Эрозия почв в сельском хозяйстве

За последние два века около 2 миллиардов гектаров земель утратили плодородные свойства. Это превышает площадь всех распахиваемых сейчас территорий — 1,5 млрд гектаров. Потеря плодородности ведет к снижению урожайности, ущербу экономике, урону экологической обстановке и к изменениям климата нашей планеты. Причина явления — ветровая и водная эрозия почв. Они имеют естественный и антропогенный характер.

Термин «эрозия» происходит от латинского erosio, которое переводится как «разрушение» или «разъедание». Это понятие означает деградацию плодородной прослойки земли. Почва лишается веществ, которые участвуют в росте растений и фотосинтезе.

Снижение плодородности земли идет в нормальном или ускоренном темпе. Задача земледельцев — свести к минимуму последствия воздействия факторов, плохо влияющих на характеристики почвы. Это необходимо, чтобы поддержать баланс микроэлементов в таком состоянии, при котором создается благоприятная среда для роста растений и микроорганизмов, способствующих возобновлению гумуса.

Деградация земель сельскохозяйственного назначения зависит от различных факторов:

• климат;
• растительный покров;
• рельеф и геология;
• характер использования земли.

Климатический фактор проявляется в режиме атмосферных осадков и, к сожалению, плохо поддается контролю. Большую опасность представляют ливни, когда растений нет или мало. Дождевые капли способны нести для почв разрушительную силу.

Второй фактор утраты плодородия — отсутствие растительного покрова. Корни растений скрепляют земляные частицы. Стебли и листья защищают от ударов дождевых капель, выветривания и размытия. Высокие защитные свойства показывают многолетние травы и озимые культуры. Однако чистый пар и пропашные культуры защиты почти не дают.

Рельеф — третий фактор. Степень деградации прямо зависит от уклона поля. Уклон местности в 2-4 градуса увеличивает смыв полезных веществ почти в 2 раза по сравнению с прямой поверхностью. Рост уклона с 4 до 8 градусов увеличивает смыв в 7,2 раза. Повышает риск смыва почвенного слоя и длина склона. Достаточно удвоить линию стока с 50 до 100 метров, чтобы смылось в 3-3,7 раз больше гумуса.

Геологический фактор проявляется в специфике пород под почвенным покровом. Например, легко размываются лёссовидные суглинки, которые повсеместно расположены в алтайском Приобье. Здесь быстро образуются овраги, провалы и даже каньоны. А вот черноземные и дерново-подзолистые суглинистые грунты более устойчивы к воздействию воды и ветра.

Четвертый фактор — характер использования земли человеком. Хозяйственная деятельность оказывает прямое влияние на состояние почвенного покрова. Возможен отрицательный и положительный эффект человеческого вмешательства. Отрицательные последствия возникают при нерациональном использовании земель, безосновательной вырубке или сжигании леса, что приводит к смыву верхних слоев, чрезмерный выпас скота, несовершенная обработка почвы.

Положительный эффект возможен при засыпании оврагов, уплотнении грунтов, строительстве противоэрозионных сооружений, проведении мелиоративных работ.

Эрозия полей и отсутствие мер по ее предупреждению и распространению наносит серьезный ущерб экологической обстановке и экономике. Эродированные территории выводятся из фонда сельскохозяйственных земель.

Ущерб включает негативные последствия:

• заметное снижение плодородия почвы;
• обеднение химического состава, изменение агрофизических характеристик;
• спад биологической активности;
• уменьшение урожайности, потеря продукцией качества;
• затруднение проведения мероприятий по обогащению грунтов полезными элементами и химизации.

В. А. Беляев получил данные о том, что с полей и пастбищ ежегодно смывается и сдувается до 5,4 миллионов тонн азота, 1,8 млн тонн фосфора и 36 млн тонн калия.

