Противоэрозийные мероприятия

Эффективность мульчирования зависит от площади проективного покрытия поверхности мульчирующим материалом. Опыты показали, что при одинаковом покрытии поверхности мульча из пожнивных остатков пшеницы, кукурузы, сорго была одинаково эффективна. По данным службы охраны почв США, для эффективной защиты почвы от эрозии рекомендуется вносить 2,5-5 т/га соломы или сена, 10-12,5 т/га стержней кукурузных початков, 15-20 т/га навоза и других мульчирующих материалов. В качестве мульчи используется также жидкий навоз, взятый из аэрируемых окислительных траншей. Установлено, что распределение его по поверхности слоем толщиной 10-20 мм (3,5-7 т/га твердого вещества) более чем в два раза сокращает поверхностный сток, снижает потери почвы и питательных веществ (Михайлина, 1977).

Начиная с 30-х гг. идет поиск и испытание в качестве мульчирующих веществ продуктов промышленности — и побочных продуктов, и специально создаваемых почвенных кондиционеров. Во-первых, это обусловлено поисками приемлемых путей утилизации некоторых побочных продуктов целлюлознобумажной и нефтяной промышленности, во-вторых, поисками эффективных веществ, которые могли бы быть использованы в качестве препаратов, оструктуривающих почву и предохраняющих ее от разрушения водой и ветром.

Разновидностями мульчирующего материала можно считать эмульсии латексов и смол в воде, полимерные материалы, отработанные моторные масла, применяемые для повышения водопроницаемости почв, а также их противоэрозионной и противо-дефляционной стойкости. В настоящее время они нашли пока ограниченное применение: при закреплении подвижных песков, для защиты почв от смыва при поливе по бороздам, для уменьшения пылимости фунтовых аэродромов. В качестве мульчирующего покрытия в горных садах на склонах используют гравий и щебень.

 

1.2. Противоэрозионная  обработка почвы

В зависимости от решаемых задач различают: основную обработку, уход за парами, предпосевную обработку, посев (посадку) и уход за насаждениями. Все виды обработки помимо основной своей задачи должны выполнять и почвозащитные функции.

Обработка почвы и посев культур в направлении к горизонталям

Вспашка, культивация, боронование и посев в направлении, близком к горизонталям, являются наименее трудоемким способом зашиты почв от эрозии. При этом гребни и борозды, располагаясь перпендикулярно к направлению склонового стока, оказывают наибольшее возможное сопротивление движению воды, задерживают часть стока и способствуют увеличению поглощения воды почвой. В районах избыточного увлажнения, где нет необходимости в дополнительном накоплении воды, обработку почвы следует проводить под небольшим углом к горизонталям, чтобы обеспечить безопасный отвод излишков воды. В районах неустойчивого и недостаточного увлажнения обработку почвы желательно проводить строго по горизонталям. Это возможно при наличии легких маневренных машин и орудий. Современная сельскохозяйственная   техника   позволяет   проводить   обработку в направлении, близком к горизонталям. Для этого используются два способа: организация прямолинейно-контурной обработки, проводимой по отрезкам прямых в направлении горизонталей; выделение на склоне полей или рабочих участков с различным направлением пахоты (рис. 1).

На этом рисунке представлены три варианта размещения полей на двустороннем склоне (Вервейко, 1971). В первом варианте (а) предусматривается расположение полей 2 и 3 длинными сторонами вдоль склона, вынуждающее проводить обработку почвы в том же направлении, что неприемлемо по соображениям защиты почв от эрозии. Во втором варианте (б) с контурным расположением границ полей обеспечивается наилучшая защита почв от смыва, однако по технологическим и экономическим соображениям он не всегда выполним. В третьем варианте (в) почва защищена несколько хуже, чем во втором, однако, если учесть, что затраты на обработку почвы в третьем варианте в 2,3 раза меньше, чем во втором, то третий вариант (в) окажется оптимальным для хозяйства.

 

Рис.1. Размещение полей на склоне и  направление обработки почв (отмеченное стрелками)

 

Многочисленные исследования поперечной обработки почвы, проведенные в различных природных условиях, показали в общем ее высокую противоэрозионную эффективность. Зяблевая пахота поперек склона позволяет задержать дополнительно 5-8 мм влаги и дает прибавку урожая зерновых 2-4 ц/га. В результате уменьшается и смыв почвы, особенно в маловодные годы. Однако известны случаи, когда поперечная обработка приводила к увеличению стока и смыва почвы.

