ОПТИМИЗАЦИЯ СООТНОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ НА ОВРАЖНО-БАЛОЧНЫХ ВОДОСБОРАХ

ОПТИМИЗАЦИЯ СООТНОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ НА ОВРАЖНО-БАЛОЧНЫХ ВОДОСБОРАХ

Научная статья

Полуэктов Е.В.¹, Петрова И.А.^2, *

² ORCID: 0000-0003-0199-4492;

^{1, 2} Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова, Новочеркасск, Россия

* Корреспондирующий автор (petroffa_i[at]mail.ru)

Аннотация

В результате интенсивного использования земельных ресурсов в степной зоне на юге РФ усилились деградационные процессы почвенного покрова. Наиболее масштабными и вредоносными из них являются эрозия и дефляция. В статье рассмотрен вопрос об оптимизации соотношения сельскохозяйственных угодий на овражно-балочных водосборах (как основной территориальной единицы формирование поверхностного стока), которые в наибольшей степени вовлечены в сельскохозяйственное производство. Принимая во внимание всю неоднозначность решения оптимизации соотношения сельскохозяйственных угодий, выделена элементарная территориальная единица в пределах водосбора - агроландшафтная полоса, которая будет являться основным производственным участком (полем) с равнозначными почвенно-климатическими и эрозионно-гидрологическими показателями.

Ключевые слова: эрозия, сельскохозяйственные угодья, оптимизация, овражно-балочный водосбор, агроландшафтные полосы. 

OPTIMIZATION OF AGRICULTURAL LAND RATIO ON RAVINE CATCH BASINS

Research article

Poluektov E.V.¹, Petrova I.A.^2, *

² ORCID: 0000-0003-0199-4492;

^{1, 2} Novocherkassk Land Reclamation Institute named after A.K. Kortunov, Novocherkassk, Russia

* Corresponding author (petroffa_i[at]mail.ru)

Abstract

The degradation processes of the soil cover intensified as a result of the intensive use of land resources in the steppe zone in the south of the Russian Federation. Erosion and deflation are the most widespread and harmful of them. The article considers the issue of optimizing the ratio of agricultural land on ravine catch basins (as the main territorial unit for the formation of surface runoff), which are most involved in agricultural production. Taking into account all the ambiguity of the decision to optimize the ratio of agricultural lands, an elementary territorial unit within the catch basin area is highlighted. It is an agrolandscape band, which will be the main production site (field) with equivalent soil-climatic and erosion-hydrological indicators.

Keywords: erosion, agricultural land, optimization, ravine catch basin, agrolandscape band. 

Интенсивное использование земельных ресурсов степной зоны на юге РФ в сельскохозяйственном производстве привело к ускоренной деградации почвенного покрова, которая проявляется через интенсивное развитие процессов дегумификации, эрозии, дефляции, переуплотнения и целого ряда других. Наиболее масштабными и вредоносными из них являются эрозия и дефляция. На сегодняшний день около 50 % сельскохозяйственных угодий подвержено эрозии и практически столько же дефляции.

Защита почв от эрозии и дефляции является наиболее сложным и затратным мероприятием, т.к. система почвозащитного земледелия состоит из целого комплекса организационно-хозяйственных, агротехнических, лесо-лугомелиоративных, гидротехнических технологий, приёмов и средств.

Наименее разработанным звеном в данной системе является оптимизация соотношения сельскохозяйственных угодий (пашни, лесных насаждений, сенокосов, пастбищ и др.) в целом для водосбора, как основной территориальной единицы формирования поверхностного стока. В данной работе речь пойдёт об овражно-балочных водосборах, в наибольшей степени вовлечённых в сельскохозяйственное производство.

Оптимизация соотношения сельскохозяйственных угодий для всего водосбора является очень сложной задачей, т.к. каждый водосбор представлен различными типами агроландшафта, где плакорно-равнинный переходит в склоново-ложбинный и далее ложбинно-лощинный, ложбинно-балочный, овражно-полевой, балочно-овражный и др. при различном их сочетании [1], [6], [7]. Каждый из этих агроландшафтов представлен склонами различной длины и крутизны, а соответственно, неодинаковой интенсивностью развития эрозионных процессов. Не случайно агролесомелиораторы рекомендуют облесённость пашни при пересечённом рельефе местности в 7-8 % присетьевого фонда. Оптимальная площадь лесных полос на склонах различной крутизны должна составлять: при 2-6⁰ – 3,4-5,5 %, при 6-10⁰ – 10 %, на склонах свыше 10⁰ – 15,5 % [9].

