Методика проведения мониторинговых наблюдений

Ежегодная программа исследований на стационарных площадках включает следующие виды наблюдения:

· Наблюдения за интенсивностью проявления эрозионных процессов в период весеннего снеготаяния и ливневых дождей. Контролируемые показатели: высота и плотность снежного покрова, эрозионный индекс осадков (максимальная интенсивность и суммарная кинетическая энергия дождя и его продолжительность).

· Оценка изменений основных свойств и режимов почвы. Контролируемые показатели: водно-физические свойства (влажность, плотность, запасы влаги, пористость, пористость аэрации), агрохимические (содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия, кислотность).

· Оценка противоэрозионной устойчивости почв. Контролируемые показатели: структорно-агрегатный состав почв (коэффициенты водоустойчивости, нестабильности, содержание водопрочных агрегатов > 0,5 мм, %), коэффициент фильтрации, отношение содержания кремнезема и полуторных оксидов, коэффициент гранулометрического состава.

· Изучение продуктивности исследуемых почв.

Влажность почвы определялась весовым методом, плотность почвы – при помощи колец Капецкого (метод «режущих колец»), структурно-агрегатный состав – по Н.И. Савинову, общая пористость и пористость аэрации – расчетными методами. Для определения агрохимических свойств отбирались смешанные образцы, анализы выполнялись по общепринятым методам. Урожай возделываемых культур учитывается путем отбора пробного снопа в 8-10 кратной повторности с последующим пересчетом на стандартную влажность. Математическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа на ПЭВМ.

Мониторинговые наблюдения за процессам водной эрозии проводились в соответствии с «Методикой ведения мониторинга земель Республики Беларусь», согласованной Государственным комитетом Республики Беларусь по экологии и утвержденной Комитетом по земельной реформе и землеустройству при Совете Министров Республики Беларусь 7 июня 1999 года [4].

Наиболее объективные данные по интенсивности водно-эрозионных процессов можно получить путем непосредственного учета твердого и жидкого стока на стационарных объектах, таких как стоковые площадки. На стационаре «Стоковые площадки» Института почвоведения и агрохимии проводятся наблюдения за процессами водной эрозии в условиях близких к естественным. Стоковая площадка представляет собой изолированный от окружающей местности прямоугольный участок склона, огражденный по контуру, за исключением нижней стороны, бортиками высотой 25-30 см и оборудованный в нижней части устройствами для учета стекающей с его поверхности воды и выносимой почвы (рис. 10).

ВР – водораздельная равнина, РП – рабочая площадка, СП1, СП2 – стоковые площадки 1 и 2, Б – бортик площадки, ВЛ – водоприемный лоток, ИП – измерительный павильон, ВК – водоотводящая канава

Рис. 10 – Схематический план стоковых площадок

Ограждение площадки предотвращает попадание на нее воды, стекающей с окружающей территории. Длинные стороны площадки располагаются строго перпендикулярно горизонталям склонов. В нижней части площадки для перехвата воды, стекающей со склона, располагается под некоторым углом к горизонталям водоприемное устройство – лоток из распиленных вдоль асбестоцементных труб с внутренним диаметром 200-250 мм. Для предохранения попадания осадков непосредственно в лоток последний прикрывается сверху козырьком.

Постоянные стоковые площадки, на которых проводились исследования, расположены на склонах южной и северной экспозиции со средней крутизной 5-6⁰. Длина площадок или длина линии стока составляет 65-90 м, ширина 12 м, общая площадь 780-1080 м².

Твердый сток с территории стоковой площадки определяли путем суммирования стока взвешенных и донных наносов. Сток донных наносов, которые оседают в водоприемном лотке и стокоприемнике учитывается весовым методом, а сток взвешенных наносов – методом фильтрации проб, отбираемых на мутность на выходе из стокоприемника.

Для учета жидкого стока или стока талых и ливневых вод в специальном павильоне, расположенном в нижней части склона, размещено измерительное оборудование. Для автоматизации учета жидкого стока используется самописец уровня воды типа «Валдай». Учет жидкого стока производится для определения потерь гумуса и элементов питания с процессами эрозии [].

