Дербенцева А.М. Эрозия и охрана почв (Механическая деградация почв)

Подождите немного. Документ загружается.

А.М. Дербенцева

ЭРОЗИЯ И ОХРАНА ПОЧВ

(МЕХАНИЧЕСКАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ)

Курс лекций

Владивосток

2006

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный университет

Академия экологии, морской биологии и биотехнологии

Кафедра почвоведения и экологии почв

А.М. Дербенцева

ЭРОЗИЯ И ОХРАНА ПОЧВ

(МЕХАНИЧЕСКАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ)

Курс лекций

Владивосток

Издательство Дальневосточного университета

2006

ББК 40.3

С 80

Научный редактор

В.И. Ознобихин, к. с.-х. н., профессор

Рецензенты:

В.И. Голов, д.б.н., гл. научный сотрудник

лаб. зем. ресурсов Биолого-почвенного инс-

титута ДВО РАН;

В.Н. Пилипушка, к.б.н., доцент кафедра поч-

воведения и экологии почв ДВГУ

Дербенцева А.М.

Эрозия и охрана почв (Механическая деграда-

ция почв). Курс лекций. Владивосток: Изд-во Дальневост.

ун-та, 2006.-85 с.

АННОТАЦИЯ

Рассматривается сущность разных типов и видов эрозионных и

дефляционных процессов и факторы, способствующие их развитию.

Приводятся физические основы эрозии и дефляции почв, включающие

вопросы распределения скоростей водного и воздушного потоков, их

турбулентный и ламинарный режимы, расчеты скорости движения воды по

склону и критических скоростей потоков. Сосредоточивается внимание на

конкретных свойствах почв, влияющих на их подверженность

механическому разрушению. Освещаются современные меры борьбы с

эрозией и дефляцией почв.

Для преподавателей и студентов почвоведов, географов, гидрологов,

экологов.

ББК 40.3

3802020000

C----------------

180(03) - 2006

экологии почв ДВГУ, 2006

ВВЕДЕНИЕ. ОХРАНА ПРИРОДЫ – ГЛОБАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА

СОВРЕМЕННОСТИ. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ,

ПРОТЕКАЮЩИХ В НАРУШЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕГРАДАЦИЕЙ

ПОЧВАХ

Будучи крышей геологических систем Земли, почва осуществляет

многообразные функции, являясь, прежде всего, защитной экранизирующей

оболочкой более глубоких горизонтов литосферы. С одной стороны, почва

является определяющим фактором устойчивости рельефа земной

поверхности и предохраняет глубже лежащие горные породы от линейного

размыва и плоскостного смыва. В ненарушенном состоянии природных

экосистем почва функционирует как весьма эффективный экран,

препятствующий денудации поверхности и обеспечивающий низкий

глобальный денудационный фон. Уже одно только уничтожение

растительного покрова и вовлечение почвенного покрова в систематическое

земледелие приводит к возрастанию общего денудационного стока в десятки

раз, а антропогенное нарушение почвенного покрова увеличивает объем

денудационного стока в сотни и тысячи раз.

С другой стороны, будучи защитным экраном литосферы, почва

одновременно выполняет функции, аналогичные функциям некоторых

биологических мембран на контакте между геосферами планеты.

Естественные функции почвы нарушаются под воздействием различных

факторов: атмосферных, гидрологических, гидрохимических. Но самым

сильным и глубоким является антропогенный фактор – это все, что связано с

хозяйственной деятельностью человека.

В дисциплине «Деградированные почвы и их рекультивация»

рассматриваются четыре формы деградации почв (биологическая,

химическая, механическая и физическая) и дано определение деградации

почв, как « медленное, постепенное ухудшение различных свойств почв,

ведущих к снижению плодородия». При этом механическая форма

деградации выражается в выносе тонкоилистых частиц из поверхностных

горизонтов почв под воздействием ветра либо воды часто при участии

антропогенных факторов. Таким образом, при механической деградации

проявляются процессы эродированности и дефлированности почв.

В последние десятилетия проблема охраны почв от эрозии и дефляции

становится все более актуальной. Это связано, во-первых, с осознанием

выдающейся роли почвы в жизни биосферы, во-вторых, с признанием того

факта, что почвенный покров России находится сейчас в критическом

состоянии. Уже всем известно, что почва является важнейшим компонентом

наземных биогеоценозов, мощным аккумулятором энергии на Земле,

регулятором состава атмосферы и гидросферы, барьером на пути миграции

загрязняющих веществ (Вернадский, 1926; Добровольский, Никотин, 1990).

И вот этот незаменимый компонент биосферы претерпевает значительную

деградацию, что приводит к снижению плодородия почв.

