Опасные природные процессы и явления на территории Алтайского края

            Q

где С- оценка потенциальной устойчивости ландшафта к эрозионным процессам, в %; Cg- балл по каждому показателю; Q- максимально возможная сумма баллов; g- порядковый номер показателя, n-  количество показателей.

  В результате суммирования баллов выделяются группы природных комплексов, отнесенные к разной степени устойчивости. Градация проводится на основе на основе общей суммы баллов в %: например, относительно устойчивые ландшафты- 80- 100 %, средне устойчивые – 60-80 %, слабо устойчивые – 40-60 %, неустойчивые – менее 40 %. На основе этих данных можно картографировать исследуемую территорию по степени устойчивости ландшафтов к эрозионным процессам. [ Антюфеева Т. В., 2003]

Таким образом, устойчивость ландшафтов определяется по следующим показателям: гидротермический индекс сухости, глубина расчленения рельефа, углы наклона поверхности, густота расчленения рельефа, глубина залегания подводных вод, механический состав почвы, мощность гумусового горизонта, содержание гумуса в слое 0- 20 см, покрытая растительностью почва. Баллы по показателям суммируются для каждого ландшафтного выдела. Максимально возможный балл, который характеризует наибольшую относительную устойчивость для конкретной территории принимается за 100 %, все остальные баллы выражаются в процентах, для чего необходимо выполнить перерасчет суммарных баллов по формуле (2.2)

Глава 3. Эрозионные процессы в Алтайском крае

3.1 Распространение эрозионных форм в Алтайском крае

Наиболее выражены процессы эрозии в Алтайском крае (15,9% площади сельскохозяйственных угодий края). Более 50 % земель изменено эрозией, насчитывается более 3,5 тыс. оврагов. Выделяются три зоны действия эрозии: преимущественно ветровой, преимущественно водной и совместного их действия. Ветровая эрозия (дефляция) распространена в западной части края (Кулунда) на площади более 1300 тыс. га. На Приобском плато и прилежащих районах к ветровому разрушению присоединяется водная эрозия. Зона их совместного воздействия охватывает более 4200 тыс.га. В предгорной полосе Салаира и Алтая, на Бийско -Чумышской возвышенности водная эрозия преобладает на площади более 1500 тыс. га. В предгорных условиях хорошо зарекомендовало себя контурно-мелиоративное земледелие.

Высокая степень сельскохозяйственного освоения территории Алтайского края, чрезмерная распаханность земель сельскохозяйственного назначения и недостаточная защищённость сельскохозяйственных угодий полезащитными лесными насаждениями, повышающими устойчивость сельскохозяйственных территорий к антропогенным воздействиям, привели к развитию эрозионных и дефляционных процессов. В степных районах доля дефлированных угодий составляет 70-95% их площади. Даже в южной лесостепи доля дефлированных земель достигает 24%, то есть  четвёртую  часть  сельскохозяйственных угодий. Преобладающая часть дефлированных земель находится в пашне [Дёмин А. Г.,1989]. В процессе обследования установлено, что эродированные земли в засушливой степи (чернозёмы южные) занимают 10% площади сельскохозяйственных угодий. По мере приближения к горам Салаира и предгорьям Алтая доля разрушенных эрозией земель возрастает, достигая максимальных величин в средней лесостепи (Бие-Чумышское плато). При этом в сухой степи доля дефлированных земель равна площади сельскохозяйственных угодий. Причём дефляции подвергается не только пашня, но и кормовые угодья, многолетние насаждения. В засушливой и колочной  степи  дефлирована  и  некоторая часть пастбищ вследствие повышения их ёмкости.  В  этих  зонах  получила  развитие поверхностная эрозия, достигая 14-15% площади сельскохозяйственных угодий в колочной  степи  и  27-30%  в  предгорьях Алтая. В лесостепи наряду с поверхностной эрозией, распространённой на пашне в средней и слабой степени, развиваются овраги, приуроченные в основном к кормовым  угодьям.  В  средней  и  южной  лесостепи до 60% площади пашни в различной степени смыто. В Присалаирье смыв имеет  место  на  всей  пашне  и  затрагивает почти половину сенокосов и пастбищ. Столь высокая сельскохозяйственная освоенность делает агроландшафты сухой, засушливой, колочной и луговой (предгорья Алтая) степей экологически неустойчивыми (Кэс < 0,33) и испытывающими значительную антропогенную нагрузку (Кан ~ 4,0). Более благоприятная экологическая ситуация наблюдается в лесостепной зоне, на что указывают коэффициенты экологической стабильности и антропогенной нагрузки. Однако широкое развитие эрозии (поверхностной и линейной), особенно в Присалаирье, указывает на заметное снижение устойчивости агроландшафтов и их природно-ресурсного и хозяйственного потенциалов.