 

 

 

 

 

Необходимыми условиями противоэрозионной эффективности поперечной обработки почвы являются следующие:

• расположение борозд и гребней в направлении, близком к горизонталям,  что  обеспечивает  отсутствие  больших уклонов 
  вдоль борозд;
• умеренная интенсивность дождя или снеготаяния, не приводя 
  щая к переполнению вогнутых форм нанорельефа водой;
• сочетание поперечной обработки с глубокой пахотой, обеспе 
  чивающее впитывание задержанной воды;
• крутизна склона не более 5-6° (оптимальным является уклон 
  2-3°; с увеличением уклона емкость форм нанорельефа умень 
  шается).

Глубокая вспашка и вспашка с почвоуглублением

Увеличение глубины обработки почвы приводит к повышению водопроницаемости почвы и соответственно к уменьшению стока воды и смыва почвы. Вспашка на глубину 20-22 см считается нормальной, а на 25-27 см и глубже — глубокой. Многочисленные опыты показали, что при зяблевой обработке почвы углубление пахотного слоя на 1 см приводит к уменьшению стока на 0,8-4 мм. Такой широкий диапазон связан с особенностями зимы и с глубиной обработки. Глубокая обработка наиболее эффективна в многоводные годы. В маловодные годы, когда сток небольшой, ее эффективность мала. Обработка почвы на малую глубину (6-8 см, например при лущении стерни) слабо влияет на сток. Увеличение глубины обработки, особенно в диапазоне 15-25 см, приводит к резкому сокращению стока. В диапазоне 25-27 см эффективность этого приема падает (рис. 2). Наиболее эффективна в отношении общего сокращения стока глубина вспашки 27-30 см. Окультуривание почвы приводит к уве личению эффективной глубины вспашки. При гидрологических расчетах эффективность почвоуглубления принимают постоянной, равной снижению слоя стока на 1,2 мм при углублении на 1 см.

На смытых почвах рекомендуется проводить глубокую обработку плугом с почвоуглубителем (рис. 3) или плугом с вырезным отвалом, чтобы не выворачивать на поверхность малоплодородные глубокие горизонты почвы.

На черноземах и каштановых почвах Заволжья зяблевая вспашка на глубину 27-30 см в направлении, близком к горизонталям, обеспечивает полное поглощение талой воды в 8-9 случаях из 10, а на черноземах Центральной полосы — в 7. В остальных случаях сток значительно снижается (Сурмач, 1976). Причина этого становится ясной, если вспомнить, что весенний сток 10%-й обеспеченности составляет в зоне каштановых почв лишь 15-20 мм, а в зоне черноземов — 80 мм.-

 

Рис. 2. Влияние  глубины  зяблевой

обработки на уменьшение стока (Сур-

мач, 1976)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Устройство плуга с почвоуглубителем: 1 — дисковый нож; 2 — предплужник; 3 — лемех корпуса; 4 — полевая доска; 5 — почвоуглубитель; 6 — отвал; 7 — стойка

 

 

Глубокое полосное рыхление почвы

Глубокая вспашка весьма эффективное, но энергоемкое мероприятие. Поэтому такую вспашку можно проводить через 2-3 года, чередуя ее с обычной вспашкой. Кроме того, в целях экономии средств вместо сплошной глубокой обработки рекомендуется обычная вспашка с последующим глубоким рыхлением полосами. Этот метод изучали в Молдавии в целях предотвращения эрозии от ливневых осадков на парах, ранней зяби, а также при весенней обработке полей под посев кукурузы (Каштанов, Заславский, 1984). Ширина полос 1,2-3,5 м, расстояние между ними 10-15 м. Использование этого приема сокращает смыв почвы в 1,5-2,5 раза и увеличивает урожайность зерна кукурузы на 4-16%.

Ступенчатая вспашка

Сущность ступенчатой вспашки заключается в создании ступенчатой формы плужной подошвы и чередующихся борозд разной глубины на поверхности почвы, затрудняющих внутри-почвенный и поверхностный сток. Ее проводят четырехкор-пусным плугом, причем второй и четвертый корпуса установлены на обычную глубину, а первый и третий — на 10-15 см глубже (рис. 4). По данным И.С. Шатилова, применение ступенчатой вспашки задерживает в среднем 100-120 м3/га (10-12   мм)   воды,   уменьшает смыв почвы на 5,8 м3/га, увеличивает урожайность зерновых на 2,4 ц/га (Каштанов, Заславский, 1984).

