ВВЕДЕНИЕ
Проблема рационального использования земельных угодий, подверженных водной эрозии, приобретает все большее значение. Интенсивное ведение сельского хозяйства на склоновых землях с применением в качестве основной обработки ежегодной отвальной вспашки без учета агроэкологической характеристики рельефа,приводит к деградации почвенного покрова. Усиление эрозионных процессов на этих почвах приводит к обеднению органическим веществом, снижению почвенного плодородия, ухудшению фитосанитарного состояния посевов (Мальцев Т.С., 1955; Каштанов A.M., 1974; Рожков А.Г., 2004).
Исследованиями, проведенными Белоцерковским М.Ю., (1998) установлено, что в пределах земледельческой территории России нет ни одной административно-территориальной единицы, пахотные земли которой подверженные водной эрозии, в той или иной степени не нуждались бы в противоэрозионных мероприятиях. И, в тоже время, различия огромны: от 0,2% в Астраханской области до 83,9 % в Пермской. Наиболее удовлетворительная ситуация отмечается в областях с выровненным рельефом от Тамбовской области до Калмыкии, Дагестана, Краснодарского края. Наиболее неблагоприятная на Северо-западе Урала, в республике Мари-Эл, Чувашии. Промежуточное положение занимает свыше 60% числа единиц административного деления России: Северо-западный, Центральный район, ряд областей Северного Кавказа, Поволжья, Восточная Сибирь, Дальний Восток.
Проблема деградации пахотных земель вследствие проявления эрозионных процессов остро стоит не только в России, но и за рубежом. Увеличение численности населения, интенсивное развитие сельскохозяйственного производства, увеличили антропогенную нагрузку. Интенсивное ведение сельского хозяйства, приводящее к снижению
плодородия почвы, изменение естественного почвенного покрова, распашка целинных земель лесостепных и степных районов, вырубка лесов, ещё больше усиливают эрозионные процессы. Это приводит к уменьшению количества пахотных земель, их деградации, и вследствие этого, к уменьшению урожайности и снижению его качества.
По данным Каштанова А.Н., Евтушенко В.Е. (1997), только в Европейской части России, на склонах более 1° расположено 53,8 млн. га пашни, а площадь смытых почв составляет 29,1 млн. га.
Интенсивное сельскохозяйственное использование почв склонов не может не отразиться на их плодородии. Агрономической особенностью склоновых земель является их большая пестрота по плодородию. Одним из факторов снижения плодородия эродированных почв является обеднение органическим веществом, приводящее к снижению биологической активности. В связи с нарушением нормально протекающих микробиологических процессов, в этих почвах ослабляется процесс накопления элементов минерального питания растений, разложения растительных остатков, процесс синтеза гумуса и т.д. (Александрова Л.П., 1980; Лыков A.M., 1985; Аристовская Т.В., 1988; Белелюбская К.Ф., 1998)
Еще одним фактором, существенно снижающим урожайность полевых культур на склоновых землях, является засоренность посевов сорняками. Сорные растения, в силу своих биологических особенностей (экологическая пластичность, жизнеспособность семян и тд.), отрицательно влияя на баланс элементов питания, водно-воздушный, тепловой и световой режим, вступают в жесткую конкуренцию с культурными растениями за факторы жизни, угнетая их рост, снижая эффективность применяемых агроприемов, минеральных и органических удобрений, и, как следствие этого, урожайность возделываемых культур (Захаренко В.А., 1990; Спиридонов Ю.Я., Раскин М.С., Протасова Л.Д. и др. 2001)
По данным В.А. Захаренко (2004) потенциальные потери урожая от вредных организмов в среднем составляют на сельхозпредприятиях 50,1 млн т. продукции растениеводства в пересчете на зерно, в крестьянских (фермерских) хозяйствах - 4,0 млн т, в личных хозяйствах населения - 48,7 млн т. Потенциальные потери урожая по разным культурам от сорных растений составляют 17,3 - 26,6%; болезней 8 - 24%; вредителей растений 8,25 - 20%.
