Факторы дефляции почв

Факторы дефляции почв

– Климатические

– Топографические

– Почвенные

– Антропогенные

Климатические факторы:

– скорость ветра

– направление ветра

– атмосферные осадки

– температурный режим

Дефляция почв распространена в районах недостаточного увлажнения (где испарение влаги больше, чем выпадает осадков), высоких весенних и летних температур и низкой относительной влажности воздуха.

Особенно дефляция проявляется на территории Средней Азии, Казахстана, Западной Сибири.

В условиях Алтайского края наиболее подвержена дефляции западная часть края (>75% от площади района): Немецкий, Кулундинский, Ключевской Славгородский, Родинский, Благовещенский, Михайловский, Угловский, Волчихинский и др. р-ны.

На долю дефляционноопасных почв в крае приходится 64,1 % от площади пашни, дефлированных – около 45 % (справочный материал к научно-практич. конф., 2006 г.).

Интенсивность процессов дефляции зависит от скорости ветра.

Обычно скорость ветра в течение дня возрастает, достигает максимума к полудню, а к вечеру убывает.

Чем продолжительнее ветер, имеющий скорость больше критической, тем больше потери почвы.

Под критической понимается скорость ветра на высоте 10 см от поверхности, при которой начинается определяемое визуально передвижение песчинок.

Измеряют скорость ветра на высоте флюгера метеостанции (10 - 15 м над поверхностью) с помощью чашечных анемометров, анемографов (самописцев для измерения скорости); анеморумбографов (самописцев для измерения скорости и направления ветра).

Измерения производят каждые 3 часа.

Скорость ветра подвержена закономерным сезонным изменениям.

Наибольшие скорости ветра характерны для поздней зимы и ранней весны, когда период сильных ветров совпадает с периодом отсутствия достаточного растительного покрова на полях, что приводит к широкому распространению процессов дефляции.

Важнейшей характеристикой ветрового режима территории является направление опасных ветров.

Его определяют с помощью розы ветров, которая представляет собой диаграмму распределения числа случаев ветра по основным румбам (направлениям).

Роза ветров позволяет выявить преобладающие направления ветра, которые совпадают с наиболее опасными в отношении дефляции почв.

Повторяемость направлений ветра во время пыльных бурь, %

Атмосферные осадки:

увлажняют почву;

увеличивают межагрегатное сцепление;

повышают противодефляционную стойкость (ПДС) почв;

оказывают механическое воздействие на структуру почвы.

Увлажнение не может обеспечить защиту почвы от выдувания в течение длительного времени.

При достаточно сильном и сухом ветре ПДС в результате иссушения быстро уменьшается до величины, достаточной для возникновения дефляции.

Результаты механического воздействия осадков зависят от:

- размера капель,

- интенсивности и продолжительности дождя,

- количества циклов увлажнения-иссушения или замерзания-оттаивания,

- свойств почвы.

Большое влияние на ПДС почвы оказывает температурный режим.

Чередование положительных и отрицательных температур в течение суток сопровождается попеременным промерзанием и оттаиванием поверхности слоя почвы.

Если это явление продолжается долго, а почва при этом находится во влажном состоянии, то происходит существенное снижение ПДС.

Топографические факторы.

Рельеф оказывает сильнейшее влияние на характер изменения значений метеорологических величин и на интенсивность процессов дефляции.

В тоже время ветер часто сам выступает мощным фактором рельефообразования.

На с/х землях рельефообразующая роль ветра сводится к формированию элементов микро – и нанорельефа.

Это отложения наносов в виде кос и бугров за препятствиями – стеблями крупных травянистых растений, стволами деревьев; эрозионные валы, образовавшиеся на месте полезащитных лесополос, частично или полностью засыпанных мелкоземом.

Элементы рельефа сильно различаются между собой по величине скорости ветра.

В условиях равнинного пересеченного рельефа при одном и том же ветре в свободной атмосфере его скорость на уровне почвенной поверхности увеличивается при движении вверх по склону и уменьшается при движении вниз по склону.