 

Рис. 4. Схема работы четырехкорпусного плуга при ступенчатой вспашке

 

 

1.3. Способы водозадерживающей  обработки почв

Создание противоэрозионного нанорельефа

На склонах крутизной более 2-3°, где эффективность поперечной обработки почв снижается, необходимо проводить дополнительные водозадерживающие мероприятия. Часть из них основана на создании водозадерживающих углублений (лунок, борозд, микролиманов) на поверхности почвы. Лункование проводится на зяби и парах специальным орудием, лункообразователем, или приспособленными для этой цели дисковыми лущильниками с эксцентрично установленными на оси дисками (рис. 8.5). Длина лунок 110-120 см, ширина 35-50 см, глубина 12-15 см. На каждом гектаре образуется до 13 тыс. лунок общей емкостью 250 м3Да при угле атаки дисков а = 30°. Объем лунок уменьшается при увеличении крутизны склона и уменьшении угла атаки дисков. При образовании лунок агрегат должен работать в направлении, близком к горизонталям, чтобы обеспечить расположение лунок в том же направлении во избежание их прорыва.

Прерывистое бороздование проводят с помощью специального приспособления, агрегатируемого с плугом, кукурузной сеялкой, пропашными или паровыми культиваторами. Рабочим органом является трех- или четырехлопастная крыльчатка; ее лопасти жестко закреплены под углом 120 или 90° (рис. 8.6). Вертикальная лопасть крыльчатки сгребает почву в борозде, образованной корпусом плуга с укороченным или снятым отвалом. После того как накопится достаточно почвы для образования перемычки, что соответствует одному обороту опорного колеса плуга, опорный ролик освободит лопасть крыльчатки и она провернется на 1/3 или 1/4 полного оборота соответственно конструкции. При проворачивании крыльчатки происходит формирование перемычки. Прерывистое бороздование проводится одновременно со вспашкой зяби или паров, а также в междурядьях пропашных культур, например кукурузы, при их культивации. Размеры борозды: длина 80-100 см, ширина 35-40 см, глубина 10-15 см. Средняя емкость прерывистых борозд 300 м3/га.

Рис.5 Схема лункователя: 1-4 — сферические диски: D — глубина лунки; а — угол атаки диска; е — смещение оси диска относительно оси вала

 

 

 

Данные по эффективности лункования и прерывистого бо-роздования довольно противоречивы. Однако в первом приближении можно принять, что указанные мероприятия сокращают, в среднем, поверхностный сток на 10-17 мм, смыв почвы на 4 т/га, а урожайность зерновых поднимают на 1-2 ц/га.

Микролиманы представляют собой небольшие площадки, окаймленные валиками высотой 20-22 см с перемычками через 1,4 м и расстоянием между ними 70 см. Их поделка осуществляется более широкой крыльчаткой (700 мм), агрегатирующейся с плугом, у которого первый корпус имеет удлиненный отвал. Число микролиманов на 1 га достигает 4100, а суммарная емкость — 700 м3/га.

 

Рис. 6. Приспособление к плугу для устройства перемычек: 1 — корпус плуга; 2 — крыльчатка; 3 — дисковый нож; 4 — предплужник

 

Для уменьшения поверхностного стока и смыва на зяби и парах применяют также обвалование, которое обычно производится одновременно со вспашкой. Для этого на предпоследнем корпусе плуга устанавливают удлиненный отвал, создающий борозды и валики высотой 20-25 см, расположенные на расстоянии 140-170 см друг от друга. Во избежание стока вдоль валиков применяют фигурное обвалование, при котором через каждые 25—50 м хода делают дугообразный поворот агрегата вверх по склону, а затем переводят его в нормальное положение. Эффективность создания микролиманов и обвалования примерно та же, что и других методов создания водозадерживающего нанорельефа.