Аналогичным образом для склонов различной крутизны рекомендуется набор сельскохозяйственных культур, исходя из их почвозащитной способности, и на основании этого предлагаются различные типы севооборотов [7], [8].

Принимая во внимание всю неоднозначность решения оптимизации соотношения сельскохозяйственных угодий, прежде всего, необходимо решить вопрос о выделении элементарной территориальной единицы в пределах водосбора, которая будет являться основным производственным участком (полем) с равнозначными почвенно-климатическими и эрозионно-гидрологическими показателями.

В качестве такой единицы в системе адаптивно-ландшафтного земледелия предлагается выделять агроландшафтную полосу. Выделение агроландшафтных полос обуславливается требованиями обеспечения высокой степени территориальной адаптации отдельных элементов, из которых будет запроектирована система почвозащитных мероприятий и, самое главное, оптимизация в соотношении сельскохозяйственных угодий [1], [6], [7].

Агроландшафтная полоса должна рассматриваться и выделяться с позиции динамической ландшафтной структуры, чтобы в её пределах интенсивность современных эрозионных процессов была однотипной по её динамическим показателям. Потоки энергии и вещества должны быть однонаправленными, а градиент их может изменяться только в зависимости от крутизны и экспозиции склона.

Границы агроландшафтных полос чаще всего увязывают с той или иной степенью эродированности. Каждая конкретная степень эродированности занимает определённое положение в современном агроландшафте, располагаясь в виде поясов или полос различной ширины на склонах различной крутизны. Исследования, проведённые в степной зоне юга Европейской территории Российской Федерации, позволили выявить общую тенденцию в пространственном размещении поясов смытых почв. Так, слабосмытые почвы занимают склоны от 0,5-0,8⁰ до 2,5-3,0⁰. Ширина полосы, занимаемая слабосмытыми почвами, составляет в среднем 480-550 м. Среднесмытые почвы занимают преимущественно склоны от 3 до 5⁰, а ширина полос этих почв колеблется в пределах от150 до 210 м. Сильносмытые почвы располагаются в нижней части склона крутизной более 4,5⁰ и ширина их пояса не превышает 100-110 м. Интенсивность проявления современных эрозионных процессов часто не совпадает с границами распространения конкретной степени смытости, что в конечном итоге приводит к увеличению площадей смытых почв и изменчивости границ участков с разными показателями смытости.

Для повышения точности проектирования границ агроландшафтных полос по величине расчётного смыва почв с сельскохозяйственных угодий стоком талых вод и ливневых дождей, склоновые земли группируются в семь классов эрозионной опасности: I – незначительная (до 2,5 т/га); II – слабая (2,6-5,0 т/га); III – умеренная (5,1-10,0 т/га); IV – средняя (10,1-30,0 т/га); V – сильная (30,1-50,0 т/га); VI – очень сильная (50,1-70,0 т/га); VII – катастрофическая (> 70,0 т/га).

Эти классы земель объединяются в четыре агроландшафтные полосы. Первая агроландшафтная полоса занимает склон крутизной от 0,5 до 2,5⁰ (I и II классы эрозионной опасности). Почвенный покров представлен неэродированными и слабоэродированными почвами в соотношении 40 и 60 % от площади полосы; вторая – занимает склоны крутизной от 2,6 до 4,5⁰ (III и IV классы эрозионной опасности). Почвенный покров представлен слабо- и среднеэродированными почвами в соотношении соответственно 60 и 40 %; третья – занимает склоны крутизной > 4,5⁰. Сюда относят V и VI классы эрозионной опасности. Почвенный покров таких участков представлен средне- и сильноэродированными почвами в соотношении соответственно (60 и 40 %). К VII классу эрозионной опасности относятся слабо- и незадернованные склоны балок и борта оврагов. Его условно можно отнести к четвертой ландшафтной полосе. Границы между ландшафтными полосами приурочиваются к определённым каркасным линиям рельефа: водораздельным линиям, склонам определённой крутизны, определённой удалённостью от водораздельной линии и др. Как показал опыт такого проектирования, из-за пестроты природных факторов размеры ландшафтных полос, отвечающие перечисленным требованиям, колеблются в пределах от 3-5 до 50-60 га.