Итак, на территории Алтайского края, эрозионные процессы получили широкое распространение. Более 50 % земель изменено эрозией, насчитывается более 3,5 тыс. оврагов. Выделяются три зоны действия эрозии: преимущественно ветровой, преимущественно водной и совместного их действия. Ветровая эрозия (дефляция) распространена в западной части края (Кулунда) на площади более 1300 тыс. га. На Приобском плато и прилежащих районах к ветровому разрушению присоединяется водная эрозия. Зона их совместного воздействия охватывает более 4200 тыс.га.
       В предгорной полосе Салаира и Алтая, на Бийско -Чумышской возвышенности водная эрозия преобладает на площади более 1500 тыс. га.

3.2 Интенсивность эрозионных процессов в пахотных почвах Алтайского Приобья

Эрозионные процессы в пахотных почвах, в частности, интенсивность смыва, согласно существующим научным представлениям об эрозии почв зависят от природных условий и хозяйственной деятельности человека. Безусловно, между всеми факторами, создающими возможность для проявления эрозии, существует тесная связь. Рельеф, почвенный покров, растительность, а также геологические образования, влияя на развитие эрозии, могут сами со временем меняться под воздействием эрозионных процессов. По мнению многих авторов, в природных ландшафтах с естественными ценозами эрозионные процессы протекают постоянно, не оказывая существенного влияния на почвенный покров. Однако эти же авторы указывают и на то, что при вовлечении земельных ресурсов в пашню размеры эрозионных процессов могут становиться глобальными, и страдают не только почвы, но и окружающие их ландшафты, а в иных случаях используемые человеком территории могут превращаться в пустыни.

В Алтайском крае, по данным ЗапСибНИИГипрозем, на сегодняшний день практически не осталось пахотных почв, незатронутых деградационными процессами, поэтому изучение интенсивности эрозионных процессов в пахотных почвах актуально. Поскольку площади родированных и эрозионно-опасных почв составляет около 3 млн га, а площадь дефляционно-опасных и дефлированных 4,3 млн га научные представления позволят эффективнее использовать пахотные угодья и разрабатывать мероприятия способствующие приостановлению эрозионных процессов.