Утрата одного миллиметра слоя чернозема на одном гектаре распахиваемой площади — это автоматическая потеря 76 кг азота, 24 кг фосфора и 80 кг калия. При этом для выращивания одной тонны зерна требуются 66 килограммов азота, 20 килограммов фосфора и 26 килограммов калия.

Эрозионные процессы снижают агрономические характеристики почвенного покрова. Почва уплотняется, теряет способность удерживать влагу, утрачивает глинистые и илистые частицы. Структура меняется в негативную сторону.

За последние 70 лет накопление гумуса в черноземах снизилось на 250 т/га. Способность земли удерживать влагу уменьшилась на 500-600 т/га. Это снизило потенциальную урожайность на 0,5-0,6 т/га зерна.

Последствиями смыва плодородного слоя становится подверженность растений корневым гнилям. Возрастает засоренность. Земля хуже удерживает воду — осадки просто стекают со склонов, усиливается испарение, что провоцирует почвенную засуху. Сухие верхние слои легко снимаются ветром, усугубляя обстановку. Минеральные вещества или частицы глины попадают в водоемы, приводя к загрязнениям и обмелениям.

Усиленное распространение эрозионных процессов в России началось в конце девятнадцатого века. К этому привели:

• уничтожение лесов;
• ускоренное освоение новых территорий с применением отвальной вспашки;
• низкий на тот момент уровень развития агротехнологий.

Также уничтожалась травянистая растительность. Сильнее всего пострадала Центрально-Черноземная зона.

На этой территории в 1946 году пашни занимали 41,2 % площади. Тогда леса занимали 20 % и 23,2 % отводилось необрабатываемой земле — целине. Уже через год пашня захватила 69 %. С 1914 года площадь лесов уменьшилась на 6-7 %. Сейчас пашни на этих территориях занимают более 90 %.

По данным Госкомзема, в России содержится 210 миллионов гектаров земель сельскохозяйственного назначения. Из них подверженными разрушительному воздействию воды и ветра оказались свыше 117 миллионов гектаров.

На севере России выветривание полезных элементов происходит по линии неправильной формы, которая начинается от Воронежа и движется на Восток. Идет она через Самару, Челябинск, территории Петрозаводска и Омска. Затем переходит к Новосибирску. Далее — в Восточную Сибирь через земли Хакасии, Бурятии, Тувы, Читинской области. Для предотвращения распространения выветривания на территории южнее этой линии проводятся защитные мероприятия.

Повышенный риск негативного воздействия ветра на почвенное плодородие присутствует в:

• Поволжье;
• Северном Кавказе;
• Урале;
• Сибири.

Под угрозой более 45 миллионов гектаров, из них 38,7 млн га — пашни.

Деградации почв эрозией от воды в РФ подвержены около 36,5 миллионов гектаров земель. Пашня из них составляет 24,7 млн га. Эрозионные процессы вызываются таяньем снегов и ливнями, особенно в лесостепях. Водная эрозия распространена в:

• Центрально-Черноземной зоне;
• Поволжье;
• Центральном регионе;
• Северном Кавказе.

Разрушительным процессам подвержены почвенные покровы и в других странах. Пострадали территории Канады, Китая, Австралии. Не избежали потерь африканские, европейские и азиатские страны. Хватило трехсот лет, чтобы пустыня Сахара расширилась на 400 километров на юг.

В Соединенных Штатах Америки к середине прошлого века деградация затронула 40 миллионов гектаров пашни. Сейчас здесь повреждено или полностью уничтожено до 115 миллионов гектаров пахотных земель. Разной степени эрозии подвержены 313 миллионов гектаров.

Эрозионные процессы делятся на два главных вида: водяная и ветровая. Также эрозия может быть ирригационной, однако она также возникает под действием воды в результате неправильного полива. Оба типа разрушения способны действовать совместно.

Водная эрозия почв чаще наблюдается в рельефных местностях. Верхний плодородный слой земли здесь смывается талыми или ливневыми водами, что приводит к образованию вымоин и оврагов.