При невозможности создания стоковых площадок объективную характеристику эрозии можно получить методом учета водороин. Этот метод применяется непосредственно после окончания снеготаяния или выпадения ливневых осадков. измерение ширины и глубины водороин осуществляется с помощью миллиметровых линеек с точностью до 0,02 м. Точки начала отсчета ширины и глубины водороин в конкретном створе устанавливаются по меткам максимального уровня воды в водороине. Количество промеров определяется в зависимости от ширины конкретной водороины по поправочной таблице.

Площадь поперечного сечения водороины рассчитывается по формуле 1:

ω = В*h_{ср (1),}

где В – ширина водороины, h_ср – средняя глубина водороины

Объем отдельной эрозионной водороины V(м³) находится по формуле 2:

V= (ω₁+ ω₂)*ΔL₁₂/2 + (ω₂+ ω₃)*ΔL₂₃/2 + …….+ (ω_к-1+ ω_к)*ΔL_к-1/2, (2),

где ω₁ ω₂ ω₃…… ω_к-1 ω_к – площадь водороины в сечениях 1, 2, 3 и т.д.

ΔL₁₂, ΔL_23, ΔL_к-1 – интервал измерений поперечных сечений водороины,

Смыв почвы Рп со всего объекта определяется суммированием объемов отдельных водороин, то есть:

Рп= V1+ V2+ V3+….+ Vк ,(3)

где 1, 2, 3, к - количество водороин на объекте.

Полученная по формуле величина переводится в м³/га путем деления на площадь объекта.

В связи с тем, что в реальных условиях на каждом склоне невозможно оборудовать стоковые площадки в мировой практике используются расчетные методы.

Для прогнозирования эрозии от стокообразующих дождей наиболее распространенным в аспекте практического применения и адаптированным к условиям Беларуси является эмпирико-статистическое универсальное уравнение потерь почвы Уишмейра и Смита (USLE) и его переработанный вариант (RUSLE), в котором учитывается эрозионный потенциал осадков. Эти уравнения до настоящего времени рассматриваются как мировой стандарт и применяются с различными модификациями во многих странах [6-7]. Оно имеет вид:

W _д = R·L·S·K·C · P,(4),

где W _д – потери почвы от эрозии, т/га в год; R – фактор осадков (эрозионный потенциал осадков, выраженный через показатель «эрозионный индекс осадков»); L – фактор длины склона; S – фактор уклона; К – фактор противоэрозионной стойкости почв; С – хозяйственно-агрономический фактор (использование земель); Р – фактор противоэрозионных мероприятий (приемов).

Для оценки потенциальных потерь почвы, вызываемых ливнями, подходят их среднемноголетние характеристики и, прежде всего, отображение эрозионной опасности с помощью индексов относительных или имеющих определенную размерность. Наиболее распространенным показателем, количественно оценивающим эродирующую способность дождей, является эрозионный индекс осадков (ЭИ).

Исходными данными при этом служат дожди со слоем осадков ≥10 мм (эрозионноопасные дожди) и их основные параметры – суммарная кинетическая энергия (КЭ) дождя и его максимальная интенсивность за 30-минутный непрерывный промежуток времени. Указанный временной интервал берется исходя из того, что именно такое время необходимо для добегания поверхностного стока с большей части склонов равнинных территорий к их подножию [8].

Эрозионный индекс осадков (ЭИ₃₀)является мерой объединенного воздействия факторов эрозии и интенсивности ливней. Кроме того, он определяет суммарный эффект удара капель и турбулентного потока при транспортировке частиц почвы и определяется по следующей зависимости:

ЭИ₃₀=(И₃₀·КЭ):100, (5)

где КЭ– общая кинетическая энергия; И₃₀ – максимальная 30-минутная интенсивность дождя;

100 – коэффициент пропорциональности

Расчет смыва почвы талыми водами производится по методике МГУ им. М.В. Ломоносова, модифицированной на основе многолетних данных, полученных на стационаре «Стоковые площадки» РУП «Институт почвоведения и агрохимии». В качестве исходных принимаются следующие данные: слой поверхностного склонового стока (мм), смываемость почвы, длина склона (м).

Для прогноза эрозии от склоновых вод при снеготаянии основным гидро-метеорологическим фактором является склоновый сток. Наиболее сильно эрозионные процессы в этот период проявляются на зяби [9,10]. Точность прогноза склонового стока с зяби более высокая, чем с уплотненной пашни. В связи с этим, средняя многолетняя величина весеннего склонового стока рассчитывается для зяби по следующей формуле:

W _т = В · Кс,(6)

где W _т– склоновый сток, мм; В – запас воды в снеге, мм; Кс – коэффициент стока.

