Россия
Россия
Россия
аспирант
Цель исследования заключалась в определении объемов и оценке интенсивности проявления водной эрозии в результате стока весенних талых вод на разных типах агроландшафта в условиях Ульяновской области. Изучение стока и эрозии на водосборе проводились на территории опытной станции «Новоникулинская» Ульяновской области в полевом стационарном опыте. Наибольший ожидаемый приход весенней влаги за счет таяния снега в межполосном пространстве складывается на плакорно-равнинном типе агроландшафта. При проявлении эрозионных процессов в результате весеннего стока количество смытой почвы распределилось по типам агроландшафта: плакорно-равнинный тип – 0,05 т/га; склоново-ложбинный – 0,92 т/га; склоново-овражный – 1,47 т/га. За более чем 50-летний период функционирования противоэрозионных элементов запасы воды в снеге на водосборе возросли на 20,9 мм, а объем стока снизился в три раза (с 9,30 до 3,33 мм). В условиях Ульяновской области вероятность проявления стока и смыва почвы на склоновых землях составляет 56,0% (14 из 25 лет наблюдений). Ежегодный недобор продукции растениеводства в масштабах Ульяновского региона составляет не менее 267,4 тыс. з.ед., при среднем смыве почв 2,07 т/га (в масштабах региона 1,908 млн. т.), потери гумуса оцениваются в 92,4 тыс. т., азота и калия – 2,5 тыс. т., а фосфора – 3,0 тыс. т.
снежный покров, эрозия почвы, агроландшафт, сток талых вод, смыв почвы, потери почвы.
Введение. В последние годы агропромышленный комплекс Ульяновской области показывает значительные результаты по увеличению производства сельскохозяйственной продукции, так в 2025 году сельхозтоваропроизводителями региона было произведено 2133 тыс. тонн зерна, при рекордной урожайности 34,6 ц/га в области. Между тем биоклиматический потенциал производства продукции растениеводства используется не в полной мере и возможно получать не менее 3,0 млн. тонн зерна [1, 2].
Реализация продуктивного потенциала аграрных культур находится в прямой зависимости от поддержания почвенного плодородия. Тем не менее, данные агрохимической службы и научное сообщество свидетельствуют о прогрессирующей деградации почв, ключевым фактором которой являются эрозионные явления [3, 4, 5].
Развитие эрозии влечет за собой деградацию агрофизических и биологических параметров почвы, что неизбежно провоцирует потери урожайности [6, 7]. Существует прямая корреляция между степенью смытости почв и объемом недобора продукции: на слабо эродированных почвах потери составляют 10-30%, при средней – от 30 до 50%, а на участках сильно эродированных урожайность может сокращаться на 50-70% [8, 9].
Экономический урон от эрозии многогранен: он затрагивает не только аграрный сектор, но и экосистемы в целом [10, 11]. Сокращение пахотных угодий, обеднение почв и падение урожайности (до 70%) сопровождаются ухудшением качественных характеристик сельхозпродукции [12, 13, 14].
Минимизация негативного воздействия эрозии на почвы и восстановление продуктивности пашни требуют внедрения целостной системы защитных мер. Такой комплекс должен объединять агротехнические приемы, организацию территории, лесные насаждения и гидротехнические сооружения. Ввиду этого оценка отдельных элементов противоэрозионного комплекса представляет собой актуальное научно-практическое направление [15, 16, 17].
Цель исследования – определение объемов и оценка интенсивности проявления водной эрозии в результате стока весенних талых вод на разных типах агроландшафта в условиях Ульяновской области.
Задачи исследования:
- оценить накопление снега и запасы воды на полях в межполосном пространстве различных агроландшафтов;
- изучить особенности формирования стока талых вод и смыва почвы в различных типах агроландшафта;
- произвести расчет потерь почвы и элементов минерального питания со стоком талых вод, в т.ч. в масштабах Ульяновской области.
Условия, материалы и методы. Исследовательские работы по оценке поверхностного стока и смыва почвы проводились на базе стационарного полевого опыта на опытной станции «Новоникулинская», расположенной в Ульяновской области. Изучаемый ландшафт включает три типа агроландшафта: плакорноравнинный (уклон до 1°), склоново-ложбинный (1-3°) и склоново-овражный (3-5°). В период с 2022 по 2024 год на опытном участке возделывались следующие культуры: озимая пшеница, затем яровая мягкая пшеница и яровая твердая пшеница. Почвы представлены выщелоченным тяжелосуглинистым чернозёмом средней мощности. Содержание гумуса варьировало от 5,45 до 8,15%, pH находился в пределах 6,5–7,2, гидролитическая кислотность составляла 0,78–1,21 мг-экв/100 г, обеспеченность калием – 65,0–90,0 мг/кг, фосфором – 186,0–203,0 мг/кг.