Водный тип почвенной деградации подразделяется на виды:

• капельный;
• плоскостной;
• линейный;
• техногенный.

Капельная эрозия почвы происходит при воздействии дождя. Ливневые капли имеют высокую кинетическую энергию. Падая, они ударяют по земле, выбивают почвенные частицы, которые затем смываются ливневыми течениями или уносятся ветром после высыхания влаги.

Плоскостная водная эрозия почвы — сравнительно равномерный смыв почвенного покрова со всей поверхности земли. Считается опасным процессом, поскольку ее трудно заметить. С одного гектара пашни смывается от 5 до 25 тонн почвы. Отдельные регионы страдают от смыва до 30-50 т/га.

Линейная эрозия иначе называется овражной. Она развивается при возникновении струй воды, которые размывают грунт. Первые заметные размывы составляют 2-3 метра и глубиной до плужной подошвы, затем они превращаются в промоины и овраги.

Таяние снега также сопровождается смыванием почвенного покрова. Наиболее опасный период — от 5 до 15 весенних дней, когда нет растительного покрова, но снег быстро тает. Ситуация усугубляется, если весна затяжная, когда выпадает много осадков в виде частой смены дождя и снега.

Причины эрозии почвы от воды могут быть как естественными, так и техногенными. К естественным относятся климатические факторы, включая обилие осадков, наклон рельефа, характеристика грунта.

Техногенные причины включают воздействие человека на природу:

• распашку земель;
• строительство дорог и зданий;
• уничтожение лесных массивов и растительных покровов;
• нецелесообразное или неграмотное использование территорий в сельскохозяйственных целях.

Последствия — утрата плодородия, обеднение биологической активности, негативное влияние на экологическую обстановку и устойчивость экосистемы.

Этот тип эрозии считается подвидом водной. По сути, это сельскохозяйственная эрозия почв. Она возникает, когда применяется полив по бороздам на территориях со сложным рельефом.

Чтобы предотвратить ирригационную эрозию, поливные борозды по наименьшему уклону нарезают не глубже 100-120 мм. При уклоне в 2-6 градусов длину борозд уменьшают до 100 см, также снижают интенсивность полива до уровня в 0,1-0,05 литров в секунду.

Дополнительные меры — увеличение доз удобрений на 25-40 %, смена орошения на дождевание, щелевание междурядий в посевах хлопчатника, оптимизируются сельскохозяйственные процессы.

Эрозия почвы от ветра называется дефляцией. Она характерна равнинным районам с сухим климатом. Грунт здесь быстро пересыхает. Ветер поднимает с поверхности земли мелкие частицы, которые движутся с высокой скоростью и уносятся на значительные расстояния.

Более крупные частицы — диаметром 0,6-1 мм — движутся путем перекатывания. Они трутся друг об друга, разбиваются сами и выбивают из земли другие частицы, измельчаются, и ветер их также уносит.

Такие частицы перемещаются скачкообразно. Они способны разбить крупные комки земли и повредить посевы. Вот почему одна пылевая буря может уничтожить неокрепшие ростки и лишить урожая.

Причинами ветровой эрозии могут быть как естественные климатические факторы — недостаток осадков, песчаный грунт, отсутствие растительности, так и техногенные — чрезмерная механическая обработка земли, перетирание техникой во время полевых работ.

Последствиями ветровой эрозии становятся разрушение до 5-10 см почвенного покрова. При дефляции наблюдается дефицит фосфора, что негативно отражается на урожайности. Сильный ветер сметает верхний слой земли и засыпает ей водоемы, что приводит к их обмелению и загрязнению.

Нередко оба типа разрушения действуют одновременно, особенно на Северном Кавказе, в Центрально-Черноземной зоне, Сибири. Эрозия сельскохозяйственных земель здесь развивается по схеме:

1. Почва переувлажняется — обилие влаги растворяет минеральные вещества — потоки смывают их и уносят в водоемы или овраги.
2. После размыва происходит иссушение — пересушенные грунты трескаются и пылят — почва выдувается ветром.

