Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование выбора направления исследований 9
1.1 Водная эрозия почв и причиняемый ею ущерб 9
1.2 Противоэрозионные рубежи в борьбе с эрозией почв и их роль в рациональном обустройстве агроландшафтов 18
2. Условия, методика и объекты проведения исследований 34
2.1 Характеристика региональных природных условий 34
2.2 Характеристика объекта исследований 38
2.3 Метеорологические условия проведения опытов 41
2.4 Методика проведения исследований 46
3. Факторы формирования поверхностного стока талых вод на зяби чернозема южного и его обеспеченность 50
3.1 Факторы формирования поверхностного стока талых вод 50
3.2 Обеспеченность весеннего поверхностного стока на зяби 56
4. Элементы водного баланса, поверхностный сток и эрозия почв в условиях склоново-ложбинного агроландшафта 62
4.1 Накопление и распределение снега на опытных водосборах 62
4.2 Влияние противоэрозионных рубежей на поверхностный сток и эрозию почв 66
4.3 Роль противоэрозионных рубежей в сокращении потерь биогенных элементов 73
4.4 Особенности накопления почвенной влаги на полях с противоэрозионными рубежами 77
5. Влияние противоэрозионных рубежей на плодородие почв 84
5.1 Влияние эрозии и противоэрозионных рубежей на отдельные почвообразовательные процессы в смытом черноземе южном 84
5.2 Гранулометрический, микро- и макроагрегатный составы чернозема южного 88
5.3 Изменение агрохимических свойств почв склонов под действием эрозии и противоэрозионных рубежей 96
6. Агрономическая и биоэнергетическая эффективность противоэрозионных мероприятий 106
6.1 Особенности распространение сорной растительности под влияние водной эрозии и противоэрозионных рубежей 106
6.2 Влияние лесогидромелиоративных рубежей на продуктивность сельскохозяйственных культур 109
6.3 Технология строительства и сроки эксплуатации противоэрозионных гидротехнических сооружений 113
6.4 Биоэнергетическая оценка вариантов противоэрозионных инженерно-биологических систем 119
Выводы 125
Предложения производству 128
Литература 129
Приложения 148
- Противоэрозионные рубежи в борьбе с эрозией почв и их роль в рациональном обустройстве агроландшафтов
- Факторы формирования поверхностного стока талых вод
- Гранулометрический, микро- и макроагрегатный составы чернозема южного
- Биоэнергетическая оценка вариантов противоэрозионных инженерно-биологических систем
Противоэрозионные рубежи в борьбе с эрозией почв и их роль в рациональном обустройстве агроландшафтов
Первые наблюдения за проявлением эрозионных процессов на территории России относятся к первой половине XIV века. Первым русским ученым, положившим начало изучению эрозии почв, был М.В. Ломоносов, который в 1751 г. писал о смыве почв при выпадении ливней и сортирующем воздействии эрозии на почву. Примерно в это же время (середина XVIII в.) в литературе появляются рекомендации по борьбе с эрозией почв с помощью агротехники. М.И. Афонин советует делать на полях борозды для предотвращения склонового стока, а С. Друковцев в 1773 г. писал: "На горах пахать и делать полосы поперек горы, а вдоль горы не пахать, затем, что сок навозный будет стекать...". В популярных работах А.Т. Болотова даются обстоятельные рекомендации по созданию на сельскохозяйственных землях лесопосадок (Соболев, 1948).
Отмена крепостного права и развитие капитализма в России способствовали бурному истреблению лесов и распашке новых земель. Вместе с этим стали учащаться засухи, водная и ветровая эрозия, послужившие причиной падения продуктивности аграрного производства. Все попытки борьбы с недугом носили случайный характер и существенного значения не имели.
Быстрое развитие теоретических и практических работ по изучению причин засухи, эрозии почв и мер борьбы с ними связано с именем В.В. Докучаева, его учеников и современников. В 1892 г. в книге "Наши степи прежде и теперь" В.В. Докучаев (1953) впервые научно обосновал необходимость комплекса мероприятий по оздоровлению сельского хозяйства степной зоны, сформулировал основы ландшафтного земледелия.