В документах Конференции ООН по окружающей среде и развитию,

проходившей в Рио-де-Жанейро в 1992 г., приведены следующие цифры по

степени деградации почвенного покрова Земли (%):

- крайняя степень деградации 1

- сильная 15

- умеренная 46

- легкая 38

и по соотношению наиболее распространенных видов деградации (%):

- механическая 84 ( в том числе эрозия – 56, дефляция – 28)

- химическая 12

- физическая 4.

По состоянию на тот же 1992 г. Зонном С.В. выявлено следующее

критическое состояние земельных угодий (млн. га):

общая площадь сельскохозяйственных угодий - 222

из них - переувлажненных, заболоченных, закустаренных - 46

- засоленных и солонцовых - до 40

- подверженных водной и ветровой эрозии - 50

- загрязненных промышленными предприятиями - до 62.

Кроме того, более половины территории подвержено засухе, растут

агротехнические нагрузки при увеличении веса агрегатов на

сельскохозяйственных полях.

По данным Государственного )национального) доклада о состоянии и

использовании земель Российской Федерации за 1996 год, примерно каждый

четвертый гектар сельскохозяйственных угодий и пашни России является

эродированным. При этом прирост площади смытых почв в черноземной

полосе России составляет 0,3% в год, а в некоторых районах достигает 1%.

Продолжается разрушение почв оврагами, площадь которых составляет

примерно 2,4 млн.га и ежегодно увеличивается на 0,1-0,2 млн.га.

Распространение эродированных и дефлированных почв в целом на

территории нашей страны впервые было показано на Почвенно-эрозионной

карте СССР (М 1:5 млн.), изданной в 1968 году под редакцией С.С. Соболева.

В 1998 г. Почвенным институтом им. В.В. Докучаева подготовлена к

изданию Почвенно-эрозионная карта СНГ (М 1:2,5 млн.) под редакцией А.Н.

Каштанова и Л.Л. Шишова, а также составлен авторский оригинал Карты

эрозионного районирования России (М 1:8 млн.). Новая Почвенно-

эрозионная карта базируется на материалах крупномасштабных почвенно-

эрозионных обследований, данных космических съемок.

По образному выражению И.А. Крупенникова, «эрозия выполняет по

отношению к почве роль гильотины – она ее в буквальном смысле

обезглавливает: лишает верхних гумусовых горизонтов, в которых

сосредоточено почвенное плодородие». Если кислую почву можно

нейтрализовать, засоленную – рассолить, то превратить эродированную

почву в неэродированную уже невозможно.

Международная ассоциация институтов прогрессивных исследований

выдвинула лозунг «Спасите наши почвы». В связи с продолжающейся

деградацией почв возник вопрос о необходимости создания Всемирной

почвенной хартии. Принцип ее следующий:

- среди главных ресурсов, которыми располагает человек, выделяется

земля; к ней относятся почвы, воды, растения и животные. Эксплуатация

этих ресурсов не должна вызывать их деградацию или разрушение, так как

жизнь человека зависит от их неиссякаемой продуктивности;

- признавая основополагающую роль земельных ресурсов для жизни и

благосостояния людей, а также для экономической независимости целых

стран; признавая быстрорастущие потребности а продуктах питания, очень

важно, чтобы вопросы оптимального землепользования, поддержания и

повышения продуктивности почв, и охраны почвенных ресурсов

рассматривались как имеющие первостепенное значение;

- под деградацией почв понимается частичное или полное снижение

продуктивности почвы, количественное, качественное, либо то и другое, в

результате таких процессов как водная и ветровая эрозия почв,

заболачивание, засоление, истощение запасов питательных веществ,

необходимых для растений, ухудшение структуры почвы, опустынивание и

загрязнение;

- деградация почв непосредственно влияет на сельское хозяйство и

лесоразведение, снижая урожайность и нарушая водный режим рек; другие

отрасли экономики, как среда в целом, включая промышленность и

торговлю, также нередко испытывают серьезные последствия деградации

почв, которая проявляется в виде паводков или заиления рек, плотин и

портов;

- правительства несут основное бремя ответственности за то, чтобы

программы землепользования включали мероприятия, обеспечивающие

наилучшее использование земель, поддержания и повышение их

продуктивности в течение длительного времени и сохранения плодородных

почв;

- землепользователи и широкая общественность должны быть

информированы о необходимости и средствах повышения продуктивности

почв и их охраны. Особое внимание следует уделять программам

образования, распространения передового опыта и обучения работников

сельского хозяйства на всех уровнях;

- земли, пригодные для разнообразного использования, следует

эксплуатировать максимально гибко, чтобы не лишить надолго, если не

навсегда, потенциальных землепользователей возможности работать на них.

