Величина поверхностного стока на землях с различными уклонами и сельскохозяйственным использованием

Введение. На современном этапе развития сельского хозяйства в Беларуси деградация почв (процесс ухудшения почв) наносит значительный как экологический, так и экономический ущерб.

Актуальность данной проблемы не только не уменьшается, но приобретает все большее развитие [1].

За последние несколько десятков лет интенсивность развития процессов эрозии в мире выросла в несколько десятков раз по сравнению со среднеисторической величиной.

Разрушение водой и ветром верхнего слоя почвы и вместе с ним части подстилающей породы называют термином «эрозия почв».

Значительное развитие почвенной эрозии в Беларуси вызывает сочетание таких факторов, как особенности рельефа, характеристика почвенного покрова и характер пород, образующих почву, а также деятельность человека [2–4].

От 6 до 8 % в Республике Беларусь, по различным данным, занимают эродированные почвы на пашне.

Кроме того, при неправильном сельскохозяйственном использовании на части пахотных земель, которые относятся к эрозионно опасным, могут проявляться признаки эрозии, что значительно увеличивает вышеприведенный процент.

В некоторых районах хорошо выражена динамика увеличения и расширения площади земель, подверженных эрозионным процессам.

На таких площадях экономический и экологический ущерб от эрозии почвы носит существенных характер.

Данные различных исследователей показывают, что каждый год с единицы водосборной площади (1 га) вместе со стоком поверхностной воды теряется примерно до 15 тонн твердой фазы и до 180 кг гумусового вещества, до 10 кг азота, до 5 кг фосфора и калия соответственно.

Вынос гумуса и питательных элементов, ухудшение таких свойств почв, как агрофизические, агрохимические, негативно сказываются на производительности эродированных почв.

В зависимости от степени эродированности отмечается тенденция к недобору урожая по таким традиционным культурам, как зерновые (до 40 %), пропашные (до 60 %), лен (до 40 %), многолетние травы (до 30 %).

Вынос, вымывание питательных, минеральных веществ в условиях холмистого рельефа и недалеко расположенных от пахотных угодий водотоков приводят к тому, что в воду попадают фосфаты, нитриты, пестициды, что вызывает определенную степень экологического ущерба, тем самым ухудшая качество воды в поверхностных водных объектах.

Северо-восточная часть Беларуси характеризуется тяжелыми почвами и холмистым рельефом, ввиду этого деградация почв от ветровой и водной эрозии носит выраженный характер.

По данным различных авторов, на территории Беларуси эродированные земли занимают примерно 3 % площади, а из земель, используемых в сельском хозяйстве, на долю водной эрозии приходится до 5 % [5, 6].

Процент площади земель в Могилевской области, подверженных водной эрозии, по данным РУП «Институт почвоведения и агрохимии», составляет около 21 %.

Такой вид эрозии, как водная, причиняет как экологический ущерб, так и экономический. Последствия ее видны в ухудшении биологических свойств, физических и агротехнических, кроме этого, нарушается целостность почвенного покрова.

Исследования различных авторов указывают, что при текущем использовании эрозионных земель с 1 га каждый год выносится в среднем до 10 тонн твердой фазы почвы, до 150 килограмм гумусовых веществ, около 10 килограмм азота, примерно 4 килограмма фосфора и калия, до 5 килограмм кальция и магния. Все это отрицательно влияет на почвенные процессы.

При этом недоборы урожая по основным сельскохозяйственным культурам на землях, подверженных эрозии, в зависимости от ее степени, составляют от 5 до 60 %.

Вероятность возникновения эрозии на территории северо-восточной части Беларуси определяют такие природные факторы, как климат, уклоны местности, гранулометрический состав почвы, произрастающая растительность, а также такой антропогенный фактор, как сельскохозяйственное использование земель.

Одной из основных причин возникновения такого вида эрозии почвы, как водная эрозия, является поверхностный сток, который формируется на участке при определенном сочетании режима осадков и рельефа местности [7].

На территории северо-восточной части Беларуси поверхностный сток может формироваться в зоне достаточного увлажнения на склоновых землях при небольших длительных дождях и особенно сильно - при ливневых осадках.