По ширине ландшафтные полосы существенно различаются между собой. Исходя из соотношения площадей смытых почв, по почвенно-эрозионным зонам Ростовской области можно примерно указать, что первая агроландшафтная полоса будет занимать 50-60 % площади водосбора, вторая – 30-35, третья 10-15 и четвёртая до 3-5 %. Но это идеальный вариант расположения и сочетания агроландшафтных полос. В природе всё много сложнее. Не всегда в пределах одного овражно-балочного водосбора происходит последовательная смена одной агроландшафтной полосы другой. Может оказаться так, что в пределах проектируемого (рассматриваемого) водосбора выделяют только I и II агроландшафтные полосы или II и III. Но может оказаться и так, что первая агроландшафтная полоса отделена от третьей узкой и прерывистой второй. Часто конфигурация агроландшафтных полос имеет неправильную форму (в одних местах расширяясь, в других – суживаясь). В таких случаях необходима корректировка, то есть выравнивание границ полосы для того, чтобы в дальнейшем обеспечить контурно-параллельное размещение линейных рубежей.

Границы агроландшафтных полос должны быть закреплены рубежами первого порядка (стокорегулирующие, прибалочные лесные полосы, валы, канавы). В пределах агроландшафтных полос проектируется система почвозащитных мероприятий, за основу которой берутся расчёты по задержанию талого стока определённой степени обеспеченности (чаще всего 10%).

Агроландшафтные полосы являются исходной технологической градацией, так как они охватывают близкие по плодородию почвы, однородные по крутизне экспозиции и форме склоны, имеют относительно одинаковые условия увлажнения и микроклиматические особенности, одинаковую интенсивность эрозионных процессов, что отвечает требованиям адаптивно-ландшафтного земледелия. Поэтому они должны иметь строго определённый режим использования, набор сельскохозяйственных культур и приёмов по стабилизации и повышению плодородия почв, а также оптимальность в соотношении сельскохозяйственных угодий.

Многолетние исследования (1977-2018 гг.), проведённые на чернозёмах обыкновенных Ростовской области, позволили установить интенсивность развития эрозионных процессов на каждой из агроландшафтных полос в зависимости от вида сельскохозяйственных угодий (см. таблицу 1). Наиболее эрозионным видом сельскохозяйственных угодий, как и следовало ожидать, является пашня. Величина стока талых и ливневых вод пропорционально увеличивалась по мере падения крутизны склона от первой агроландшафтной полосы до третьей. Различия в объёме стока, прежде всего, связаны с наложением на сток, образующегося на конкретной агроландшафтной полосе, части стока, поступающего с вышерасположенной полосы.

 

Таблица 1 – Интенсивность эрозионных процессов

Наиболее заметные различия в объёмах смытой почвы, которые увеличились на третьей агроландшафтной полосе в 4,8 раза по отношению к первой. Это связано как с увеличением крутизны склона, так и более высокой скоростью водных потоков, увеличением их размывающей способности. Отсутствие пашни на четвёртой агроландшафтной полосе вполне объяснимо, т.к. здесь практически отсутствуют пахотнопригодные участки. Вместе с тем, наблюдения показали, что даже кратковременная вспашка отдельных участков балочных склонов под коренное залужение может сопровождаться катастрофическими потерями почвы (до 60-70 т/га) при выпадении ливневых дождей или в период снеготаяния. Не случайно, в технологической карте по коренному залужению предусматривается посев промежуточной культуры до залужения участка травосмесями.

Сток очень слабой и слабой интенсивности может образовываться под пологом лесных полос (возраста 10-15 лет) во время снеготаяния и его небольшое обозначение наблюдается при выпадении ливневых дождей. Адекватно величине стока формируется и смыв почвы под пологом деревьев.