Разработанная В.В. Докучаевым программа реорганизации сельского хозяйства степной зоны России осуществлялись на трех опытных участках. Наиболее полно комплексные работы по созданию новых агроландшафтов были проведены на Каменно-степном участке, ставшим ярким примером высокой эффективности системного ландшафтного подхода при изучении и использовании природных ресурсов.
Изучение эрозионных процессов в XX веке было продолжено и получило развитие в трудах С.С Соболева (1948, 1960), Н.И. Суса (1949), А.С. Козменко (1954), СИ. Сильвестрова (1957), Д.Л. Арманда (1961), Г.Н. Высоцкого (1962), И.Д. Брауде (1965), Ц.Е. Мирцхулавы (1970), К.Л. Холупяка (1973), А.Н. Каштанова (1974), М.Н. Заславского (1979, 1987), М.С. Кузнецова (1981), Г.И. Швебса (1981), А.Д. Орлова (1983), Е.В. Полуэктова (1984), А.И. Шабаева (1985), И.С. Константинова (1987), Г.А. Ларионова (1993), О.Г. Котляровой (1995), Н.С. Немцева (1996), А.И. Климентьева (1997) и многих других ученых. Ими разработан и апробирован комплекс организационных, агротехнических, гидротехнических, фито- и лесомелиоративных мероприятий. В их трудах не раз отмечается необходимость применения систем противоэрозионных мероприятий на всей территории водосбора.
Эрозия - сложный, обусловленный многими факторами процесс разрушения почвы, поэтому каким-то одним приемом ее приостановить нельзя. Эффективным может быть только комплекс мер борьбы с ней. На основе учения В.В. Докучаева А.С. Козменко в 1937 г. предложил идею комплексного подхода к решению проблемы эрозии почв с охватом целых водосборов.
В комплексе мер по охране почв основополагающее значение имеют организационно-хозяйственные мероприятия. Они создают предпосылки наиболее эффективного применения агротехнических, лесомелиоративных, гидротехнических и других мер зашиты земель от эрозии. Противоэрозион-ная организация территории предусматривает выделение севооборотных массивов с учетом крутизны склона и эродированности почв, определение интенсивности их использования, установление размеров полей и их размещение на территории, выбор приемов и технологий обработки почв, размещение линейных рубежей, определение вида и места гидротехнических сооружений.
Согласно классификации А.С. Козменко (1954), на склонах выделяются 3 земельных фонда: приводораздельный - ровные участки и пологие склоны крутизной до 3; присетевой - земли крутизной свыше 3 и примыкающие к гидрографической сети; гидрографический - берега, крутосклоны и днища лощин, суходолов и речных долин.
В дальнейшем эта классификация неоднократно совершенствовалась и уточнялась Г.П. Сурмачем (1976), И.П. Здоровцевым и соавт. (1976), М.И. Лопыревым (1995), О.Г. Котляровой (1995) и другими учеными.
Для перехода на ландшафтно-экологические принципы ведения хозяйства в НИИСХ Юго-Востока была разработана методика построения адаптивно-ландшафтных систем земледелия с учетом 3 уровней адаптации: природные зоны, микрозоны и типы агроландшафтов (Шабаев, Медведев, 1996, Шабаев, 2000). С учетом существующих основных классификационных признаков по Поволжью и Саратовской области выделяются следующие категории земель и типы агроландшафтов: Категория 1 - равнинные земли крутизной до 1 с интенсивностью смыва до 1 т/га в год, на которых нет ограничения в выборе возделываемых культур, технологий и направлении обработок почвы и посева. Тип агро-ландшафта - плакорно-равнинный.
Категория 2 - склоновые земли крутизной 1-3 с интенсивностью смыва до 3 т/га в год, где обязательна обработка и посев поперек или под допустимым углом к склону и соблюдение почвозащитной агротехники. Тип агроландшафта - склоново-ложбинный.
Категория 3 - включает пахотные земли на склонах крутизной 3-5 с интенсивностью смыва до 5 т/га в год, которые пригодны для размещения почвозащитных зерновых и зернотравяных севооборотов без пропашных культур или очень ограниченным их количеством при условии буферного посева и создания напашных валов-террас с широким основанием. Тип агроландшафта - склоново-овражный.
Категория 4 - склоновые земли крутизной 5-8 и интенсивностью смыва до 10 т/га в год. Их рекомендуется включать в почвозащитные севообороты с долей многолетних трав 50 и более процентов. Тип агроландшафта - балочно-овражный, контурно-мелиоративный.