Если на не смытых почвах сорняки заглушаются культурными растениями, то на эродированных почвах, благодаря агроэкологическим особенностям (экспозиция склона, перераспределение влаги, питательных веществ по склону, температура почвы) они растут и развиваются быстрее. При этом обычные агротехнические приемы обработки почвы, направленные на борьбу с сорняками на склоновых землях, не дают должного эффекта так как приводят к увеличению поверхностного стока, ухудшению агрохимических и агрофизических показателей, снижению плодородия почвы, усилению эрозионных процессов. Применение почвозащитных технологий обработки почвы без использования высокоэффективных гербицидов приводит к усилению засоренности посевов полевых культур в несколько раз, особенно многолетними сорняками, а бессистемное применение пестицидов к загрязнению окружающей среды, ухудшению фитосанитарного состояния посевов (Беляускас П.М., 1981; Баздырев Г.И. 1990; Лунёв М.И., 1992;).
Поэтому, в настоящее время, когда расширяется ассортимент и растет применение безопасных химических средств, возникла необходимость разработки новых систем защиты растений, их сочетания с почвозащитными системами обработки почвы, которые учитывали бы агроэкологические особенности склоновых земель, позволяли снизить антропогенную нагрузку, эрозионные потери, улучшили фитосанитарное
состояние посевов и способствовали получению стабильных и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур хорошего качества.
Автор выражает признательность и искреннюю благодарность научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному деятелю науки РФ Баздыреву Геннадию Ивановичу; старшему научному сотруднику отдела ландшафтного земледелия, кандидату сельскохозяйственных наук Ивановой Светлане Федоровне, а так же всему коллективу кафедры земледелия и методики опытного дела за помощь при выполнении диссертационной работы и подготовке ее к защите.
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Агроэкологическая характеристика склоновых земель
В последние годы проблема защиты почв от эрозии становится все более актуальной. В результате деградации почвенного покрова на склоновых землях создаются неблагоприятные условия для роста и развития культурных растений. Ухудшаются агрофизические, агрохимические и биологические свойства почв и как следствие этого снижается урожайность сельскохозяйственных культур. (Панников В.Д., 1980; Дьяков В.П., Картамышев Н.И. и др., 1990; Каштанов А.Н., Щербаков А.П., 1993; Кузнецов М.С., и др., 1994; Орлова В.К., Родионов B.C., Флесс А.Д., 1997; Солошенко В.М., 1998; Новиков Н.Е., Петелько А.И., Сильверстов Л.П., 2000; Ильина Т.А., Кузнецов А.И., и др., 2001).
По данным ВНИИЗ и ЗПЭ (г. Курск) в России на склонах более 1° расположено 53% пашни и 70-80% природных кормовых угодий. В Центральном Нечерноземье России из 19,9 млн. га сельскохозяйственных угодий (14,2 млн.га. пашни) в разной степени эродировано, соответственно 3,4 и 2,5 млн.га. (Кочетов И.С, Осипов В.Н. 1992; Каштанов А.Н., Шишов Л.Л., Кузнецов М.С. и др. 1998).
В Италии, за последние 20 лет, резкое сокращение земель под сенокосами и пастбищами привело к увеличению водной эрозии. Если в 1954 году смыв почвы в обследованных районах составлял от 1,74 до 7,79 т/га, то в 1976 он составил в пределах 7,73 - 16,16 т/га (Chisci G., 1986).
В США, по данным региональной и национальной оценки эрозии сельскохозяйственных земель, выполненной в 1977 году, 2/3 эрозии приходится на водную, потери почвы на 1 га превышают средние потери по стране в 4 из 10 регионов. (Wilson J.P.,1988).
По данным Wilbom E., (1996) интенсивность эрозии в США составляет от 5 до 50 т/га.
Под действием эрозионных процессов происходит разрушение и смыв
верхнего слоя почвы и формирование почв с худшими агрофизическими и
агрохимическими показателями, которые так же определяются природными
# особенностями генетических горизонтов и степенью окультуренности
(Ляхов А.И., 1975; Гордеев A.M., Цуриков Л.Н., Евтушенко В.Е., 1976;
. Кузнецов М.С., Глазунов П.Г., Зорина Е.Ф., 1992; Кочетов И.С., 1999).