Пастбище, как сельскохозяйственное угодье, частично представлено на третьей агроландшафтной полосе и, в основном, на четвёртой. Подверженность его эрозионным процессам зависит от степени сбитости. Чем выше степень деградации пастбища, тем больше величина стока талых и дождевых вод, интенсивней смыв почвы.

К категории сенокосов мы условно отнесли на 1, 2 и 3 агроландшафтных полосах поля, занятые многолетними травами. В данном случае они относятся к уплотнённой пашне, которая способствует усилению стока талых вод, но наличие мощно развитой корневой системы растений препятствует смыву и размыву почвы. Наличие сенокосов на четвёртой полосе связано с естественной растительностью, которая при правильном использовании может давать до 2,0-2,5 т/га сена. Потери почвы от эрозионных процессов весьма незначительны, что безусловно связано с мощно развитой корневой системой растений.

Расчёт оптимальной структуры сельскохозяйственных угодий осуществлялся на биоэнергетической основе по методике, разработанной во ВНИИЗиЗПЭ (2005 г.) [10]. Учитывая интенсивность проявления эрозионных процессов на основных видах сельскохозяйственных угодий по агроландшафтным полосам, для каждой из них с учётом почвозащитной способности выращиваемых в зоне культур были подобраны соответствующие севообороты. Для ровного участка водораздела и первой агроландшафтной полосы зернопаропропашной, для второй – зернотравяной, для третьей – почвозащитный.

На каждой из агроландшафтных полос так же проектируется система почвозащитных мероприятий, обеспечивающая снижение эрозионных процессов до контролируемых величин. Чаще всего это задержание поверхностного стока 10% степени обеспеченности [5], [6], [7].

Как показали результаты расчётов, для ровного участка водораздела, обладающего лучшими (неэродированными) почвами, количество пашни может составлять 85-92 %. Облесённость пашни (полезащитные лесные полосы), для наиболее эффективной защиты почв от дефляции, должна составлять 6-8 %. В основу у почвозащитных технологий положена безплужная обработка почвы от нулевой до глубокой чизельной, прерываемая один раз в 3-4 года отвальной вспашкой. Обязательной культурой в системе зернопаропропашного севооборота должны быть многолетние травы (выводное поле), которое занесено в графу сенокосы и пастбища (см. таблицу 2).

 

Таблица 2 – Оптимизация сельскохозяйственных угодий по агроландшафтным полосам, %

Агроландшафтная полоса	Пашня	Лесные насаждения	Сенокосы и пастбища	Водное зеркало
Ровный участок водораздела	85-92	6-8	5	-
1-я агроландшафтная полоса	76-80	8-10	5-10	-
2-я агроландшафтная полоса	52-60	10-12	15-20	-
3-я агроландшафтная полоса	45-52	13-18	20-30	-
4-я агроландшафтная полоса	5-7	40-60	20-30	3-4

 

Для первой агроландшафтной полосы площадь пашни уменьшается до 76-80%, но при этом увеличиваются облесённость (полезащитные и стокорегулирующие лесные полосы) пашни и доля многолетних трав в севообороте. В качестве почвозащитных технологий здесь планируется полосное размещение сельскохозяйственных культур и агрофонов, специальные агротехнические приёмы (лункование, щелевание, бороздование и др.) черезполосно.

На второй агроландшафтной полосе площадь пашни уменьшается до 60 %, облесённость увеличивается до 12 %. В местах пересечения стокорегулирующих лесных полос ложбинами создаются простейшие гидротехнические сооружения в виде валов и канав. Из агротехнических приёмов рекомендуется полосное размещение культур и агрофонов. На каждой полосе необходимо осуществлять специальные агротехнические приёмы (лункование, щелевание, бороздование и др.).

Третья агроландшафтная полоса характеризуется повышенной эрозионной опасностью. Здесь площадь пашни снижается до 45-52 %. В системе лесных полос присутствуют стокорегулирующие и прибалочные лесные полосы, усиленные валами-канавами. Облесённость пашни должна составлять 13-18 %. Из почвозащитных мероприятий планируется полосное размещение культур и агрофонов, но с таким расчётом, чтобы к прибалочной лесной полосе примыкала полоса из многолетних трав. В качестве специальных агротехнологий рекомендуется щелевание, кротование, почвоуглубление, глубокая полосная обработка, т.е. те приёмы, которые улучшают водопроницаемость почвы. Доля многолетних трав увеличивается до 20-30 %.