Потенциальный суммарный смыв почвы складывается из смыва почвы, обусловленного ливневыми осадками и талыми водами, и в общем случае определяется по формуле:

W_ε =W _д + W _т, (7)

где W_ε .– суммарный твердый смыв, т/га; W _д – твердый смыв, обусловленный дождевыми осадками, т/га; W _т – твердый смыв, обусловленный талыми водами, т/га.

Подробная методика количественной оценки эрозии при различном сельскохозяйственного использования эрозионноопасных земель, а также примеры расчета интенсивности эрозии приведены в «Методических указаниях по прогнозированию водно-эрозионных и дефляционных процессов на обрабатываемых землях Беларуси», Минск, 2006 [11].

Для оценки интенсивности водно-эрозионных процессов при различном сельскохозяйственном использовании эродированных земель и разработки приемов экологически безопасного землепользования на эрозионноопасных землях на двух стационарах были заложены полевые опыты.

На стационаре «Стоковые площадки» исследования охвачены зернотравяной, травяно-зерновой и кормовой севообороты с различными коэффициентами защищенности со следующим чередованием культур:

Годы	Стоковая №1, 2	Стоковая №3, 4
Зернотравяной севооборот Нз=0,79	Кормовой севооборот Нз=0,93
	Люпин узколистный	Яровая пшеница
	Яровая пшеница + многолетние бобовые травы (люцерна+клевер)	Озимая рожь на з/м + промежуточные (горох + редька масличная)
	Люцерна + клевер	Люцерна + клевер
	Люцерна + клевер	Люцерна + клевер
	Озимая пшеница	Люцерна + клевер

Годы	Стоковая №5, 6	Стоковая №7	Стоковая № 8
Травяно-зерновой севооборот (Нз=0,89)	Бессменное возделывание культуры (Нз = 0,99)	Кормовой севооборот (Нз=0,93)
	Яровая пшеница	Галега восточная 16-й г.п.	Горохо-овсяная смесь
	Горохо-овсяная смесь	Галега восточная 17-й г.п.	Ячмень + люцерна + клевер
	Озимая пшеница + травы	Галега восточная 18-й г.п.	Люцерна + клевер
	Травы 1-го г.п.	Галега восточная 19-й г.п.	Люцерна + клевер
	Травы 2 -го г.п.	-	Пелюшко-овсяная смесь

На стационаре «Браслав» исследования проводятся в зернотравяном и кормовом севооборотах:

Годы	Зернотравяной севооборот Нз = 0,79	Кормовой севооборот Нз = 0,93
	Вико-овсяная смесь	Яровая пшеница
	Яровая пшеница	Горохо-овсяная смесь с подсевом люцерна + клевер
	Вико-овсяная смесь	Люцерна + клевер
	Озимая пшеница + пожнивные	Люцерна + клевер
	Горох	Люцерна + клевер

На стационарных площадках СПК «Слободская заря» и СПК «МАПЭ» Мядельского района, в этом году в производственных посевах возделывались: яровая пшеница и многолетние злаковые травы 3 г.п.

Метеорологические условия

Метеорологические условия вегетационных периодов 2006-2010 гг. по данным Минской, Шарковщинской и Нарочанской метеостанций приведены в прилож. 1. Среднемноголетнее значение ГТК для Минского района составляет 1,65, Браславскаго – 1,49, Мядельского – 1,63 (рис. 1).

Рис. 1 – Значения гидротермического коэффициента по годам исследований

По влагообеспеченности вегетационного периода 2006 и 2009 гг. в Минском районе влажные, 2007 г. – слабозасушливый, 2008 и 2010 гг. – оптимальные.

На стационаре «Межаны» оптимальными по влагообеспеченности были вегетационные периоды 2006 и 2008 гг. Для 2007 и 2010 гг. характерен небольшой недостаток влаги – эти годы слабозасушливые.

В Мядельского районе метеоусловия условия 2008 г. наиболее близки к среднемноголетним – ГТК составил 1,53. Несмотря на то, что ГТК 2010 г равен 1,37, вегетационный период 2010 г. считается оптимальным по влагообеспеченности. А 2009 г. относится к влажным.

Результаты исследований