Наблюдения за снегонакоплением, влагозапасами в снеге, а также за стоком и эрозией выполнялись в межполосных пространствах, ограниченных продольными лесными полосами. Конструкция лесополос ажурная, хорошо продуваемая, они сформированы из берёзы повислой (Betula pendula) в пять рядов, с высотой 15-16 метров. Изучение распределения снега проводилось на трёх расстояниях от насаждений – 50, 130 и 260 м – как с наветренной, так и с заветренной стороны.
Перед началом таяния снега фиксировались его высота и плотность. Высоту измеряли переносной металлической рейкой с шагом 5 м, обеспечивая пятикратную повторность для достоверности. Плотность определяли весовым снегомером ВС-43 через каждые 20 м при трёхкратной повторности измерений.
Для определения глубины промерзания почвы использованы мерзлотомеры Данилина. Поверхностный сток измерялся водосливами с тонкой стенкой (угол выреза 45°). Расход воды определялся согласно методике НИИСХ Юго-востока. После прекращения стока смыв почвы измерялся методом водороин [18, 19, 20].
Атмосферные осадки принадлежат к числу наиболее изменчивых метеорологических параметров. Сравнительный анализ сельскохозяйственных сезонов показывает, что периоды 2021-2022 и 2023-2024 годов отличались повышенным увлажнением: сумма осадков достигла 310,2 и 304,6 мм соответственно. Эти значения существенно превышают как показатель сезона 2022-2023 годов (249,9 мм), так и среднемноголетнюю норму, составляющую 167,0 мм. При этом количество осадков в 2022–2023 году, хотя и уступает двум другим сезонам, всё же заметно ниже средних многолетних значений (табл. 1).
Таблица 1 – Значение зимних метеорологических показателей и средних нормативных данных за многолетний период
|
Показатель |
2021-2022 сельскохозяй-ственный год |
2022-2023 сельскохозяй-ственный год |
2023-2024 сельскохозяй-ственный год |
Среднее много-летнее |
|
Установление снежного покрова |
13 ноября |
17 ноября |
21 ноября |
23 ноября |
|
Разрушение снежного покрова |
7 апреля |
20 марта |
11 апреля |
3 апреля |
|
Продолжи-тельность залегания снежного покрова |
146 дней |
124 дня |
142 дня |
132 дня |
|
Количество выпавших зимних осадков, мм |
||||
|
Ноябрь |
40,5 |
66,1 |
20,7 |
36,0 |
|
Декабрь |
33,7 |
60,9 |
81,7 |
36,0 |
|
Январь |
99,8 |
22,0 |
96,5 |
34,0 |
|
Февраль |
68,0 |
63,9 |
49,3 |
24,0 |
|
Март |
19,5 |
37,0 |
47,1 |
27,0 |
|
Апрель |
48,7 |
0,0 |
9,3 |
10,0 |
|
Сумма: |
310,2 |
249,9 |
304,6 |
167,0 |
Формирование и сход снежного покрова относятся к числу его важнейших характеристик. Как показывают наблюдения, установлению постоянного снежного покрова предшествует неустойчивый период с частыми оттепелями, провоцирующими частичное таяние выпавшего снега. Интенсивность этого процесса напрямую зависит от суточных колебаний температуры и активизируется при её падении до -3…-5°С, когда верхний слой почвы промерзает на 2-5 см. Обычно первые снегопады начинаются за 25-35 суток до образования стабильного снежного покрова [19, 20].
Устойчивым принято считать такой снежный покров, который либо сохраняется непрерывно всю зиму, либо имеет перерывы, не превышающие трёх дней за любой тридцатидневный отрезок. Если после весеннего таяния в течение трёх суток вновь выпадает снег и держится не менее 10 дней, это расценивается как единый период залегания. Перерывы продолжительностью менее трёх дней не разрывают срок устойчивого покрова, а включаются в его общую длительность. В сельскохозяйственном 2021-2022 году продолжительность устойчивого залегания снега составила 146 суток, что превысило среднемноголетний показатель на 14 дней. 2022-2023 сельскохозяйственный год характеризовался ранней датой разрушения снежного покрова и недолгой продолжительностью залегания снежного покрова (124 дня).