В частности, Полупан Н.И., Соловей В.Б. и др. (1996) подсчитали, что среднемноголетние потери почвенной массы со склонов за 200 летний период составляют ежегодно от 0,9-1,0 до 2,5-3,0 т/га ( в ложбинах 30-40 т/га), а за 30 лет от 0,3-0,7 до 0,5-1,5 т/га ( в ложбинах 20-60 т/га).
Различия в почвообразовательных и эрозионных процессах на
равнине и склонах отмечали в своих исследованиях многие учёные. Разница
ф в мощности и генетическом строении профиля почв равнины и склонов
сильно различается, а пахотный слой может колебаться от 10 до 40 см.
(Cooper A.W. 1960, Ляхов А.И., 1975; Полупан Н.И., Соловей В.Б.,
*' и.др.1996; Новиков Н.Е., Петелько А.И. и др. 2000)
При сельскохозяйственном использовании склоновых земель, агрохимические, агрофизические показатели, а также плодородие почвы во многом зависят от агроэкологической характеристики рельефа.
Она определяет перераспределение в ландшафте температуры воздуха
и почвы, влажности воздуха, прихода солнечной радиации, силы и
^ направления ветра, осадков и влаги, питательных веществ и других
показателей под воздействием рельефа и экспозиции полей, а также
a сельскохозяйственной деятельности человека (обработка почвы, применение
химикатов и т.д.) определяющих уровень продуктивности
сельскохозяйственных угодий.
На основании литературных данных, склоны различаются длиной,
формой, крутизной и экспозицией. Характер рельефа является причиной
А пространственной неоднородности почвы и представляет собой важнейший
10
фактор почвообразования, определяет структуру почвенного покрова (Козьменко A.C., 1938; Соболев С.С., 1948; Заславский М.Н., Каштанов А.Ы. 1979; Башкин В.Н., 1992; Константинова Т.С., 1992; Каштанов А.Н., Евтушенко В.Е., 1997).
Выделяют несколько форм профиля склона: прямолинейный, выпуклый, вогнутый, ступенчатый.
При прямолинейном профиле крутизна не меняется или почти не меняется на всем протяжении склона. При выпуклом профиле склона, когда крутизна увеличивается с удалением от водораздела, эрозия сильнее проявляется в нижней части склона. При вогнутом профиле, когда крутизна уменьшается с удалением от водораздела, в нижней части создаются условия для аккумуляции смытых с верхней части склона продуктов эрозии. При ступенчатом профиле склона, где пологие участки чередуются с крутыми, возможность развития эрозии резко изменяется, т.к. террасы замедляют или приостанавливают поверхностный сток и эрозию. (Соболев С.С., 1948; Заславский М.Н.,1983,1987).
Если для прямого склона смыв принять за единицу, то для выпуклого он будет 1,5, а для вогнутого 0,5 (Поляков Б.В., 1946).
В настоящее время учеными предложено несколько градаций крутизны склонов, но в Российской Федерации принята следующая: 0°-1(), 1°-3°, 3°-5°, 5°-7°, 7°-10° и более 10° (Коломейченко В.В., Петелько А.И., Крупчатников А.И., 2000).
Большое влияние на агроэкологическое состояние и проявление эрозионных процессов оказывает длина склона. По данным одних исследователей, с увеличением длины склонов, смыв почвы увеличивается прямо пропорционально его длине (Кузник И.А., 1962; Федотов B.C., Германюк Д.Д., 1970; Кочетов И.С., 1999 и др.).
11
По данным Заславского М.Н. (1949) нарастание длины склона с 450 до 700 метров увеличивало в 1948 году смыв почвы со склона, при очень сильном ливне, с 327 до 433 м3/га.
# Однако, Шелякин Н.М., Джамаль В.А. (1986) отмечают наибольшую
эродированность как количественно, так и по степени, коротких склонов (до . 200м.).
Пружин М.К. (1993) отмечает, что для формирования стока воды и смыва почвы в период снеготаяния важна крутизна склона, а не его длина.