Категория 5 - склоновые земли крутизной 8-16 и с интенсивностью смыва до 15 т/га в год. Используются для сплошного постоянного залуження многолетними травами и лесолугового освоения. Тип агроландшафта - крутосклоновый лесолуговой.
Категория 6 - земли со склонами круче 16 и с интенсивностью смыва более 15 т/га, где предусматривается частичное улучшение естественных кормовых угодий и сплошное облесение. Тип агроландшафта - крутосклоновый лесокультурный.
Климат Саратовской области отличается недостатком влаги, между тем, почти ежегодно на всех склоновых типах агроландшафтов отмечаются потери осадков на сток и возникновение очагов эрозии (Шабаев, 1985). Величина стока во многом определяется условиями впитывания влаги. Наиболее простой и общепризнанной мерой борьбы со стоком является глубокая зяблевая вспашка.
В настоящее время установлено, что размеры весеннего талого стока с зяби в 2...3 раза ниже, чем с уплотненной пашни (залежь, озимые, многолетние травы). Причиной тому служит рыхлое сложение пахотного слоя с большим количеством некапилярных пор и скважин, обеспечивающих даже при значительной глубине промерзания хорошую инфильтрацию вод поверхностного стока. Поровое пространство уплотненной пашни в основном представлено капиллярной системой пор, в которых при замерзании образуются ледяные пробки, и инфильтрационные свойства почв резко сокращаются (Поляков, 1939; Львович, 1954; Сухарев, 1955; Сурмач, 1976; Шаба-ев, Демьянова, 1995).
По данным И.А. Кузника (1962) после масштабной распашки целинных земель и массового применения зяби, норма стока в Заволжье снизилась на 15-20%, а коэффициент стока до 0,30, по сравнению с уплотненной пашней, где он составлял 0,45.
Факторы формирования поверхностного стока талых вод
На развитие эрозионно-гидрологических процессов оказывает влияние совокупность целого ряда природно-климатических и антропогенных факторов. Особое место в этом ряду занимают метеорологические условия, определяющие гидрологическую обстановку, складывающуюся перед снеготаянием (Полуэктов, 1984; Шабаев, Демьянова, 1995).
Ряд исследователей (Харченко, 1962; Сухарев, 1976; Панов, 1980; Полуэктов, 1984; Барабанов, 1993; Тихонов и др., 1995) в качестве главных факторов формирования поверхностного стока талых вод выделяют величину снегозапасов, увлажнение и глубину промерзания почв. П.Г. Кабанов (1972) на основании исследования по стоку талых вод проведенных в 1924-1938 гг. на Саратовской опытной станции (ныне НИИСХ Юго-Востока) пришел к выводу, что из всех выше перечисленных факторов решающее значение имеют количество осадков предзимья или степень осеннего увлажнения почвы.
По данным И.А. Кузника (1962) интенсивность водоотдачи снега в Поволжье достигает 0,14 мм/мин. При отсутствии продуктивной влаги в почве, скорость впитывания на зяби при нулевой температуре составляет 1,25 мм/мин. Следовательно, при низких осенних влагозапасах талая вода полностью поглощается почвой. При повышении влажности почвы снижается действующая скважность, в результате чего резко ухудшаются условия водопоглощения и создаются предпосылки к формированию поверхностного стока (Полуэктов, 1984).
За период проведения исследований в годы (1978, 1979, 1990, 1991, 1998 гг.), когда запасы влаги в метровом слое почвы были на уровне сред-немноголетних показателей и выше (приложение 2), поверхностный сток колебался от 4,0 до 53,7 мм, а коэффициент стока от 0,07 до 0,44. Исключение составляют лишь 1986 и 1988 гг., когда при осенних запасах влаги в почве, вследствие растянутого периода снеготаяния вся снеговая вода поглотилась почвой и поверхностный сток не сформировался.
По результатам наших исследований для южных тяжелосуглинистых черноземов коэффициент парной корреляции слоя и коэффициента стока с осенними влагозапасами составляет, соответственно г=0,44 и г=0,34, что указывает на связь лишь средней тесноты для слоя и слабую для коэффициента стока (таблица 3.1).
