 144,6 21,1 14,5 10,2 13,6 79,3 10 6,2 10,3 5,8 21,2 19,5 20,4 13,2 9,5 10,7 82,9 11 4,5 8,7 9,1 20,2 17,2 24,5 12,4 7,3 11,1 84,3 12 3,4 5,4 4,6 15,1 17,1 26,0 18,5 12,8 10,2 86,3 13 3,9 8,5 5,1 11,0 19,9 26,4 17,6 11,2 5,5 90,5 Х 5,2 9,6 8,0 20,1 17,2 19,8 13,7 11,2 17,3 77,2 Приложение Б Таблица Б1 - Моделирование степени оструктуренности и водопроницаемости почвы Структурность %
Повторности Средняя арифметич Водопроницаемость, Мм/мин I II III Отличная Хорошая Удовлетворительная Плохая Очень плохая 3,21 2,56 1,54 1,41 0,94 0,52 2,56 1,28 1,15 0,98 0,83 0,52 1,28 1,28 1,15 0,65 0,52 0,52 2,10 1,80 1,28 0,65 0,39 0,43 1,52 1,28 0,90 0,52 0,34 0,19 3,42 3,08 2,30 1,70 1,10 0,64 2,67 1,37 1,24 1,00 0,92 0,54 1,34 1,31 1,23 0,91 0,64 0,54 1,96 1,65 1,15 0,77 0,73 0,54 1,62 1,28 0,65 0,65 0,43 0,43 3,14 2,88 1,97 1,65 0,97 0,63 2,85 2,34 1,83 1,20 0,86 0,64 1,30 1,26 1,19 0,87 0,68 0,53 1,87 1,72 1,22 0,64 0,54 0,52 1,56 1,32 0,86 0,72 0,36 0,27 3,26 2,84 1,94 1,59 1,00 0,60 2,59 1,66 1,41 1,06 0,87 0,56 1,31 1,28 1,19 0,81 0,62 0,53 1,98 1,72 1,22 0,69 0,55 0,50 1,57 1,29 0,80 0,63 0,38 0,30 112,3 82,5 57,4 66,6 50,0