Результаты и обсуждение. Изучение особенностей снегоотложения выполнялось между продольными лесными насаждениями, которые были размещены перпендикулярно направлению преобладающих метелевых ветров в условиях различных агроландшафтов. В результате установлено, что интенсивность накопления снега на сельскохозяйственных угодьях варьировала в зависимости от типа агроландшафта, при этом значительную роль в перераспределении снега играли лесные полосы.
В результате наблюдений выявлено, что максимальные запасы снега формировались в зоне, прилегающей к лесным полосам. При этом со стороны господствующих ветров снегонакопление было более интенсивным. На плакорно-равнинном агроландшафте высота снега с наветренной стороны достигла 48,4 см, тогда как с заветренной – 42,9 см. В склоново-ложбинном ландшафте эти значения составили 43,6 и 40,1 см соответственно, а в склоново-овражном – 39,5 см (наветренная) и 36,4 см (заветренная) (рис. 1).
Анализ плотности и мощности снега в межполосных пространствах позволил оценить его вклад в формирование водного баланса при таянии. Расчеты показали, что максимальные ожидаемые поступления талых вод характерны для плакорно-равнинного агроландшафта. На расстоянии 50 м от наветренной лесополосы запасы влаги составляли 133,3 мм, на 130 м – 119,1 мм; с заветренной стороны на тех же удалениях – 114,5 и 109,7 мм. По мере приближения к центру поля (260 м) влагообеспеченность снижалась до 95,8 мм.
Прослеживалась четкая тенденция уменьшения высоты снега при удалении от насаждений до 130 м. Для плакорно-равнинного типа агроландшафта показатели на этом расстоянии составили 42,0 и 39,3 см, для склоново-ложбинного – 38,9 и 35,2 см, для склоново-овражного – 33,0 и 31,5 см. В центральной части поля (260 м) толщина снега в агроландшафтах достигала лишь 31,6, 29,6 и 26,5 см соответственно.
Рис. 1 – Высота снежного покрова и запасы влаги в зависимости от отдаленности от лесных насаждений в плакорно-равнинном типе агроландшафта, 2022-2024 гг.
В результате исследований выявлена обратная зависимость между крутизной склона и мощностью снежного покрова. На плакорно-равнинном агроландшафте средняя высота снега достигала 41,1 см. При переходе к склоново-ложбинному ландшафту этот параметр уменьшался на 3,2 см, а на склоново-овражном – на 8,0 см относительно плакора.
Лесные полосы влияли не только на перераспределение снега, но и на его плотность. Установлено, что на расстоянии 50 и 130 м от насаждений плотность снега во всех типах ландшафта колебалась незначительно – в интервале 0,25-0,31 г/см³. В центральной же части поля (260 м) фиксировалось уплотнение снега: показатели варьировали от 0,27 до 0,33 г/см³. Аналогичные тенденции прослеживались в склоново-ложбинном и склоново-овражном агроландшафтах. При этом на склонах крутизной 3-5° прогнозируемые влагозапасы в снеге снижались до 105,5 и 96,4 мм соответственно.
Наблюдения показали, что формирование стока и смыва почвы определялось совокупностью факторов и не всегда напрямую зависело от высоты снега. Так, в 2022 году, несмотря на значительные влагозапасы в снеге, сток отсутствовал. Причиной послужил затяжной характер снеготаяния, вызванный чередованием положительных и отрицательных температур в этот период (табл. 2).
Иная ситуация сложилась в 2023 году, когда аномально низкий снежный покров (всего 25,6 см) привёл к глубокому промерзанию почвы – до 40 см. Это спровоцировало интенсивный весенний сток (6,3 мм) и эрозию почвы (6,65 т/га), которые достигли максимальных значений за период наблюдений.
Таблица 2 – Сток и эрозия почвенного покрова на опытном поле
|
Годы |
Показатели |
|||||
|
максимальная высота снега, см |
запасы влаги в снегу, мм |
глубина промерзания почвы, см |
сток, мм |
смыв почвы, т/га |
коэффициент стока |
|
|
2022 г. |
38,1 |
101,7 |
20 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
2023 г. |
25,6 |
69,6 |
40 |
6,30 |
6,65 |
0,09 |
|
2024 г. |
48,1 |
145,1 |
12 |
0,09 |
0,67 |
0,00 |
|
среднее |
37,3 |
105,5 |
24 |
2,13 |
2,44 |
0,02 |
Наиболее мощный снежный покров зафиксирован в 2024 году, когда его высота достигла 48,1 см. В этих условиях глубина промерзания почвы сократилась до 12 см. Несмотря на постепенный характер снеготаяния и относительно небольшое промерзание грунта, объём стока оказался минимальным и составил всего 0,09 мм. Определённую роль в этом сыграли и значительные влагозапасы, аккумулированные в снеге (145,1 мм).