Другим исключением являются 1981 и 1982 гг., когда при осенних запасах почвенной влаги ниже среднемноголетних, сформировался поверхностный сток.
В течение зимнего периода под действием глубоких оттепелей может происходить частичное или полное стаивание снежного покрова и насыщение влагой верхних горизонтов почвы. При последующем похолодании образуется временный водонепроницаемый экран из мерзлой почвы, часто усиливаемый ледяной коркой. Особо ярким примером служит 1981 г. Почва ушла в зиму с увлажнением ниже нормы (запасы влаги в метровом слое 45,8 мм), в течение зимы было отмечено 4 глубокие оттепели, в результате чего на поверхностный сток было потеряно 58% снеговой воды.
А.И. Шабаев (1988), проведя анализ повторяемости глубоких зимних оттепелей с 1923 по 1983 гг. по метеостанции Саратов Ю.-В., установил, что число лет без оттепелей в зимний период встречается 10% от общего количества, а с 2т и более 3- - 80% лет и что такие оттепельные явления играют важную роль в изменении водопроницаемости почвенного покрова и формировании стока талых вод.
В целом, отмечается тесная прямая корреляционная связь слоя и коэффициента стока на зяби с глубокими зимне-весенними оттепелями: г = 0,69 для слоя и г = 0,76 для коэффициента стока (рис. 3.1-3.2).
Глубина промерзания почвы как фактор формирования стока талых вод находится в большой зависимости от уровня увлажнения почвы. Сейчас общепризнанно, что сухие и слабо влажные, но промерзшие почвы хорошо водопроницаемы, а сильно влажные с большой льдистостью пропускают воду очень слабо. Плохая водопроницаемость мерзлой почвы (сильная степень цементации) может иметь место только в том случае, когда при всех прочих равных факторах почва имеет влажность не ниже наименьшей влагоемкости (20-24% сухой навески). При влажности 14-18% может иметь место только слабое промерзание, а при влажности ниже 14%, наблюдается лишь сухое промерзание (Тихонов и др., 1995).
Явление водопроницаемости через мерзлую почву, по мнению Н.А. Качинского (1927), объясняется тем, что вода весьма редко (и только на поверхности) замерзает сплошным слоем. Уже на глубине 3...5 см и более мелкие поры и пустоты почвы оказываются заполненными льдом только пристенно, талая вода проникает через эти канальца и инфильтруется вглубь почвы (Сухарев, 1976; Комаров, 1984). Так, в 1980, 1983, 1984, 1987, 1988, 1993, 1997 гг., когда почва ушла в зиму при слабой и средней степени увлажнения и глубине промерзания свыше 75 см, сток не сформировался.
В целом, полученные нами коэффициенты парной корреляции слоя и коэффициента стока с глубиной промерзания низки и недостоверны на 5%-ном уровне значимости.
Многообразие сочетаний метеорологических факторов и отсутствие длительных рядов наблюдений за прохождением стока талых вод в условиях Приволжской возвышенности делает затруднительным однозначное определение степени влияния каждого фактора в отдельности.
Гранулометрический, микро- и макроагрегатный составы чернозема южного
Устойчивость почвы к разрушающим процессам эрозии определяется механическими, водно-физическими, физико-химическими свойствами почвы которые в свою очередь находится в большой зависимости от гранулометрического состава и, в частности, от содержания в ней физической глины.
Более тяжелые почвы лучше противостоят смыву и размыву, чем легкие, однако в связи с более высокой водопроницаемостью, легкие по гранулометрическому составу почвы меньше подвержены смыву в период выпадения ливневых осадков (Сурмач, 1976). Проведенные B.C. Федотовым (1980) исследования влияния гранулометрического состава почв на процессы эрозии (методом искусственного дождевания) показали, что количество смываемых частиц при различном содержании физической глины в почве и одинаковой интенсивности стока колеблется в широких пределах. При содержании в почве 50-55% физической глины, мутность потоков составляет 20.. .40 г/л, а при 26% она возрастает в 2,5.. .4,9 раза и достигает 50...220 г/л.
Периодические процессы смыва и размыва верхнего горизонта почвы вызывают изменения в гранулометрическом составе почвы. Установлено, что в результате эрозии происходит селективный вынос тонкодисперсных фракций и облегчение гранулометрического состава (Танасиенко, 1977; Зайченко, 1988, Шелякин и др., 1990). Так по данным В.Г. Гусарова (1987), содержание ила в наносах в 3,2, а мелкой пыли в 4 раза больше, чем в исходной почве.