Исследуемые нами территории характеризуются очень сильной интенсивностью эрозионных процессов. Наименьшим смывом характеризуются территории с менее выраженными перепадами высот, т.е. территории умеренно засушливой колочной степи и лесостепи. Специфичные состояния интенсивности смыва этих территорий находятся в интервалах от 3 до 30 т/га. Сильным и очень сильным смывом характеризуются предгорные равнины, поскольку эти пахотные почвы, во-первых, расположены на более крутых склонах, во-вторых, интенсивности смыва способствуют погодные условия, в-третьих, возможно, существующая агротехника не способна защитить пахотные почвы от эрозионных процессов и др. Не следует считать, что на исследуемых территориях нет пахотных почв, подверженных слабой эрозии и тем более неэродированных пахотных почв. Интенсивность эрозионных процессов, как правило, определяет совокупность природных условий, причем один из них может быть ведущим. Многие исследователи считают климат определяющим условием в развитии эрозионных процессов, причем к основному элементу климата, оказывающего влияние на эрозионные процессы, относят осадки. Для Западной Сибири в этом вопросе важны твердые осадки и их процесс снеготаяния. Рассматривая влияние высоты снежного покрова на интенсивность смыва, установили, что на площадках наблюдения в разные годы максимальные значения высоты снежного покрова составляли 60 см и более, минимальные 10 см и менее. Эти значения в целом соизмеримы с значениями метеостанций, иногда имеют отклонения, которые можно объяснить неоднородностью природных условий со стационарами на метеостанциях. Во всех случаях высота снежного покрова коррелирует с интенсивностью смыва. Наименьшая высота снежного покрова < 10-20 см определяет среднюю и слабую интенсивность смыва. Однако при такой высоте снежного покрова интенсивность смыва может увеличиваться до значительного уровня, по-видимому, это обусловлено другими природными условиями, оказывающими большее влияние на интенсивность смыва. Например, при такой высоте снежного покрова пахотные почвы могут быть расположены на более крутых склонах, а меньшее формирование снежного покрова обуславливали другие природные условия. Либо территория не защищена растительностью, или на пахотных почвах осенью проведена отвальная обработка. Возможен и такой вариант, что процесс снеготаяния протекает более интенсивно, допустим, из-за активности солнечной радиации, связанной с расположением склона относительно сторон света и др. Высота снежного покрова 50 и > 50 см обуславливает очень сильную и сильную интенсивность смыва, что вполне логично и подчиняется основным законам физики, большая масса снега формирует большее количество воды, которое, в свою очередь, обуславливает интенсивность эрозионных процессов. Снежный покров следует считать косвенным показателем, непосредственным источником эрозионных процессов является вода, которая образуется из снега в процессе снеготаяния. Связь интенсивности смыва и запасов воды в снеге прямолинейная, по коэффициенту эффективности канала связи выше, чем связь с интенсивностью смыва высоты снежного покрова, и отображает увеличение интенсивности смыва с увеличением запасов воды. Так, при запасах воды в снеге от 50 мм и менее интенсивность смыва не превышает среднего уровня, увеличение запасов воды в снеге до 110 мм и более приводит к увеличению и интенсивности смыва почв до сильных и очень сильных значений. Это влияние запасов воды в снеге подчиняется законам физики, большая масса воды увеличивает скорость потока воды, что является основанием для увеличения интенсивности смыва. При максимальных значениях воды в снеге более 110 мм может происходить и снижение интенсивности смыва. Такая особенность, на наш взгляд, обусловлена замедленным процессом снеготаяния, допустим, на северных склонах, что вполне возможно, либо слабой активностью солнечной радиации при весеннем снеготаянии и др. Рельеф, как и климат, может провоцировать интенсивность развития эрозионных процессов. Каждая территория обладает свойственным ей комплексам склоновых поверхностей, на которых происходят эрозионно-денудационные процессы определенной интенсивности и направленности. Рассматривая влияние крутизны склона на интенсивность смыва в пахотных почвах исследуемых территорий, можно констатировать, что с увеличением крутизны склона увеличивается интенсивность смыва. Нами установлены интервалы смыва почв для каждой крутизны склона. Так, на склонах крутизной до одного градуса, т.