Переувлажнение в первом пункте возможно как от ливней, так и от интенсивного снеготаяния. В регионах, где снега мало, действует схема: иссушение и распыление зимой и весной — выдувание — вымывание летними ливнями — образование потоков — смыв и размывы.

Совместное действие дефляции и водной эрозии приводят к снижению мощности гумусового слоя, обеднению грунта минеральными и органическими соединениями, повышению водопроницаемости, ухудшению структуры. Это неизбежно влечет снижение плодородности.

Чтобы деградация земель сельскохозяйственного назначения не происходила под действием воды, следует предотвратить размытие верхнего горизонта. Для этого предпринимают способы защиты:

• производят залужение сильносмытых склонов;
• выращивают на склонах многолетние культурные растения, высеивая их поперек холмов;
• запахивают в грунт свежую зеленую массу — процесс называется сидерацией, что дополнительно обогащает почву органикой;
• устанавливают снегозадержатели, чтобы талые воды не вымыли плодородные слои земли;
• своевременно вносят удобрения;
• на землях, расположенных под уклоном, выполняют ступенчатую распашку;
• строят гидромелиоративные сооружения — плотины, быстротоки, системы водорегулирующих валов;
• выполняют лесомелиорацию.

Также система защиты почвы от размывания включает такой метод, как бороздирование и лункование.

Чтобы понять, что делать и как предотвратить дефляцию, следует учитывать розу ветров — например, высаживать растения перпендикулярно наиболее частому направлению ветра.

Предотвращение эрозии почв от выветривания включает почвозащитный севооборот:

• чередуют высадки злаков и многолетних трав;
• высаживают кулисы с высокими стеблями, которые служат защитным барьером и уменьшают скорость ветра;
• зерновой посев осуществляют стерневыми сеялками.

Методы защиты от ветра включают лесомелиорацию, регулярное орошение и плоскорезную обработку почвы.

Чтобы сохранять плодородность почвы при ее постоянном использовании, мероприятия по защите земель от эрозии должны быть комплексными.

Комплекс мер вырабатывается для каждой почвенно-климатической зоны с учетом местных особенностей, включая:

• общее состояние земли;
• тип грунта, оценка опасности эрозии;
• специфика рельефа;
• особенности растительного покрова, его назначение, потенциал;
• климатические особенности;
• экономическая целесообразность.

Все мероприятия должны быть научно обоснованными. Проекты подготавливаются на основе изучения возможностей защиты от всех разрушительных процессов, а также документации внутрихозяйственного землеустройства, почвенных и агрономических карт, планов рельефа, крутизны склонов, собранных сведений об осадках, стоках талых вод, степени развития водной и ветровой деградации.

Почвозащитный комплекс мероприятий разрабатывается в последовательности:

1. Изучение исходных данных — склоны, тип грунтов, климат, величина снежного покрова и т. д.
2. Выполняется оценка эрозионной опасности культур в севооборотах.
3. Выбирается такой способ размещения культур, который защитит от ветровой эрозии.
4. Организовывается система удобрений с учетом требований к защите почвы.
5. Выбираются методы против эрозии с учетом выращиваемых культур, а также способы ухода за растениями в конкретных условиях.
6. Предусматриваются меры по регулированию накопления снега и его таяния.

Детальность проработки варьируется в зависимости от особенностей конкретного региона.

Такие мероприятия позволяют остановить эрозию и поднять урожайность.

Меры, предпринятые в Сибири, Зауралье, Поволжье, а также на Алтае, показали, что даже в периоды засухи в степях можно получить урожай на уровне 1,1-1,2 т/га зерна, а в годы, когда уровень дождей достаточен — до 2 т/га.