Конечным звеном водосбора является гидрографическая сеть: берега, склоны и дно оврагов и балок. Пашня здесь может быть как исключение не более 5-7%. Основными сельскохозяйственными угодьями являются лесные насаждения в виде полосных и сплошных посадок на площади до 40-60 %.

До 30 % должны занимать сенокосы и пастбища. В отличие от других агроландшафтных полос на балках проектируются пруды. Их площадь зависит от объёма местного стока, площади водосбора и других параметров и может составлять до 3-5 % от площади агроландшафтной полосы.

Большое значение на овражно-балочных землях придаётся таким почвозащитным мероприятиям как простейшие гидротехнические сооружения (запруды, валы, быстротоки, террасы и др.). Из специальных агротехнических приёмов здесь следует применять щелевание и кротование сенокосов и пастбищ.

Расчёт соотношения сельскохозяйственных угодий на овражно-балочном водосборе в зоне интенсивного проявления эрозии показал следующие итоговые цифры: под пашней должно быть занято 71-73 % территории водосбора, лесными насаждениями 11-12 %, сенокосами и пастбищами 14-15 % и водным зеркалом 2-3 %.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. Лопырев М.И. Экологизация земледелия на ландшафтной основе / Лопырев М.И. – Воронеж, 2004. – 128 с.
2. Системы земледелия нового поколения Ставропольского края / В.В. Кулинцев, Е.И. Годунова, Л.И. Желнакова, и др.; Гос. Науч. Учреждение Ставропол. НИИ сельского хоз-ва. – Ставрополь: АГРЧС. 2013 – 520 с.
3. Ивонин В.М. Эрозиоведение: учебник для вузов по спец / Ивонин В.М., Тертерьян А.В. // «Лесное хозяйство» бакалавров – Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2014. – 215 с.
4. Гаршинев Е.А. Эрозионно-гидрологический процесс и лесомелиорация: Теория и модели / Гаршинев Е.А. – Волгоград: ВНИИАЛМИ, 1999. – 196 с.
5. Условия формирования поверхностного стока. Прогноз причиняемого ущерба. Компенсационные мелиоративные мероприятия: монография / В.Н. Щедрин, Г.Т. Балакай, Е.В. Полуэктов, [и др.]. – Новочеркасск: РосНИИПМ, 2016. – 460 с.
6. Полуэктов Е.В. Противоэрозионные мелиорации земель: монография / Полуэктов Е.В. - Новочеркасск: Лик, 2011. – 250 с.
7. Полуэктов Е.В. Оптимизация соотношения сельскохозяйственных угодий в агроланшафтах; монография / Полуэктов Е.В., Петрова И.А. - Новочеркасск: Лик, 2017. – 184 с.
8. Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия / Рос. акад. с.-х. наук Всерос. НИИ земледелия и защиты почв от эрозии: [А.Н. Каштанов и др.]. – Курск: ЧуДо, 2001. – 259 с.
9. Кулик К.Н. Роль, место и перспективы агролесомелиорации в адаптивно-ландшафтном земледелии/ Кулик К.Н., Барабанов А.Т. // Земледелие в XXI веке. Проблемы и пути их решения: Материалы науч.- практич. конф. к 30 – летию ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, (Курск, 25-27 окт. 2000 г.). – Курск, 2001. – С. 16-28.
10. Методика определения оптимального соотношения земельных угодий для агроландшафтов лесостепи ЦЧЗ на биоэнергетической основе. – Курск, 2005. – 39 с.
11. О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2015 г.: Экологический вестник Дона / [под общ. ред. В.Н. Василенко и др.]; Правительство Ростовской области, Министерство природных ресурсов и экологии Ростовской области. - Ростов н/Д., 2016. – 369 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Lopyrev M.I. Ekologizatsiya zemledeliya na landshaftnoy osnove [Greening of agriculture on landscape basis] / Lopyrev M.I. – Voronezh, 2004. – 128 p. [in Russian]