Проведенные нами исследования на южных черноземах подтвердили данную закономерность (таблица 5.2). Пахотный горизонт почвы плакора, принятой за эталон, содержит 63,9% физической глины и по трехчленной классификации Н.А. Качинского (1965) характеризуется как легкоглинистый с преобладанием фракций крупной пыли и ила.
Гранулометрический состав почвы расположенной вне зоны влияния лесополосы (200 м от ЛП) и активно подвергающийся воздействию водной эрозии несколько легче относительно контроля (потери ила составляют 1,6%, физической глины - 3,9%) и находится на грани перехода из легкоглинистых в тяжелосуглинистые. При этом отмечается незначительная тенденция к обогащению инертными к структурообразованию пылеватыми фракциями (крупной пыли - на 1,7%, средней - на 1,2%), что снижает способность почвы к оструктуриванию и увеличивает ее податливость к эрозии (Трегубов, Блохин, Русанов, 1987).
При движении вниз по склону от середины агроландшафтной полосы к лесонасаждению содержание, как илистой фракции, так и физической глины продолжает снижаться. На расстоянии 50 м от лесной полосы почва уступает по содержанию физической глины водоразделу на 7,8% и на 3,9% середине поля, а по гранулометрическому составу перешла из разряда легкоглинистых в тяжелосуглинистую с дальнейшим увеличением доли крупно-пылеватых частиц.
Гранулометрический состав почвы в 25-метровой зоне по сравнению с 50-метровой заметно тяжелее. Содержание физической глины в ней находится на уровне участка, находящегося вне зоны влияния лесной полосы, а количество илистой фракции превышает показатель несмытой почвы плако-ра на 1,6%.
Под пологом лесной полосы отмечается повторное снижение доли мелкодисперсных фракций и переход горизонта А в разряд тяжелосуглинистых. Подобная закономерность была получена К.И. Зайченко (1991) на темно-каштановых почвах и обыкновенных черноземах. По его мнению, она обусловлена двумя причинами: во-первых, повышенной кольматацией во время стока тонкодисперсных частиц снежными шлейфами формируемых лесными полосами, а во-вторых, обеднение верхних почвенных горизонтов физической глиной происходит за счет повышенной гидратации, дисперга-ции и усиленного лессиважа «тонких» частиц в более глубокие слои почвы.
Низкое содержание физической глины в зоне прудка перед валом-террасой, по нашему мнению, также обусловлено активными процессами лессиважа тонкодисперсных частиц большими объемами инфильтрующихся вод в подпахотные горизонты.
Все почвенные процессы находятся в тесном взаимодействии и в прямой зависимости от физического состояния почвы. Важнейшим фактором, определяющим физические условия почвенного плодородия почв суглинистого состава, является степень микрооструктуренности почвы (Хан, 1969). Согласно Н.А. Качинскому (1965) наилучшие размеры микроструктуры находятся в пределах 0,01-0,25 мм. Такая структура, будучи водопрочной, сообщает положительные свойства макроагрегатам, повышает влагоем-кость и водопроницаемость почв.
Для определения степени микрооструктуренности, распыленности и оценки потенциальной способности почв к агрегированию, параллельно с гранулометрическим анализом проводилось определение микроагрегатного состава почв.
Проведенные расчеты на основе полученных данных показали (таблица 5.3), что под действием водной эрозии микроагрегаты становятся менее устойчивы и способность почвы к оструктуриванию снижается, о чем свидетельствует возрастающие на склоне (разрезы 2; 3): коэффициент агрегированности КА - на 7,2 и 3,0%, гранулометрический показатель структурности Кг - на 16,4...43,5, фактор потенциальной агрегированности КПА - на 4,2...7,8, показатель противоэрозионной стойкости почвы ППС - на 0,9...1,6.
Накопление в 25-метровой шлейфовой зоне лесной полосы тонкодисперсных илистых фракций вызывает положительное изменение показателей микроагрегированности и оструктуренности смытых почв относительно почвы расположенной вне зоны влияния лесонасаждения, а показатели КА и КПА даже превышают, соответственно, на 1,2 и 4,4% показатели почвы-эталона.