е. на слабопокатых склонах, интенсивность смыва не превышает среднего уровня. Соответственно, на пологих склонах интенсивность смыва увеличивается до среднего уровня, а на покатых — от среднего до сильного. Покато-крутые и полого-крутые склоны характеризуются максимальными значениями интенсивности смыва 30 и более 30 м3/га. Помимо крутизны склона на интенсивность эрозионных процессов оказывает влияние и такой показатель рельефа, как длина склона. Исследованиями установлено, что с увеличением длины склона в 3 раза интенсивность смыва увеличивается в 10 раз. Слабой интенсивностью смыва характеризуются склоны длиной до 500 м, максимально возможная интенсивность смыва характерна для склонов от 1,5 км и более. Весьма важным показателем, определяющим опасность эрозии, является экспозиция склона. В разных климатических условиях влияние этого фактора на развитие эрозионных процессов различно на это указывают исследования [Уварова 1980, Орлова 1983, Ковалева 1992, и др.] В результате исследований А. Е. Кудрявцева, была установлена интенсивность смыва относительно встречающихся в природных условиях экспозиций склона. Максимальной интенсивностью смыва (от значительного до очень сильного) характеризуются склоны южной, юго-западной и юго-восточной экспозиции. Северные склоны в меньшей степени подвержены эрозионным процессам. На этих склонах интенсивность смыва не превышает 15 м3/га. Логично было установить связь интенсивности смыва с частью склона. Часть склона — это территория склона относительно выше перечисленных элементов рельефа, характеризующаяся их совокупностью, позволяющая разделить рассматриваемый склон на четыре составляющих части. На исследуемых объектах отмечается четкая закономерность увеличение смыва почвы от водораздела к нижней части склонов. Пахотные почвы, расположенные на водоразделах, как правило, не эродированы и характеризуются слабой интенсивностью смыва или её отсутствием. В верхней части склона в большинстве случаев отмечается значительная и средняя интенсивность смыва. Специфичное состояние интенсивности смыва средней части склона находится в интервалах 15-30 м3/га. Эта часть склонов характеризуется самыми высокими значениями интенсивности смыва. Интенсивность смыва в нижней части склона неоднозначна. Специфичные состояния интенсивности смыва в этой части склона соответствует интенсивности смыва средней части склона 15-30 м3/га. Однако интенсивность смыва в нижней части склона может быть как максимально возможной, так и максимально низкой. В первом случае формируются среднесмытые и сильносмытые почвы, во втором случае — намытые. Такие особенности в нижней части склонов обусловлены вышеперечисленными природными условиями, противоэрозионной устойчивостью почв и сельскохозяйственным подходом землепользователей в использовании этих территорий. Немаловажное влияние на интенсивность эрозионных процессов оказывает антропогенное воздействие. Суть антропогенного воздействия при использовании земельных ресурсов в отрасли растениеводства заключается в смене естественных растительных формаций на культурные. Учеными установлено, что естественная растительность по своим почвозащитным свойствам значительно превосходит культурную. Известно, что травянистая растительность задерживает до 15-20% выпадающих осадков, а кроны деревьев — еще больше. Благоприятные предпосылки для развития водной эрозии создают обработки почв, и в то же время они являются необходимым условием, обеспечивающим рост и развитие культурных растений. Изучив влияние агротехнических приемов на противоэрозионную устойчивость почв, была выявлена интенсивность смыва по видам обработок. Наибольший смыв почвы отмечается по плоскорезной обработке более 30 м3/га, наименьший — по культивации от 8 до 15 м3/га. Противоэрозионная устойчивость почв к смыву при отвальной вспашке характеризуется средними значениями и составляет 15-30 м3/га. Повышенную противоэрозионную устойчивость почв по культивации можно объяснить большей защищенностью поверхности почвы стерней. Следует отметить, что интенсивность смыва почв под многолетними травами и целиной по абсолютным значениям не превышает экологически допустимых величин. Целинные почвы характеризуются большей противоэрозионной устойчивостью, чем почвы, расположенные под многолетними травами. В 70% случаев на целине смыв отсутствует, т.е. только раз в 3-4 года на целинных почвах может наблюдаться смыв в пределах экологически допустимой нормы смыва. Не трудно объяснить низкий смыв почв, обусловленный растительным покровом, который является проекционным покрытием, препятствующим развитию эрозионных процессов, и способствует лучшему впитыванию талых вод.