2. Sistemy zemledeliya novogo pokoleniya Stavropol'skogo kraya [Agriculture systems of new generation of the Stavropol Territory] / V.V. Kulintsev, E.I. Godunova, L.I. Zhelnakov, et al; Gos. Scientific Institution Stavropol. Research institute of rural households. – Stavropol: AGRC. 2013 – 520 p. [in Russian]
3. Ivonin V. M. Eroziovedeniye: uchebnik dlya vuzov po spets. «Lesnoye khozyaystvo» bakalavrov [Erosiology: a textbook for universities on special. “Forestry” of bachelors – Rostov-on-Don] / Ivonin V. M., Terteryan A. V. // Publishing House SKNTs VS SFU, 2014. – 215 p. [in Russian]
4. Garshinev E.A. Erozionno-gidrologicheskiy protsess i lesomelioratsiya: Teoriya i modeli. [Erosion-hydrological process and forest reclamation: Theory and models] / Garshinev E.A. – Volgograd: VNIIALMI, 1999. – 96 p. [in Russian]
5. Usloviya formirovaniya poverkhnostnogo stoka. Prognoz prichinyayemogo ushcherba. Kompensatsionnyye meliorativnyye meropriyatiya: monografiya [Conditions for formation of surface runoff. Forecast of damage. Compensatory land reclamation measures: monograph] / V.N. Shchedrin, G.T. Balakai, E.V. Poluektov, et al.. – Novocherkassk: RosNIIIPM, 2016. – 460 p. [in Russian]
6. Poluektov E.V. Protivoerozionnyye melioratsii zemel': monografiya [Anti-erosion land reclamation: monograph] / Poluektov E.V. – Novocherkassk: Lik, 2011. – 250 p. [in Russian]
7. Poluektov E.V. Optimizatsiya sootnosheniya sel'skokhozyaystvenykh ugodiy v agrolan-shaftakh; monografiya [Optimization of ratio of agricultural land in agrolandshaft; monograph] / Poluektov E.V., Petrova I.A. – Novocherkassk: Lik, 2017. – 184 p. [in Russian]
8. Metodicheskoye posobiye i normativnyye materialy dlya razrabotki adaptivno-landshaftnykh sistem zemledeliya [Toolkit and regulatory materials for development of adaptive-landscape farming systems] / Ros. Acad. of Agr. sciences. Research Institute of Agriculture and Soil Protection from Erosion: [A.N. Kashtanov et al.]. – Kursk: ChuDo, 2001. – 259 p. [in Russian]
9. Kulik K.N. Rol', mesto i perspektivy agrolesomelioratsii v adaptivnolandshaftnom zemledelii [Role, place and prospects of agroforestry in adaptive landscape farming] / Kulik K.N., Drum A.T. // Zemledeliye v XXI veke. Problemy i puti ikh resheniya: Materialy nauch.- praktich. konf. k 30 – letiyu VNII zemledeliya i zashchity pochv ot erozii [Agriculture in the XXI century. Problems and solutions: Materials scientific-practical conf. to the 30th anniversary of the All-Russian Research Institute of Agriculture and Soil Protection from Erosion], (Kursk, October 25-27, 2000). – Kursk, 2001. – P. 16-28. [in Russian]
10. Metodika opredeleniya optimal'nogo sootnosheniya zemel'nykh ugodiy dlya agrolandshaftov lesostepi TSCHZ na bioenergeticheskoy osnove [Methodology for determining optimal ratio of land for agrolandscapes of the forest-steppe of the Central Reserves Center on a bioenergy basis]. – Kursk, 2005. – 39 p. [in Russian]
11. O sostoyanii okruzhayushchey sredy i prirodnykh resursov Rostovskoy oblasti v 2015 g.: Ekologiche-skiy vestnik Dona [On state of environment and natural resources of Rostov region in 2015: Ecological Bulletin of the Don] / [Ed. by V.N. Vasilenko et al.; Government of the Rostov Region, Ministry of Natural Resources and Ecology of the Rostov Region. – Rostov-on-Don, 2016. – 369 p. [in Russian]