Еще одной важной характеристикой склона является его экспозиция. Она определяет интенсивность снеготаяния, приход солнечной радиации, испарение с поверхности почвы, длительность вегетационного периода для растений, сроки начала проведения полевых работ и другие ф агроэкологические показатели. Особенно сильно по термическим, физико-
химическим, агрохимическим и биологическим показателям, а также интенсивности эрозии различаются между собой склоны противоположных '*' направлений.
В исследованиях Наконечной М.А., Евтушенко В.Е., (1988) отмечается, что больше эродированы почвы склонов южной экспозиции, что связано с интенсивностью снеготаяния, вызванного повышенной инсоляцией.
Однако это бывает не всегда. Иногда во время зимних оттепелей, а также сильного испарения весной, к началу общего снеготаяния, толщина снежного покрова склона южной экспозиции бывает меньшей, чем северной. Макаров И.П., Кочетов И.С., (1989), Шелякин Н.М., (1993), отмечают, что в большей степени эродированы склоны северных экспозиций, наименьшей западной, склоны восточной и южной экспозиций эродированы одинаково.
Рельеф территории оказывает существенное влияние на уровень температуры, осадков, влажности воздуха (Фридланд В.М. 1983, Джерард
12
А., 1984), но наблюдается и обратная связь. Осадки оказывают влияние на развитие эрозии, вызывают сток; температурный режим обуславливает промерзание и оттаивание почвы, интенсивность снеготаяния, ветры определяют расход почвенной влаги на испарение. Сумма активных температур и количество осадков определяют величину гидротермического коэффициента - показателя влагообеспеченности растений в вегетационный период (Заславский М.Н., 1966).
Для сельскохозяйственного использования склонов и оценки энергетических ресурсов важна информация о ФАР. Интенсивность солнечной радиации на склоне зависит от его крутизны, экспозиции и других факторов (Аверкиев М.С., 1939; Айзенштат Б.А., 1952; Захарова А.Ф., 1959;ГольцбергИ.А., 1962 и др.)
Северные склоны с крутизной более 5° не добирают 84-210 МДж/м2, а южные склоны получают дополнительно 33-84 МДж/м2 ФАР. На западные и восточные склоны поступает примерно столько же ФАР, сколько и на ровную поверхность (Кочетов И.С. 1999).
Однако, по данным Шелякина Ы.М. (1993) восточные и западные склоны занимают промежуточное положение между северными и южными. Несколько более теплыми являются западные склоны, т.к. на восточных часть тепла в утренние часы расходуется на испарение росы.
Недостаток прихода солнечной радиации на северные склоны отмечают в своих исследованиях так же Захарова А.Ф., 1959; Гольцберг А.И., 1962; Скородумов A.C., 1970; Полуэктов Е.В., 1984; Шелякин Н.М., 1993; Каштанов А.Н., Евтушенко В.Е, 1997.
Различия в температурном режиме почв разного гранулометрического состава и типа отмечают и другие исследователи: Измаильский A.A., 1894; Кривых Ф.П., 1948; Дадыкин В.П., 1950; и др.
В весенний период глинистые почвы холоднее, песчаные теплее, а осенью наоборот. Разница температур песчаных и глинистых почв на
13
северо-западе лесной зоны достигают 1-1,5 °С. (Архипова Е.П., Глебова М.Л., Романова E.H. 1960). Наибольшие различия в температурном режиме отмечаются на суглинистых и супесчаных почвах с мая по август. На глубине 20 см разница может достигать 2 °С (Орлова В.В.1956).
В исследованиях, проведенных Георги A.A. и Васильевой Л.И. (1999), по изучению влияния элементов склона на микроклимат отмечается, что в июле в верхних горизонтах температура почвы на южных склонах на 5-7 °С выше, чем на северных. До глубины 60-70 см различия сглаживаются.
Изменения термических условий между отдельными формами рельефа отражаются также на температуре воздуха. Пониженные температуры на склонах теневых экспозиций отмечают в своих исследованиях Сапожникова CA., 1950; Гольцберг И.А. 1962 и др.
Разные температурные условия и водный режим склонов определяют различия микроклимата и вегетационного периода.