Непосредственно под пологом лесного насаждения наблюдается повторное ухудшение микроагрегатного состояния верхнего слоя почвы. По нашему мнению, данный факт обусловлен значительным накоплением продуктов эрозии, а также повышенной долей фульвокислот в составе гумуса.
Важным фактором, определяющим физические условия почвенного плодородия и противоэрозионную устойчивость почв, является степень их макрооструктуренности. При прочной мелкокомковатой структуре почвы осадки впитываются на месте их выпадения, и сток поддается регулированию на месте его зарождения. Добржанский В. и Витковска-Волчак В. (Бу-рыкин, 1987) исследовав в лабораторных условиях влияние агрегатов различного размера на водопроницаемость чернозема, установили, что при размере агрегатов 0,25 мм коэффициент фильтрации составляет 0,06-0,1 мм/мин, в агрегатах 0,25-0,5 мм - 0,20...0,23 мм/мин, 1-3 мм - 2,5...3,3 мм/мин, 3-5 мм - 16,5...20,1 мм/мин. По данным Д.В. Хана (1969) в пахотном слое почв тяжелого гранулометрического состава должно содержаться 70-80% механически прочных агрегатов размером 0,25-10 мм и 40-60%о водопрочных.
Протекающие в склоновых агроландшафтах эрозионные процессы не способствуют макрооструктуренности почв. Выход наиболее агрономически ценных фракций (0,25-10 мм) при сухом рассеве образцов эродированной почвы отобранной вне зоны влияния лесной полосы составляет 60,2%, что на 4,8%о ниже, чем на водоразделе, при этом коэффициент структурности снижается с 1,86 до 1,51 (таблица 5.4; рис. 5.2).
Биоэнергетическая оценка вариантов противоэрозионных инженерно-биологических систем
Разработка научно-обоснованных принципов ландшафтного земледелия предполагает четкое представление о процессах энерго-массообмена протекающих в агроэкосистемах. Использование в этих условиях экономической и эколого-энергетической оценок, использующих такие критерии оценки, как прибыль, рентабельность, себестоимость получаемой продукции, не способны отразить процессы трансформации вещества и энергии в агроландшафтах (Булаткин, 1987; Щербаков, Володин, Михайлова, 1994).
Применение биоэнергетической оценки эффективности систем земледелия, сущностью которой является изучение, количественная оценка, оптимизация и управление энергетическими потоками, протекающими в агроландшафтах, позволяет помимо учета затрат антропогенной энергии, учесть природные составляющие энергетического баланса территории, такие как энергопотенциал органического вещества почвы и солнечную энергию. Включенный в нее комплекс экологических показателей позволяет количественно оценить уровень использования природных и антропогенных ресурсов, определить степень экологического совершенства агроэкосистемы, прогнозировать направленность ее развития (Медведев, Шешкин, 1991; Володин, 1992).
Одной из основных биоэнергетических характеристик, оцениваемых вариантов с лесогидромелиоративными рубежами, является интенсивность связывания энергии агроэкосистемой или ее биоэнергетическая производительность (її). Самая низкая среднемноголетняя интенсивность связывания энергии была у посевов, размещенных на контроле - необлесенном поле 272 МДж/день (таблица 6.7).
Существенно преобразовывая экологические условия на прилегающем пространстве (оптимизация микроклимата, повышение влагообеспеченно-сти, снижение темпов эрозии), противоэрозионные рубежи создают качественно новую улучшенную среду для произрастания сельскохозяйственных культур. На поле под защитой лесных полос биоэнергопроизводительность полевых культур возросла до 336 МДж/день, а при дополнительном включений в противоэрозионную систему напашных валов с широким основанием интенсивность связывания энергии возросла до 376 МДж/день.
В естественных фитоценозах целинная почва находится в динамическом равновесии с окружающей средой, потоки вещества и энергии стабилизированы, и содержание гумуса в почве не изменяется в течение длительного времени. В склоновых агроландшафтах наблюдается существенные потери гумуса, что вызывается недостаточным количеством органических веществ, поступающих в почву, интенсивной минерализацией гумуса в агро-ценозах и развитой эрозией почв (Булаткин, 1987).