Северо-восточная часть Беларуси, в частности Оршанско-Могилевское плато, характеризуется длинными склонами, почвами дерновоподзолистыми и пылевато-суглинистыми. Данные почвы развиты на мощных лессовидных суглинках, характеризуются небольшой водопроницаемостью. Водообеспеченность характеризуется относительно большим количеством талых вод в весенний сезон и интенсивными дождями в летний [8].

Вышеперечисленные факторы представляют собой основание для возникновения процессов эрозии. Непосредственная и основная причина возникновения процессов эрозии, на наш взгляд, это хозяйственная деятельность человека, кото- рая характеризуется распашкой территории, уничтожением естественной растительности.

Таким образом, проявлению эрозионных процессов, возникающих при поверхностном стоке в условиях холмистого рельефа, способствуют осадки, их интенсивность, расчлененный характер рельефа, распаханность территории и не всегда достаточно обоснованное использование земель в сельском хозяйстве.

Цель исследования - изучение влияния природных условий, таких как атмосферные осадки, их интенсивность, продолжительность и величина, наличие растительности, уклон поверхности участка и его сельскохозяйственное использование на формирование поверхностного стока.

Объекты и методы. Для дальнейшего выявления параметров и закономерностей поверхностного стока с северо-восточной части Беларуси в условиях минеральных почв нами были устроены стоковые площадки и организованы на них специальные исследования. Стоковые площадки находились на землях учебноопытного комплекса «Тушково-1», в Горецком районе Могилевской области.

Одной из задач полевых исследований являлось систематическое наблюдение за метеорологическими условиями и поверхностным стоком.

Исследования проводились на шести стоковых площадках, расположенных на склоне различной крутизны. Площадки изолировались от окружающей территории земляными бортиками. Для определения объема поверхностного стока служили оттарированные мерные баки.

На стоковых площадках выращивались сельскохозяйственные культуры. На площадках 1 и 2 с уклоном 0,057 и 0,024 % выращивалась свекла. Площадки 3 и 4 были заняты под многолетними травами, уклон площадок 0,075 и 0,042 %. Площадки 5 и 6 содержались под паром, уклон площадок 0,025 и 0,053 %.

Для определения гранулометрического состава почв стоковых площадок были выполнены почвенные разрезы. Морфологические признаки почвенных слоев определялись в полевых условиях.

Характеристика почвенного разреза № 1 (дерново-подзолистая среднеоподзоленная с признаками временного избыточного увлажнения почва на легких мощных лессовидных суглинках):

А1 0-35 - перегнойный горизонт светлосерого цвета с коричневым оттенком, свежий, суглинок легкий, плотный, корни растений на глубину 25-30 см;

А2 35-45 – подзолистый горизонт светлосерого цвета, суглинок легкий, бесструктурный, свежий, уплотненный, переход в следующий горизонт с затеками;

А2В1 45-60 – подзолисто-иллювиальный горизонт, светло-коричневого цвета, с затеками горизонта А2, легкий суглинок, переход в следующий горизонт В2 ясный;

В2 60-145 – иллювиальный горизонт, светлокоричневого цвета, супесь связная, плотный, пунктуации марганца, переход в горизонт В3 ясный;

В3 145-180 – иллювиальный горизонт, коричневого цвета, влажный, супесь легкая, комковатый плотный, переход в горизонт В4g ясный;

В4g 180-200 – иллювиальный горизонт, светло-серый с голубым оттенком, с желтыми пятнами, суглинок средний, влажный, структура глыбистая.

Характеристика почвенного разреза № 2 (дерново-подзолистая слабооподзоленная с признаками временного избыточного увлажнения почва на легком мореном суглинке):

Ап 0-25 – пахотный горизонт, темно-серого цвета, суглинок легкий, пылеватый, свежий, комковатый, уплотненный, корни растений на глубину 20 см, переход в следующий горизонт ясный;

А2В1 25-70 – подзолисто-иллювиальный горизонт, темно-коричневого цвета, легкий мореный суглинок, структура глыбистая, свежий, уплотненный, с включением мелких камней, пунктуации марганца, переход в следующий горизонт ясный;

В2 70-160 – иллювиальный горизонт, суглинок легкий мореный, коричневого цвета, влажный, структура глыбистая, уплотненный, с включением камней;

В3 160-200 – легкий мореный суглинок, красно-бурого цвета, плотный, глыбистый, свежий, включение камней.