Несельскохозяйственное использование земель должно быть организовано с

таким расчетом, чтобы максимально избежать выведения качественных почв

из сельхозоборота или их постоянной деградации;

- охрану почв необходимо включить в планы по освое6ию земель,

предусматривая соответствующие затраты в бюджетах планов развития.

Принятие изложенных принципов требует осуществления следующих

мероприятий:

- разработать политику разумного землепользования с учетом

пригодности земель для различных видов их использования, принимая во

внимание потребности страны;

- учесть принципы рационального землепользования и охраны

почвенных ресурсов при разработке соответствующего законодательства по

вопросам природных ресурсов;

- создать механизм для наблюдения и надзора над работами по

землеустройству и охране почв, а также для координации усилий

организаций, участвующих в эксплуатации земельных ресурсов страны с тем,

чтобы обеспечить наиболее рациональный выбор из возможных вариантов;

- произвести оценку новых и уже эксплуатируемых земель с точки

зрения их пригодности для разнообразного использования, а также оценку

возможного риска деградации почв;

- осуществить на всех уровнях программы образования, обучения и

распространения положительного опыта в области использования и охраны

почв;

- стремиться к созданию социально-экономических условий и

организационной структуры, способствующих рациональному

использованию и охране земельных ресурсов.

Среди современных задач по охране почв, стоящих перед почвоведением

России (из Государственного доклада о состоянии и использовании земель

Российской Федерации, 1996), отметим следующие:

1) разработка концепции почвенно-эрозионного мониторинга

как составной части Государственной программы мониторинга почв России;

2) совершенствование системы почвозащитного земледелия

на ландшафтной основе;

3) углубление исследований по теории эрозионных процессов

и разработке на ее основе новых инженерных методов проектирования

противоэрозионных мероприятий;

4) расширение выпуска специалистов в области охраны почв

от эрозии и базе университетов и других вузов.

I. ОБШИЕ ПОНЯТИЯ ОБ ЭРОЗИИ И ДЕФЛЯЦИИ ПОЧВ

1.1. Определение понятий «эрозия почв», «дефляция почв», класси-

фикация эрозионных процессов

Под эрозионно-дефляционными процессами, возникающими на

поверхности почв, понимается совокупность взаимосвязанных процессов

отрыва, переноса и отложения почвы поверхностным стоком временных

водных потоков и ветром. Эрозия происходит под влиянием стока дождевых,

талых, поливных вод. Сущность эрозии заключается в том, что под влиянием

тех или иных сил происходит отрыв частиц от монолита почвы или

подстилающей породы Дефляцию – это процесс, в результате которого

происходит нарушение верхних горизонтов почв под влиянием сильных

ветров.

Сущность эрозии заключается в том, что под влиянием тех или иных сил

происходит отрыв частиц от монолита почвы или подстилающей породы и

их перенос путем перекатывания, прыжков или транспортировки во

взвешенном виде. Эродирующая энергия, способная выполнить такую

разрушительную работу, возникает при падении воды на поверхность земли,

течении ее вниз по склону, больших скоростях ветра, при обработке почвы,

интенсивном выпасе скота, механическом удалении почвы для различных

строительных целей, трелевке древесины на лесосеках и т.д.

В зависимости от характера развития этих процессов, внешних форм

проявления различают нормальную (геологическую) и ускоренную

(антропогенную) эрозию. Нормальная эрозия определяется условиями

рельефа и климата, протекает очень медленно. Незаметно разрушающиеся

стекающими водами и ветром поверхностные слои почвы, естественно

восстанавливаются за счет почвообразовательных процессов. Ход

нормальной эрозии лишь иногда нарушается горообразовательными

процессами, вулканической деятельностью, землетрясениями и другими

природными явлениями.

Природное равновесие резко нарушается хозяйственной деятельностью

человека – распашкой гидрографической сети, вырубкой лесов,

уничтожением травянистой растительности. В результате на естественный

ход нормальной эрозии накладывается ускоренная.

Под влиянием разносторонней деятельности человека естественная

эрозия, как геологический процесс, не только приобретает специфические

антропогенные черты, но и возникают ее новые виды: плоскостная, речная,

ирригационная, линейная (овражная), промышленная и др.

Рассмотрим более подробно названные виды антропогенной эрозии

почв.

Агротехническая эрозии. Многолетнее применение отвальных плугов,

культиваторов, борон для обработки почвы на склонах крутизной от 3 до 7

приводит к постепенному перемещению вниз пахотного слоя почвы.

Сдвигаются, скатываются вниз по склону огромное количество комков почвы

разных размеров. Если на такое «спахивание» почвы накладывается процесс

смыва, деградация почвенного профиля увеличивается во много раз.