Изменение скорости ветра в зависимости от рельефа определяет особенности развития дефляции и закономерности распределения дефлированных почв.

На наветренных склонах скорость ветра на уровне поверхности почвы увеличивается при движении вверх по склону.

Поэтому почвы наветренных склонов и почвы выступающих элементов рельефа сильнее страдают от ветра, чем почвы подветренных склонов.

Рис. 1. Характер дефляции на волнистом склоне

Степень дефлированности увеличивается при движении вверх по наветренному склону.

На дефляцию почв оказывают влияние форма и крутизна склона.

Сильнее всего от дефляции страдают почвы выпуклых склонов, слабее всего – почвы вогнутых склонов.

1             3      5                  7                  9       11    13    15   17 Потери почвы, т/га

а – прямой склон

b – выпуклый склон

Рис. 2. Влияние крутизны склона на потери почвы от дефляции

Чем больше крутизна склона, тем больше потери почв от дефляции.

Почвенный и антропогенный факторы

Дефляции подвержены сероземы, бурые и светло-каштановые почвы пустынь и полупустынь, каштановые почвы сухих степей и черноземы степной зоны.

Свойства почв, оказывающие влияние на процесс дефляции, можно разделить на две группы:

1)Непосредственно влияющие на ПДС – агрегатный состав, плотность агрегатов, межагрегатное сцепление.

2) Опосредованно влияющие на ПДС и интенсивность процесса дефляции – это комплекс физических, химических и физико-химических свойств, определяющие количественные характеристики свойств почв, составляющих первую группу.

Разделение свойств почв на группы позволяет проследить влияние любого свойства на процесс дефляции и на ПДС почв.

Свойства почв, составляющие I группу, претерпевают в течение года существенные изменения под действием остальных факторов дефляции.

При прочих равных условиях они определяются свойствами почв, составляющими вторую группу.

Сильнейшим из факторов дефляции является антропогенный.

В результате влияния данного фактора изменяется:

– агрегатный состав пахотного слоя в течение года;

– плотность пахотного слоя и составляющих его агрегатов, часто в неблагоприятную для почв сторону (под действием интенсивной обработки с/машинами);

– межагрегатное сцепление.

Комковатость представляет собой долю агрегатов в почве (%), имеющих размер более одного миллиметра.

Дефлируемость почв

Почвы, с повышенной комковатостью менее дефлируемы.

Гранулометрический состав (ГС) – один из главных факторов, определяющих структурное состояние почвы и ее ПДС.

Среди пахотных степных почв сильнее всего подвержены дефляции наиболее легкие и наиболее тяжелые по ГС почвы.

Легким почвам не хватает цементирующего материала (или мелкой пыли) для формирования крупных и механически прочных структурных отдельностей.

Тяжелые по ГС почвы характеризуются относительно пористой мелкокомковатой или комковато-зернистой структурой, имеющей низкую ПДС.

При прочих равных условиях наиболее устойчивыми являются почвы с содержанием ила 27% и с максимально возможным содержанием пыли.

ГС оказывает влияние и на характер развития процесса дефляции.

В ходе переноса частиц почвы ветром происходит их разрушение и истирание почвенной поверхности скачущими частицами.

Оба процесса увеличивают содержание в зоне дефляции мелких, легко перемещаемых частиц и зависят от прочности (связности) почвенных агрегатов.

Показатель связности определяется по зависимости (Шиятый, Лавровский, 1971):

S=34,7+0,9Х1-0,3Х2-0,4Х3

где S – показатель связности, %;

Х1 – содержание ила (частицы <0,001 мм), %;

Х2 – содержание гранулометрических элементов размером от 0,05 до 0,25 мм, %;

Х3 - содержание гранулометрических элементов размером от 0,25 до 3,0 мм, %.

Согласно зависимости связность почвенного комка прямо пропорциональна содержанию в нем илистой фракции и обратно пропорциональна содержанию мелкого и крупного песка.

Показатель связности используют при группировке почв по потенциальной подверженности их дефляции.