Кроме вышеперечисленных природных условий и антропогенной деятельности, оказывающих влияние на развитие эрозионных процессов, нами была изучена противоэрозионная стойкость таких свойств почв, как процентное содержание в почве физической глины, содержание гумуса, илистой фракции, водопрочных агрегатов, пористость, содержание структурных агрегатов, водопроницаемость, плотность, осенние запасы влаги, реакция среды. Анализируя результаты противоэрозионной устойчивости перечисленных свойств почв, можно отметить, что почвенные условия не менее значимые в эрозионных процессах, где существуют свои особенности, определяющие противоэрозионную стойкость либо ее отсутствие.

Рассмотрев влияние природных условий на интенсивность смыва, по коэффициенту эффективности канала связи и общей информативности, нами была определена значимость рассматриваемых факторов, влияющих на интенсивность эрозионных процессов в пахотных почвах. По эффективности канала связи рассматриваемые природные условия, определяющие интенсивность смыва, выстраиваются в следующий ряд:

Кс > Зв> h > Эс > Lc >Сч > Oбр >

> Фг > Г > Ил > Ва > Р >Ас > Вп >

> d > Оз > рН,

где Kс — крутизна склона, град.;

Зв — запасы воды в снеге, мм;

h — высота снежного покрова, см;

Эс — экспозиция склона;

Lс — длина склона, км;

Сч — часть склона;

Oбр — основные обработки почвы;

Фг — содержание физической глины, %;

Г — содержание гумуса, %;

Ил — содержание илистой фракции, %;

Ва — водопрочные агрегаты, %;

P — пористость, %;

Ас — структурные агрегаты, %;

Вп — водопроницаемость, мм;

d — плотность, г/см3;

Оз — осенние запасы влаги (0-20), см;

рН — реакция среды.

Анализируя информационно-логический ряд, можно считать рельеф и климат определяющими природными условиями в развитии эрозионных процессов, менее значимыми — растительность, хозяйственная деятельность и потенциальное плодородие почв. На наш взгляд, потенциальное плодородие является условием, создающим противоэрозионную устойчивость пахотных почв, либо его отсутствие, в свою очередь эрозионные процессы обуславливают изменение потенциального плодородия. Наиболее значимыми свойствами почв, определяющими противоэрозионную стойкость, следует считать гранулометрический состав и содержание гумуса. Менее значимым свойством, участвующим в противоэрозионной стойкости пахотных почв исследуемых территорий, является реакция среды, поскольку она опосредованно оказывает влияние на противоэрозионную стойкость почв. Интенсивность смыва на пахотных почвах, ровно так же как и в естественных условиях, оказывает влияние на степень эродированности, которая является показателем, определяющим совокупность изменений потенциального плодородия. Отрицательной стороной степени эродированности почвенного покрова следует считать не интенсивность протекающих процессов, оказывающих влияние на эффективное плодородие, а разрушение строения почвенного профиля и потерю потенциального плодородия, для восстановления которых природе потребуется сотни лет, а то и более. Возможны случаи, когда природа не может полностью восстановить утраченное плодородие, это состояние характеризует степень эродированности. Определение степени эродированности — достаточно сложный процесс, имеющий свой методический подход. Влияние интенсивности смыва на степень эродированности — прямолинейное и характеризуется увеличением степени эродированности при увеличении интенсивности смыва. Неэродированные почвы развиваются при отсутствии смыва либо в пределах экологически допустимых норм интенсивности смыва, не превышающего 3 м3/га. Увеличение интенсивности смыва до среднего уровня определяет слабую и среднюю степени эродированности. Самая высокая степень эродированности (сильноэродированные почвы) обусловлена очень высокой интенсивностью смыва более 30 м3/га.

Таким образом, почвы Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая характеризуются очень сильной интенсивностью эрозионных процессов. Определяющими условиями в развитии эрозионных процессов можно считать рельеф и климат, менее значимыми — растительность, хозяйственную деятельность и потенциальное плодородие почв.

3.3 Агротехнические противоэрозионные мероприятия в Алтайском крае

В комплексе охраны земель агротехническим мерам отводится особая роль. Проводятся они ежегодно на всей площади пахотных земель и на значительной части других сельскохозяйственных угодий, наиболее доступны хозяйствам, дешевы и дают положительный результат, как правило, в первый год их применения, оказывают средообразующее влияние на больших территориях. К ним относятся основная обработка с сохранением стерни, посев противоэрозионными сеялками, полосное размещение культур, пахота поперек склонов или по горизонталям, щелевание пашни и кормовых угодий, лункование зяби и паров, обвалование временными земляными валиками, посев буферных полос на парах и оставление буферных стерневых полос на вспашке зяби, мульчирование почвы соломой, применение почвозащитных севооборотов, и др.