Иная ситуация сложилась в 2023 году, когда интенсивный сток и эрозия наблюдались во всех типах агроландшафта. Это было вызвано сильным промерзанием почвы и резким таянием снега. Осенью предшествующего года на участке проводилась минимальная обработка почвы поперёк склона на глубину 10-12 см. После окончания стокового периода выполнены замеры смыва методом водороин (табл. 3).
Таблица 3 – Смыв почвы в зависимости от типа ландшафта за 2022-2024 гг.
|
Тип агроландшафта |
Смыв почвы, т/га |
||||
|
2022 г. |
2023 г. |
2024 г. |
сумма |
среднее |
|
|
Плакорно-равнинный (0-1°) |
0 |
0,15 |
0 |
0,15 |
0,05 |
|
Склоново-ложбинный (1-3°) |
0 |
2,60 |
0,17 |
2,77 |
0,92 |
|
Склоново-овражный (3-5°) |
0 |
3,90 |
0,50 |
4,40 |
1,47 |
|
итого |
0 |
6,65 |
0,67 |
6,72 |
2,44 |
Результаты исследований позволили количественно оценить интенсивность эрозионных процессов в различных агроландшафтах. Минимальный смыв почвы зафиксирован на плакорно-равнинном участке – 0,15 т/га. На склоново-ложбинном ландшафте этот показатель оказался существенно выше – 2,77 т/га. Максимальная интенсивность смыва отмечена в нижней части водосбора, в склоново-овражном агроландшафте, где величина достигла 4,40 т/га.
Многолетние наблюдения за стоком талых вод на склоновых участках противоэрозионного комплекса «Новоникулинский» подтвердили высокую результативность применяемых почвозащитных мероприятий.
Согласно данным Ульяновского филиала ФГБУ «РосАгрохимслужба» (на 01.01.2025 г.), площадь деградированных сельхозугодий, подверженных эрозии и дефляции на территории Ульяновской области, достигает 922 тыс. га (табл. 4).
Таблица 4 – Некомпенсированные потери с деградированных земель в среднем за год (на примере Ульяновской области)
|
Основные показатели |
Всего |
|
Площади смытых и дефлированных земель, тыс. га |
922 |
|
Недобор продукции, з.е. с 1 га |
0,29 |
|
Недобор продукции в регионе, тыс. з.ед. |
267,4 |
|
Ежегодные потери почвы, т/га |
2,44 |
|
Потери гумуса с мелкоземом, тыс. т. |
92,4 |
|
Потери азота (2,7 кг/га), тыс. т. |
2,50 |
|
Потери фосфора (3,3 кг/га), тыс. т. |
3,00 |
|
Потери калия (2,7 кг/га), тыс. т. |
2,50 |
По расчётным оценкам, недополученная продукция растениеводства в масштабах региона составляет не менее 267,4 тыс. з. е. При среднегодовом смыве почвы 2,44 т/га потери гумуса достигают 92,4 тыс. т, азота и калия – по 2,5 тыс. т, фосфора – 3,0 тыс. т.
Выводы. Наибольший ожидаемый приход весенней влаги за счет таяния снега в межполосном пространстве складывался на плакорно-равнинном типе агроландшафта. На расстоянии 50 м от наветренной лесополосы запасы влаги составляли 133,3 мм, на 130 м – 119,1 мм; с заветренной стороны на тех же удалениях – 114,5 и 109,7 мм. По мере приближения к центру поля (260 м) влагообеспеченность снижалась до 95,8 мм.
Интенсивность эрозионных потерь также варьировала в зависимости от типа агроландшафта. На плакорно-равнинном типе агроландшафта смыв почвы оказался минимальным – 0,05 т/га. В склоново-ложбинном агроландшафте потери возросли до 0,92 т/га, а максимальные значения отмечены в склоново-овражном агроландшафте – 1,47 т/га.
В масштабах Ульяновской области ежегодный недобор растениеводческой продукции оценивается не менее чем в 267,4 тыс. з. е. При среднем смыве почвы 2,44 т/га суммарные потери почвы достигают 2,2 млн. т. Это сопровождается выносом значительного количества элементов питания: гумуса – 92,4 тыс. т, азота и калия – по 2,5 тыс. т, фосфора – 3,0 тыс. т.
1. Тойгильдин А. Л., Семенкин М. И., Тойгильдина И. А. Программирование урожайности зерновых культур и ее обеспечение в земледелии Ульяновской области // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 4(60). С. 71-76. doi:https://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-4-71-76. – EDN NLBAKF.