По наблюдению Кривых Ф.П. (1948), зерновые культуры удлиняют свой вегетационный период в нижней части склона, по сравнению с верхними и средними частями склона.
Аналогичные результаты были получены Коровиной З.С. (1958). По её данным, в различные по термическому режиму и влажности годы наблюдений, пшеница созревала внизу позже, чем на холме, при относительной разности высот между верхней и нижней точками 50 м.
Также на сокращение вегетационного периода на склонах по сравнению с ровной поверхностью и подножием склона указывают в своих исследованиях: Мосолов В.П. (1949); Schnelle F. (1955); Скородумов A.C. (1970) и другие. Но это наблюдается не во всех климатических районах, что подтверждается исследованиями Гольцберга И.А. (1955-1960) в Читинской, Ленинградской и Целиноградской областях.
Различия гидротермических условий на склонах определяют запасы влаги в почве на разных формах рельефа и на склонах разной экспозиции. В
14
частности Сильвестров СИ. (1955), Шелякин Н.М. (1993), Георги A.A., Васильева Л.И. (1999) отмечают, что почвы склонов восточной и особенно южной экспозиции развиваются в условиях повышенной сухости,
ф обусловленной меньшим снегонакоплением.
Дополнительное тепло, получаемое этими склонами, обеспечивает на них более ранний сход снежного покрова, более раннее просыхание и прогревание почвы. На склонах западной и северной экспозиции увлажнение почвы более высокое. Разница может достигать 1,5%, а запасы влаги также существенно уменьшаются от подножия к вершине. (Коренев Я.В., 1937; Гольцберг И.А., 1962; Шульгин A.M., 1972; Лазаренко П.И., Бовсуновский P.M. 1994; Лукиных М.И., 1996.)
Федосеев А.П. (1964) предложил коэффициент перераспределения
^ влаги - А, представляющий собой отношение общего запаса влаги
различных участков рельефа, к запасам водораздельного участка. Для понижений, весной А=1,56, для северных склонов А=1,0, для южных 'Щ склонов А=0,81. От весны к осени А уменьшается. Если весной А=1,56, то
летом А=1,34, осенью А=1,15. В других природных условиях величины коэффициента могут отличаться, но тенденция сохраняется. Коэффициент перераспределения влаги изменяется по годам, сезонам в силу различных причин: неравномерность снежного покрова, характер снеготаяния и др.
В исследованиях Каштанова А.Н., Евтушенко В.Е. (1997) проведенных в ЦЧЗ по изучению водного режима отмечается, что запасы воды в снеге на южных склонах составляют 350-400 м /га, а на северных - 400-500 м /га. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы весной составляют 130-160 мм и 150-190 мм соответственно.
Полуэктов Е.В. (1995) отмечает, что быстрое нарастание положительных температур при большом запасе воды в снеге сопровождается стоком талых вод и смывом почвы в большем объеме на склонах теневых экспозиций, чем на южных склонах. Смыв почвы,
15
выраженный в коэффициенте, составляет па южных склонах 0,65; на северных- 1,35.
Характер и гранулометрический состав почвообразующей породы, природные особенности генетических горизонтов почв, за счет которых сформирован пахотный слой, степень смытости и окультуренности, применение минеральных удобрений, особенно азотных и калийных, являются основными факторами, определяющими кислотность смытых почв.
Исследованиями, проведенными Каштановым А.Н., Евтушенко В.Е. (1997) установлено, что наиболее кислыми являются несмытые дерново-подзолистые почвы (pH 4,8). Серые лесные и их подтипы характеризуются меньшей кислотностью ( pH 5,3-5,4).
Однако на всех типах и подтипах почв с увеличением степени смытости наблюдается снижение гидролитической кислотности и увеличение суммы поглощенных оснований. На бескарбонатных почвообразующих породах (моренных и покровных суглинках) кислотность почв более сильная по сравнению с почвами, сформировавшимися на лёссовидных суглинках и различных породах. Помимо характера почвообразующей породы, степени эродированности, на кислотность почв оказывает влияние применение удобрений.
