Оценка потенциального смыва почв от стока дождевых осадков

Цель занятия: научиться давать оценку потенциального смыва почв от стока дождевых осадков.

Порядок выполнения работы:

- определить эрозионный потенциал дождевых осадков;

- определить смываемость почв;

- измерить эрозионный потенциал рельефа;

- рассчитать почвозащитный коэффициент растительного покрова и агротехники.

Материалы и оборудование: данные физико-химических свойств почв, номограмма смываемости почв, топографическая карта масштаба 1: 10 000 или 1: 25 000, почвенная карта масштаба 1: 10 000 или 1: 25 000,  карта суточных слоев осадков за теплый период (масштаб 1: 500 000).

Эрозия вызывается поверхностным стоком временных водных потоков, поэтому важнейшими климатическими факторами, определяющими эрозионную опасность земель является характер выпадения дождевых осадков.

Оценка потенциального смыва почв  от стока дождевых осадков проводится по следующей  зависимости:

,где

С – модуль смыва от стока дождевых вод, т/га за год;

Д – эрозионный потенциал дождевых осадков;

П – смываемость почв, т/га;

Р – эрозионный потенциал рельефа;

Кд – почвозащитный коэффициент растительного покрова и агротехники.

Эрозионный потенциал дождевых осадков (Д) – сумма произведений кинетической энергии дождей на их максимальную 30 – минутную интенсивность.

Для характеристики опасности эрозии в зависимости от слоя выпадающих за месяц осадков вычисляют плювиографический коэффициент (коэффициент среднесуточного выпадения осадков), который отражает отношение среднесуточных осадков  данного месяца к среднесуточным осадкам года. На преобладающей части территории Алтайского края  эрозионный потенциал дождевых осадков равен 3-5 единицам.

 Эрозия почв от дождевых осадков в большинстве случаев наблюдается при ливнях. Ливнями называют дожди большой интенсивности. Для определения интенсивности дождей используют таблицу Э.Ю. Берга (табл.1).

Таблица 1. Условные нормы ливней (по Э.Ю. Бергу)

Чем продолжительнее ливень, тем ниже средняя за период дождя интенсивность выпадения осадков.

Объем ливневого стока рассчитывается по формуле:

Vл.с. =1000·K·F, где

Vл.с. – объем ливневого стока, м3;

K – слой дождевого стока, мм;

F – площадь водосбора, км2.

Смываемость почв (П) – количество почвы, смываемой с эталонного участка черного пара при выпадении дождя с эрозионным потенциалом, равным единицы, величина, обратная противоэрозионной стойкости.

Смываемость зависит от сопротивления почвы размыву склоновыми потоками, способности ее структуры противостоять разрушающему воздействию капель дождя, от водопроницаемости, влажности почвы, степени ее уплотнения, температурного режима, обработки почвы, состава культур.

Смываемость почвы без учета фактора агротехники  и свойств, подверженных сезонным изменениям, определяется количеством гумуса, содержанием песка (0,1-1,0 мм), а также пыли и мелкого песка (0,1-0,001 мм) по номограмме (рис.1). Так как фракция 0,1-0,05 мм (мелкий песок) по методике А.Н. Качинского отдельно не определяется, то ее выделяют из фракции 0,25-0,05 мм.

Доля участия 0,1-0,05 мм во фракции 0,25-0,05 мм составляет в легких почвах 50%, в средних – 60%, в тяжелых на моренных суглинках – 80%, в тяжелых почвах на лессовидных суглинках – 95% (согласно рекомендациям Проблемной лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ).

Порядок определения смываемости. Пусть в пахотном слое почвы  на моренном суглинке содержится 2,3% гумуса, она имеет следующий гранулометрический состав:

 Смываемость по номограмме (рис.1) определяют следующим образом. Находим процентное содержание частиц от 0,1 до 0,001 мм. Частицы размером 0,1-0,05 мм в данном случае составляют 80 % фракции 0,25-0,05 мм, т.е. 7,1·0,8=5,7%. Следовательно, сумма частиц от 0,1 до 0,001 мм составляет:5,7+30,4+24,1+5,3=65,5%.