2. Стратегия развития защитного лесоразведения в Российской Федерации на период до 2025 года / К. Н. Кулик, А. Л. Иванов, А. С. Рулев и др. – 2-е издание, дополненное и переработанное. – Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2018. 36 с.
3. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения Российской Федерации в 2021 году. – Москва: Росинформагротех, 2022. 356 с.
4. Soil Fertility: Factors Affecting Soil Fertility, and Biodiversity Responsible for Soil Fertility / A. Javed, E. Ali, Kh. Binte Afzal [et al.] // International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences. 2022. Vol. 12. №. 01. – doihttps://doi.org/10.26502/ijpaes.202129.
5. Причины и последствия эрозии почвенного покрова в различных климатических зонах России / Д. А. Матюхин, О. П. Крутских, И. Д. Проняев и др. // Аграрная история. 2024. № 18. С. 49-58. doi:https://doi.org/10.5281/zenodo.11655506.
6. Гаевая Э. А. Баланс гумуса в севооборотах с короткой ротацией на эрозионно-опасных склонах // Живые и биокосные системы. 2018. № 24. С. 2. – EDN WMATGV.
7. Гидромелиоративная роль агролесоландшафтного комплекса на склонах / С. А. Тарасов, А. А. Тарасов, И. В. Подлесных и др. // Международный сельскохозяйственный журнал. 2024. № 6 (402). С. 708-712. doi:https://doi.org/10.55186/25876740_2024_67_6_708.
8. Брыжко В. Г., Тарасов Т. В. Организация работ по борьбе с эрозией почв // Актуальные проблемы экономики, социологии и права. 2019. № 4-2. С. 29-31. – EDN OHDWFB.
9. Skuodienė R. Soil Seed Bank in a Pre-Erosion Cereal-Grass Crop Rotation / R. Skuodienė, V. Matyžiūtė // Plants. 2022. Vol. 11, No. 19. P. 2636. – doihttps://doi.org/10.3390/plants11192636.
10. Устроев А. А., Мурзаев Е. А. Посев сидеральных культур как прием разуплотнения почв в условиях пастбищной эрозии // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2020. № 2 (103). С. 57-64. doi:https://doi.org/10.24411/0131-5226-2020-10241.
11. Солдат И. Е. Снижение негативного влияния эрозии почв в Белгородской области внедрением адаптивно-ландшафтной системы земледелия // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2020. Т. 15. № 2. С. 182-190. doi:https://doi.org/10.22363/2312-797X-2020-15-2-182-190.
12. Дзюин Г. П., Дзюин А. Г. Типизация агроландшафтов для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия в Удмуртской республике // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 6. С. 38-40. – EDN QIPWIF.
13. Сытин Г.О., Беляков А.М. Влияние полезащитных лесных полос на продуктивность и качество зерна озимой пшеницы в зоне каштановых почв Волгоградской области // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2023. № 2 (70). С. 323-329. doi:https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-02-37.
14. Baude M., Meyer B.C., Schindewolf M. Land use change in an agricultural landscape causing degradation of soil based ecosystem services // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 659. P. 1526-1536. doihttps://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.455.
15. Чекмарев П.А. Воспроизводство плодородия – залог стабильного развития агропромышленного комплекса России // Плодородие. 2018. № 1(100). С. 4-7. – EDN YPKXUP.
16. Сытин Г.О., Беляков А.М. Влияние полезащитных лесных полос на продуктивность и качество зерна озимой пшеницы в зоне каштановых почв Волгоградской области // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2023. № 2 (70). С. 323-329. doi:https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-02-37.
17. Турусов В.И., Чевердин Ю.И., Гармашов В.М. Агротехнологические основы оптимизации почвенной среды в адаптивно-ландшафтных системах земледелия ЦЧЗ // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 6(80). С. 26-31. – EDN RCXMSZ.
18. Сурмач Г.П. Методика изучения водорегулирующей и противоэрозионной эффективности лесных полос и агротехнических приемов // Волгоград. 1967. 35 с.
19. Никитин С. Н., Шарипова Р. Б. Оценка изменения агроклиматического потенциала Ульяновской области на производство продукции растениеводства // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 3(59). С. 36-42. doi:https://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-3-36-42. – EDN LSBPDS.
20. Немцев С. Н., Шарипова Р. Б. Агроклиматические ресурсы, их изменение и экологические ограничения вегетационного периода Ульяновской области // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 3. С. 10-14. doi:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2021-10302. – EDN RPFOLW.