Основным источником пополнения запасов органического вещества почвы, являются растительные и корневые остатки растительных организмов. В агроэкосистеме, в отличии от природной незатронутой хозяйственной деятельностью человека экосистемы, полученная фитомасса на 50 и более процентов отчуждается в виде урожая, чем нарушается естественный ход и объемы малого круговорота «растения - почва» и возникает опасность истощения запасов гумуса. Количество пожнивно-корневых остатков поступающих в почву в виде возврата, всецело определяется уровнем продуктивности возделываемых культур.
Интенсивность поступления энергии органического вещества в почву за период вегетации (Ь) прямо пропорциональна росту урожайности возделываемых культур и обратно пропорциональна эрозионным потерям почвы. Максимальный уровень показателя І2 в среднем за период 1976-1998 гг. обеспечивался на облесенном поле с валами-террасами - 101 МДж/день; наименьшая на необлесенном поле - 58 МДж/день. Лесомелиорированный вариант занимал промежуточное положение - 74 МДж/день.
Противоположным показателем биоэнергетического состояния почвенного покрова на оцениваемых вариантах ПИБС является интенсивность расхода энергии гумуса за вегетационный период (13). Данный показатель определяется скоростью минерализационных процессов и интенсивностью потери гумуса в результате эрозии. Незначительная разница в объемах эрозии на необлесенном и облесенных полях обусловила практически равную интенсивность расхода энергии органического вещества (233 и 232 МДж/день). Сокращение темпов эрозии на варианте с напашными валами-террасами снизило среднемноголетний расход энергии органического вещества на 5%.
Эффективность склонового земледелия и взаимосвязанных с ним про-тивоэрозионных мероприятий следует оценивать по уровню воспроизводства плодородия почвы (у), получаемого как частное при делении показателя интенсивности поступления энергии органического вещества в почву на показатель его расхода (Володин, 1992).
Наименьше количество пожнивно-корневых остатков, поступающих в почву, и максимальные потери органического вещества на необлесенном поле привели к тому, что на данном варианте показатель направленности воспроизводства почвенного плодородия составил 0,25. На вариантах с про-тивоэрозионными инженерно-биологическими рубежами увеличиваются приходные и, соответственно, уменьшаются расходные части баланса гумуса, что позволило улучшить показатель у на облесенном поле в 1,3, а на облесенном поле с валами-террасами в 1,8 раза. На всех трех вариантах показатель у не достигает 1, что говорит о суженном воспроизводстве плодородия почвы, а применяемая система земледелия характеризуется как экстенсивная. Применение на водосборах систем противоэрозионных рубежей при экстенсивном землепользовании позволяют снизить негативное влияние эрозионных процессов, и несколько приблизится в простому воспроизводству почвенного плодородия.
Энергоемкость основной продукции или показатель энергозатрат на единицу продукции является основным энергетическим показателем оцениваемых вариантов (табл. 6.8).
Минимальные затраты антропогенной энергии производятся на необ-лесенном поле (6119 МДж/га). Увеличение затрат на опытных вариантах обусловлено дополнительными затратами энергии на транспортировку и доработку дополнительной продукции. Помимо этого на варианте с валами-террасами добавляются энергозатраты на их ремонт.
В среднем на облесенном поле на гектар севооборотной площади тратилось 6132 МДж, при включении в ПИБС валов с широким основанием энергозатраты составляли 6304 МДж. Несмотря на дополнительные затраты энергии, получаемая прибавка урожая полностью их компенсирует. Энергоемкость 1 ц получаемой продукции на опытных вариантах, соответственно, на 12,0% и 14,1% ниже, чем на необлесенном поле.
Снижение энергоемкости получаемой продукции на опытных вариантах способствовало повышению энергетической эффективности (ЭЭ) производства растениеводческой продукции. Повышение ЭЭ шло по схеме необ-лесенное облесенное поле облесенное поле с валами-террасами. На всех вариантах энергетическая эффективность выше 5, что характеризует ее как высокую и объясняется применяемой экстенсивной системой земледелия, исключающей внесение органических и минеральный удобрений, применение химических средств защиты растений.
Таким образом, системы инженерно-биологических рубежей на склоновых агроландшафтах, сокращая эрозионные процессы, позволяют сократить темпы падения плодородия почвы и получать дополнительную продукцию с высоким энергетическим эффектом.