Пастбищная эрозия. Пастбищная эрозия возникает при отсутствии

нормированного выпаса скота. На пастбищах уничтожается защитный

покров из луговых трав, сгрызаются и растаптываются животными узлы

кущения ценных трав. Вместо густого равномерного дернового покрова,

уничтоженного под влиянием интенсивного скотобоя, поверхность пастбищ

покрывается тропинками и отдельно стоящими кустиками трав. Между

такими кочковатыми островками концентрируется сток, образуются ручейки

и потоки воды, возникает смыв и размыв почв. Под влиянием ударов копыт

разрушаются водопрочные почвенные агрегаты, что также ведет к усилению

эрозионных явлений. Обесструктуривание почвы происходит одновременно

с ее передвижением вниз по склону вместе с растительностью. Пастбища

превращаются в пустыри и овраги. Таким образом, пастбищная эрозия

представляет собой сложный разрушительный процесс, в котором участвуют

животные и вода.

Ирригационная эрозия. Ирригационная эрозия возникает, когда смыв

почвенного слоя происходит во время поливов поверхности почвы

дождевыми установками, напуском воды по бороздам. Во время таких

поливов происходит размыв борозд, размыв и смыв стенок гребней и гряд,

возникают струйчатые, линейные, плоскостные размывы поверхности.

Ирригационная эрозия возникает и на рисовых системах при

возделывании культуры риса. Технология возделывания этой культуры

включает залив рисовых чеков на определенное время и затем сброс воды,

При первоначальном заливе рисовых чеков первые порции поливной воды

идут на насыщение верхнего слоя почвы. Одновременно происходит

разрушение его, если скорость подачи воды превосходит расчетную. В

период спокойного стояния слоя воды в чеке взвешенные почвенные частицы

оседают равномерно по всей площади. Формируется наилок на поверхности

почвы (под слоем воды). Во время сбросов воды на рисовой системе

образуется три пояса: верхний (дальний по отношению к сбросному каналу)

– размываемый; средний – переходный и нижний – намываемый,

расположенный вдоль сбросного канала. В верхнем поясе происходит

донный размыв плоскости чека двух-, трехсантиметровым слоем воды,

оставшимся после сброса верхних 7-8 см, и идет вынос почвенной массы в

среднюю Ии нижнюю полосы. На среднем поясе поля в результате

ирригационной эрозии на микроповышениях наблюдается смыв (плоскостная

эрозия), а в микропонижениях – намыв мелких частиц почвы. Нижний пояс

полностью намываемый. Здесь происходит аккумуляция продуктов эрозии,

часть которых выносится со сбросными водами, оседает в ирригационной

сети и порой заиливает ее.

Роговская Н.В. и Ружанский В.В. (1977) систематизировали процессы,

развивающиеся в связи с мелиорацией земель (табл.1).

Таблица1

Систематизация эрозионных процессов

Зона

воздей-

ствия

Процессы,

развивающиеся под

влиянием мелиорации

Вероятные направления и последствия

развивающихся процессов

Локальные процессы

1.Изменение микроре-

льефа при проведении

планировок поверхно-

сти

Обнажение солонцовых горизонтов или

бесплодных глинистых и каменистых

пород, ухудшение структуры почвы

2.Оседание и просадка Образование воронок и трещин вдоль

каналов, оседание поверхности

торфяников

Поверх-

ность

3.Изменение рельефа

вследствие накопления

ирригационных отло-

Образование ирригационного

«чашечного» рельефа, заиление каналов,

углубление русел каналов, образование

жений террас

Сетевая эрозия

1.Эрозия орошаемых

почвогрунтов

Смыв почв, снижение плодородия и

возникновение большой пестроты

почвенного покрова

2.Изменение грануло-

метрического состава

почвонрунтов.Образо-

вание непроницаемых

горизонтов

Оглинение почв, выравнивание гра-

нулометрического состава агроиррига-

ционных отложений

3.Изменеие структуры

почвогрунтов

Изменение агрегированности почв.

Уплотнение почв, образование твердой

корки

4.Изменеие скорости

фильтрации

Снижение скорости фильтрации

5.Изменение гидроло-

гии почвогрунтов

Поддерживается равномерное

увлажнение почв, усиливается

влагообмен и испарение

6.Изменение термиче-

ских свойств почво-

грунтов

При орошении удельная теплоемкость и

теплопроводность увеличиваются, а при

осушении – уменьшаются

7.Засоление на слабо

дренированных и не

дренированных терри-

ториях

Подтягивание солей в верхние горизонты

почвогрунтов, образование солончаков,

солонцов, снижение биологических

процессов

Почва и

зона

аэрации

8.Изменение состава Обогащение почв минералами