В задачу агротехнических противоэрозионных мероприятий входит создание такой поверхности и обрабатываемого слоя почвы, с которых бы меньше испарялось и стекало воды, которая была бы устойчива против смыва и выдувания, что обеспечивало бы наилучшие экологические условия для развития культурных растений. Эта задача решается в основном соответствующей обработкой почвы и уходом за растениями.

Агроценозы зернопаровых севооборотов в Алтайском крае можно объединить в три основные группы: с чистыми парами, занятыми парами, сидеральными парами. Поле чистого пара является важнейшим звеном полевого севооборота почвозащитной системы земледелия в зоне преимущественного развития ветровой эрозии. От правильной обработки пара зависит устойчивость к эрозии, водный и пищевой режимы под первой культурой, высеваемой по пару, а также чистота посевов при дальнейшем прохождении ротации севооборота. Однако при возделывании чистого пара следует постоянно учитывать то, что поле чистого пара в оценке дефляционной и эрозионной опасности имеет наибольший показатель уязвимости –1.

В условиях Приобского плато в почвозащитном севообороте (многолетние травы – многолетние травы – яровая пшеница – яровая пшеница) проведено многолетнее изучение продуцентов: яровая пшеница, люцерна синегибридная, костер безостый. В этом севообороте 50% занято многолетними травами с наименьшими коэффициентами дефляционной и эрозионной опасности (0,03…0,08). Применение осенней плоскорезной обработки почвы с сохранением стерни в этом севообороте способствует более раннему и лучшему снегонакоплению и сохранению его на склонах. В осеннее и зимнее время здесь не наблюдается выдувание почвы ветром.

В научных разработках конца XX столетия, выполненных Алтайским НИИ сельского хозяйства (АНИИСХ), Алтайским госагроуниверситетом (АГАУ), другими научно-исследовательскими учреждениями Алтайского края, получены и рекомендованы для внедрения в производство эффективные технологии по полосному размещению культур, щелеванию пашни, сенокосов и пастбищ, обработке почвы поперек склонов, подделке микронеровностей, мульчированию почвы соломой и др. Все они предусматривали сокращение поверхностного стока, смыва и выдувания почвы, охрану земельных ресурсов в целом. К сожалению, за 1991-1996 гг. было много упущено в разработке и совершенствовании почво - и водоохранного адаптивно-ландшафтного земледелия, не выполнялись планы освоения противоэрозионных мероприятий на пашне, сенокосах и пастбищах, не использовались научные разработки предыдущих лет.

Особое значение для сохранения плодородия почв имеют мероприятия, связанные с обогащением почвы органическим веществом: занятые и сидеральные пары, мульчирование почвы соломой и посев противоэрозионными сеялками. В 2001-2002 гг. отмечался рост объемов выполнения некоторых важных агроприемов. Также наблюдались положительные тенденции в совершенствовании технологий возделывания сельскохозяйственных культур, использовании новых сельскохозяйственных орудий, обеспечивающих экологизацию всей хозяйственной деятельности на земле, в том числе охрану почвы.

Плодородие эродированной почвы можно восстановить путем внесения навоза, птичьего помета, выращивания сидеральных культур, использования органических остатков многолетних трав на пашне. Это наиболее близкие к естественному процессу пути повышения продуктивности и охраны земель. Многочисленные данные научных учреждений и отдельных ученых свидетельствуют о необходимости использования органических удобрений. Противоэрозионная роль сидерации заключается в сокращении периода пребывания почвы в незавершенном состоянии. Обогащение почвы органическим веществом за счет сидеральных культур увеличивает их механическую противоэрозионную устойчивость, водопоглотительную и водоудерживающую способность, обеспечивает сокращение стока талых и ливневых вод, смыв и размыв почв. Сидеральные удобрения как эффективное средство в решении проблемы накопления перегноя и быстрого улучшения структуры почвы лучше применять на смытых и других маломощных почвах.

Таким образом, системное использование приемов обработки почв, влагонакопления, предотвращение стока воды и смыва почвогрунтов, повышение содержания органического вещества может позволить значительно улучшить охрану почв и повысить продуктивность сельскохозяйственных культур.