Все искусственно созданные микроформы меняют свой объем к весне из-за насыщения водой и оплывания почвы, поэтому лункование, прерывистое бороздование, создание микролиманов и обвалование почвы эффективны лишь на достаточно водопрочных почвах. Следует также учитывать, что поделка углублений приводит к увеличению поверхности почвы, что может повлечь дополнительные потери влаги на испарение. Поэтому весной необходимо как можно быстрее заровнять поверхность и провести закрытие влаги боронованием. Эффективность этих приемов зависит также от крутизны склона. На склонах крутизной более 4—5° их применение нецелесообразно. Более того, оно может привести к формированию концентрированного стока и развитию линейных форм эрозии в случае прорыва микроформ в верхней части склона. Поэтому применение указанных мероприятий целесообразно сочетать с поделкой водоотводных борозд.

Поделка водоотводных борозд

Борозды нарезают осенью по зяби, стерне и на озимых посевах навесным бороздоделом БН-300, рабочими органами которого являются лемех и метатели для отбрасывания почвы равномерным слоем на расстояние до 10 м или сменным корпусом плуга с удлиненным отвалом. Глубина водоотводных борозд 18-22 см, ширина по верху 40^8 см, заложение откосов 1:1 (Каштанов, Заславский, 1984). Борозды обычно нарезают на расстоянии 50-100 м друг от друга в зависимости от рельефа местности и условий стока под углом 25-30° к горизонталям. При этом фактический уклон борозд оказывается в 2-3 раза меньше уклона склона. Однако на крутых склонах, занятых ценными культурами (например, табаком), расстояние сокращают до 6-7 м. Длина водоотводных борозд с односторонним сбросом до 200-250 м. При большей ширине склона бороздам придают двусторонний уклон, направляя их в противоположные стороны.

Расстояние между водоотводными бороздами можно рассчитать исходя из условия неразмываемости пространства между ними. Если в уравнении (2.24) заменить донную скорость движения воды VA на донную допустимую скорость УАД0П, можно легко получить длину неэродируемого участка склона или допустимое (по условию неразмываемости почвы) расстояние между водоотводными бороздами или водозадерживающими валами хяоп.

Из водоотводных борозд вода сбрасывается в места, безопасные в эрозионном отношении, например в задернованные или облесенные ложбины, лощины, балки. Если таких мест нет, на склонах создают искусственные залуженные водосбросы. Они представляют собой корытообразные ложбины шириной 10-15 м, засеянные многолетними травами, такими, как кострец, мятлик луговой, овсяница луговая и др. Водосбросы рассчитываются на сток 5-10% обеспеченности, исходя из условий неразмываемости и пропускной способности русла. Из водосбросов вода поступает в балки, поймы рек, пруды. По данным И.Д. Брауде (1976), устройство водоотводных борозд в 3-5 раз уменьшает смыв серых лесных почв.

Щелевание

Щелевание заключается в поделке специальными орудиями 
узких и глубоких щелей. Применяют его обычно на зяби, посевах 
озимых, сенокосах и пастбищах. Глубина щелей может быть от 15 
до 60 см, а расстояние между ними 100-150 см. Рабочим органом 
служат ножи-щелерезы, устанавливаемые обычно на раму плуга или плоскореза-глубокорых-лителя.

-

 

Рис.7. Схема агрегата для щелевания с заполнением щели торфом: / — торф; 2 — транспортер продольный; 3 — регулятор глубины; 4 — грядиль; 5 — рабочий орган; 6 — кожух; 7 — транспортер поперечный; 8 — битеры

 

Щелевание   можно производить также кротователем без дренера. Оно особенно эффективно на мерзлых почвах с ледяной коркой на поверхности. Если весной перед самым стоком нарушить верхний мерзлый 20-30 сантиметровый слой, насыщенный льдом, водопроницаемость почвы резко увеличится. Весеннее щелевание мерзлой почвы особенно эффективно в степных и лесостепных районах на черноземах, где глубина промерзания почвы сравнительно небольшая, а ее водопроницаемость достаточно высокая. Этот прием позволяет увеличить запасы влаги в почве на 30-35 мм, уменьшить смыв в среднем на 9 т/га (Иванов, 1988) и повысить урожайность зерновых на 4-5 ц/га. Существенного увеличения эффективности щелевания можно добиться путем заполнения щели измельченными растительными остатками или торфом. С этой целью щелеватель оснащают устройствами, необходимыми для подачи заполнителя из грузовой тележки в щель (рис. 7).