Группировка почв по потенциальной подверженности дефляции

Устойчивость к ветру почв постепенно уменьшается в ряду  от I к VI группе.

Почвы VI группы полностью выводятся из пашни под залужение.

Обработку почв остальных пяти групп рекомендовано вести противоэрозионными орудиями с сохранением пожнивных остатков на поверхности полей.

Органическое вещество почвы.

Высокое содержание специфических органических веществ обеспечивает почве высокое плодородие, но низкую ПДС.

При одинаковой обработке черноземные почвы, содержащие больше гумуса, содержат больше мелких агрегатов и более податливы дефляции, чем каштановые.

При дефляции заделка растительных остатков в почву менее эффективна, чем оставление их на поверхности.

На поверхности растения разлагаются гораздо медленнее, чем в почве и дольше служат источником пополнения почвы клеящими веществами и средством защиты от дефляции.

Богатые гумусом почвы больше подвержены дефляции еще и потому, что они менее других подвержены образованию на поверхности почвенной корки.

Образование почвенной корки приводит к увеличению ПДС и сопровождается уменьшением интенсивности сдувания почвы и сокращением объема потерь почвы от дефляции.

Химический состав почв.

От дефляции страдают почвы, богатые не только гумусом, но и карбонатами, особенно почвы тяжелого и среднего ГС.

Количество почвы, сносимой ветром, увеличивается с увеличением содержания карбонатов в почве.

Присутствие натрия в ППК способствует образованию глыбистой структуры, корки на поверхности почвы, увеличению устойчивости почв к сдуванию.

Вода в почве.

Заполнение агрегатов почв водой приводит к увеличению их веса, а так же критической скорости ветра.

По мере увлажнения почвы на поверхности почвенных частиц образуются водяные пленки, смыкание которых на контактах между частицами приводит к возникновению межагрегатного сцепления. Появление сил межагрегатного сцепления приводит к увеличению ПДС и уменьшению интенсивности дефляции.

4.Растительность:

Оказывает влияние как на свойства почв, так и на свойства воздушного потока.

Следует разграничивать:

– влияние собственно растений на дефляцию – оно весьма многообразно, но в большинстве случаев положительно;

–влияние технологии возделывания различных с/х культур – зачастую является отрицательным и анализируется в ряду антропогенных факторов дефляции почв.

При взаимодействии с растением изменяется структура воздушного потока:

– увеличивается интенсивность турбулентности (от лат. turbulentus – бурный, беспорядочный);

– уменьшается средняя скорость потока.

Слой, в котором увеличивается интенсивность турбулентности, называется турбулентным следом (ТС).

ТС, образующийся за группой растений, выполняет роль буфера и ведет к ослаблению турбулентного обмена между выше- и нижележащими слоями воздуха. Степень изменения воздушного потока зависит от скорости набегающего потока и от структуры и плотности растительного покрова. Чем больше высота растительного покрова, тем больше расстояние, на котором проявляется его воздействие на воздушный поток. Вокруг одиночного растения, обтекаемого воздушным потоком, образуется зона, в которой скорость ветра снижена по сравнению со скоростью в набегающем потоке.

Если растения расположить так, что их защитные зоны займут всю поверхность поля, оно будет полностью защищено от выдувания.

Увеличение скорости ветра приводит к уменьшению зоны, защищаемой отдельным растением. Поэтому может быть достигнута такая скорость, при которой, несмотря на наличие растения, начнется перенос почвы ветром.

Эта скорость будет критической для данного агробиоценоза.

С увеличением суммарной поверхности, покрывающей поле растительности или пожнивных остатков, при условии неизменности свойств почв, будет увеличиваться критическая для почвы скорость ветра.

С этой целью рекомендуют создание достаточной плотности растительного покрова, которое достигается:

– мульчированием поверхности пожнивными остатками с осени;

– посевом промежуточных культур;

– расположением посевов разных культур чередующимися полосами;

– устройством кулис и полезащитных лесных полос.

Наиболее прочный и плотный покров создают злаки и бобовые растения.

Влияние растительных остатков на эрозию легкого суглинка при равномерной скорости ветра