Результаты восьмилетних экспериментов показали, что почвы южных склонов экспериментально более податливы к смещению кислотного равновесия под влиянием удобрений, чем почвы северных склонов. Это связано с меньшей буферностыо и более высоким содержанием подвижного кальция. pH и гидролитическая кислотность на северных склонах смещаются по отношению к водоразделу в сторону подкисления, а на склонах южной экспозиции - в сторону нейтральных значений. Различия достигают 0,7 ед pH. или 1,6 мг-экв/100г гидролитической кислотности (Чуян Г.А., Чуян СИ. 1993).
16
На свойствах почвы также отражается и местонахождение на разных частях слона. На склонах южной экспозиции прямой и выпуклой формы кислотность пахотного слоя вниз по склону снижалась, а на северных ф склонах такой формы, наоборот, повышалась. Такой характер территориального распределения кислотности, в определенной мере соответствует тем закономерностям, которые обнаруживаются на склонах полярных экспозиций по степени их увлажнения.
На нижней, более выположенной части вогнутых склонов, формируется пахотный слой с меньшей кислотностью, чем в верхней половине склонов, поскольку служит зоной аккумуляции смытого мелкозема.
Известно, что питательный режим для развития растений формируется ^ в зависимости от валового содержания всех необходимых элементов и их
количества в доступных формах. По данным Чуян Г.А., Чуян СИ., Ермакова В.В., Хмоленко И.М., Шустровой Н.В. (1993), почва водоразделов наиболее $ богата, а почва склонов беднее валовым фосфором на 11 мг Р2 О5/100г
почвы. Повышение температурного режима на склонах солнечной экспозиции определяющее накопление подвижных питательных веществ в почве, приводит к тому, что почвы таких склонов лишь на 2 мг или на 11% уступают равнинным участкам, однако, существенно (на 3,9 мг Р2О5 /100 г или на 24,4%) превосходят теневые склоны по содержанию подвижного фосфора в почве. Если запас подвижных фосфатов на склонах северных экспозиций составляет 7,7%, то на южных - 10,2%, на водораздельных плато 10,8% валового их содержания. На склонах теневых экспозиций содержание фосфатов меньше преимущественно за счет высокоосновных фосфатов кальция (Чуян Г.А., Чуян СИ. 1993).
Почвы водоразделов и склонов северной экспозиции наиболее обеспечены остаточным (из удобрений) фосфором, чем южные. Однако остаточный фосфор даже при больших количествах характеризуется
17
меньшей подвижностью, чем фосфор природного биогенного происхождения (Наконечная М.А., Акулов П.Г., Чухман О.Д. и др., 1995).
Содержание различных форм калия в эродированных почвах зависит от гранулометрического состава почв, степени эродированности и окультуренности, а также агрохимических свойств низлежащих генетических горизонтов, которые за место смытых вовлекаются в пахотный слой.
Наиболее низкое содержание обменного калия (6-10 мг/ЮОг почвы) характерно для смытых дерново-подзолистых и серых лесных почв. На других типах смытых почв (темно-серые лесные и черноземы) содержание обменного калия более высокое - 12-20 мг К2О на 100 г почвы (Каштанов А.Н., Евтушенко В.Е., 1997).
По данным Чуян Г.А., Чуян СИ. (1993), эрозия приводит к понижению содержания калия в пахотном слое на склоне северной экспозиции, на склоне южной экспозиции содержание калия не изменяется или немного возрастает. При снижении содержания гумуса на 1% прирост К2О составляет 0,9-1,5 мг/ЮОг. На склонах северных экспозиций почвы беднее калием, чем на южных, как в подвижной, так и обменной формах.
На агрохимические показатели плодородия склоновых земель оказывает влияние деятельность человека. Обработка почвы, применение удобрений, химических средств защиты растений вызывают изменения в водно-воздушном, тепловом и пищевом режимах, применение мульчирующих средств отражается на процессах снеготаяния.
Исследованиями Прудниковой А.Г., Шаманаевым В.А., Масловым В.В. и др. (1997) установлено, что систематическое применение удобрений улучшает агрофизические свойства почв. Органические удобрения повышают содержание гумуса в пахотном и подпахатном горизонтах, улучшают кислотно-щелочные свойства, биологическую активность почв.

Получить работу