После проведения соответствующих лабораторных анализов [9, 10] давалось более полное и уточненное название генетическим горизонтам почвенных разрезов.

Расположение уровня грунтовых вод в месте проведения исследований составляет более 5 м.

Согласно рекомендациям [11] и учитывая опыт других исследователей, размеры стоковых площадок составили 10 м в длину и 5 м в ширину. При этом длинная сторона располагалась вдоль уклона поверхности исследуемого участка.

Наблюдения за основными метеоэлементами, в частности за жидкими атмосферными осадками, проводились при помощи таких приборов, как дождемер и плювиограф, на метеорологической площадке учебно-опытного комплекса «Тушково-1» УО «БГСХА».

Результаты и их обсуждение. Суммарные значения месячных величин осадков и их сравнение со средними многолетними значениями для данного района наблюдений представлены в таблице 1.

По данным таблицы 1 видно, что наибольшее количество осадков за среднемноголетний период наблюдалось в седьмом и восьмом месяцах. При этом больше всего осадков выпало в первый год исследований и составило 394 мм.

Таблица 1

Период наблюдения	Месяц										Сумма осадков, мм
	V		VI		VII		V	II	IX
	мм	%	мм	%	мм	%	мм	%	мм	%
1-й год	99	180	139	181	63	72	87	107	6	10	394
2-й год	39	71	67	87	51	58	105	130	112	181	374
3-й год	78	142	84	109	169	192	30	37	25	40	386
Среднемноголетний год	55		77		88		81		62		363

Осадки по месяцам и процент от среднемноголетних значений

В таблице 2 представлены суммарные значения осадков (∑Р), при выпадении которых наблюдался поверхностный сток, а также количество (n) таковых наблюдений. Из таблицы 2 видно, что наибольшее количество наблюдений поверхностного стока было с площадки № 6, а наименьшее с площадки № 4. Эти наблюдения подтверждают выводы других исследователей о влиянии уклона и сельскохозяйственного использования поля на величину стока.

Значения суммарного поверхностного стока (^С п ) со стоковых площадок

Таблица 2

Номер площадки	1-й год			2-й год			3-й год
	∑Р, мм	∑С п , мм	n	∑Р, мм	∑С п , мм	n	∑Р, мм	∑С п , мм	n
1	209,9	2,86	17	219,9	1,98	12	169,0	2,26	9
2	180,1	1,30	14	210,1	0,64	10	192,6	1,00	6
3	155,0	0,90	14	188,2	0,66	7	178,7	1,56	5
4	180,1	0,70	12	89,2	0,29	3	153,9	0,70	4
5	181,1	2,32	15	212,7	1,01	11	217,0	1,80	8
6	255,2	8,75	19	176,7	6,10	10	213,6	10,78	14

Одинаковые уклоны, но разные сельскохозяйственные культуры в нашем случае уменьшили суммарный поверхностный сток с площадки № 1 по сравнению с площадкой № 6 примерно на 65 %.

С увеличением уклона сельскохозяйственного поля, но с одинаковыми культурами (площадки № 1 и № 2), значение суммарного поверхностного стока также изменилось, а именно – увеличилось примерно на 60 %.

Нами была предпринята попытка подобрать подходящую зависимость для описания связи суточного поверхностного стока с суточными значениями осадков. Учитывая максимальные значения коэффициентов корреляции, подходящая зависимость носила линейный характер [8]

С п = а ∙ х, (1)

где х – суточные значения осадков, мм; а – коэффициент, значение которого представлено в таблице 3.

Таблица 3

Коэффициент	Номер площадки
	1	2	3	4	5	6
а	0,0118	0,0047	0,006	0,0039	0,0087	0,0365
R2	0,63	0,53	0,60	0,61	0,66	0,57

Значения коэффициента а и коэффициента корреляции зависимости (1)

Заключение. По результатам исследований следует, что не все суточные атмосферные осадки вызывают поверхностный сток. Как показал анализ наблюдений, при одних и тех же значениях атмосферных осадков значения суточного поверхностного стока могут быть различны в силу изменения таких основных факторов, как интенсивность атмосферных осадков и влажность почвы.