Находим процентное содержание частиц крупнее 0,1 мм. К ним относится 20% (100-80) фракции 0,25-0,05 мм, то есть 7,1·0,2=1,4, и частицы крупнее 0,25мм (1,4+3,6=5,0). Затем по номограмме находим смываемость: П=2,25 т/га.

Оценка эрозионного потенциала рельефа (Р) складывается из морфологического и геоморфологического районирования территории, отбора крупномасштабных карт (М 1:25 000 или 1:10 000), морфометрических изменений и их обработки. На картах измеряют длину и крутизну склонов – основных параметров, определяющих эрозионный потенциал рельефа, представляющего собой произведение длины склона в степени от 0,3 до 0,5 на уклон в степени 1,4-1,5:

, где

L – длина склона, км

I – уклон.

Под длиной склона L понимается расстояние от водораздела до бровки элемента гидрографической сети по линии наибольшего уклона. Длина склонов сильно зависит от степени расчлененности территории, которую характеризуют коэффициентом расчлененности К. 

Коэффициент расчлененности территории равен отношению длины долинной и балочной сети (l) в километрах на какой-либо территории к ее площади S  в квадратных километрах.

; где

l  - длина долинной и балочной сети, км;

S – площадь долинной и балочной сети, км2.

Длина склона (L) тесно связана с коэффициентом расчлененности территории (К):

,

чем больше степень расчлененности территории, тем короче склоны.

По классификации М.Н. Заславского  (1987) склоны разделяются на:

 Под уклоном местности I понимают величину отношения разности высот двух точек на линии наибольшего падения склона (∆h) к горизонтальной проекции расстояния между ними (b):

, где

h – превышение одной точки над другой;

b - горизонтальное проложение;

α – угол между линией, проходящей через эти две точки, и горизонтальной плоскостью.

Уклон измеряется в наиболее крутой части склона между двумя соседними или несколькими сближенными горизонталями.

Существует классификация склонов по крутизне, предложенная  И.Д. Брауде (1959) (табл. 2).

Таблица 2. Классификация склонов по крутизне, (Брауде, 1959)

Измерение эрозионного потенциала рельефа (Р). На топографической карте отдельно на пашне и кормовых угодьях намечают точки, равноудаленные одна от другой. Число (плотность) точек на листе должно быть таким, чтобы в целом по геоморфологическому (морфологическому) району набралось 400-600 измерений. После морфометрических измерений распределяют значения эрозионного потенциала рельефа по классам с шагом 0,25 - для пашни и 1,0 – для естественных кормовых угодий. Затем устанавливают достоверность различий между смежными морфологическими районами по величине эрозионного потенциала рельефа по критерию Колмагорова (Плохинский, 1961). Если величина критерия ≥ 1,36, то районы достоверно различаются по эрозионному потенциалу рельефа, если <1,36 – то различаются недостоверно.

Процентное распределение площади земель (пашни, естественных кормовых угодий) по классам эрозионного потенциала рельефа определяется по формуле:

, где

ni – число измерений , пришедшееся на i -й класс;

N – общее число измерений.

Почвозащитный коэффициент растительного покрова и агротехники (Кд) должен учитывать динамику растительного покрова, состояние пашни и внутригодовое распределение эрозионного потенциала осадков. Расчет почвозащитного коэффициента Кд можно проводить отдельно для каждой культуры и по группам культур с близкими почвозащитными свойствами (приложение 1).

Коэффициент представляет собой отношение смыва с поля, занятого полевой культурой, относящейся к определенной группе, к смыву с бессменного пара при прочих равных условиях. Все полевые культуры по этому показателю делятся на следующие группы:

1) озимые;

 2) яровые густопокровные;

3) высокостебельные пропашные (кукуруза, подсолнечник, хлопчатник); 

4) низкорослые пропашные (сахарная свекла, корневые корнеплоды, овощные, картофель);

5) многолетние травы.

Отдельно учитывается площадь паров.

Эти группы, в свою очередь, делятся на подгруппы по способу обработки почв и агротехнике:

 а) отвальная;

б) плоскорезная;

в) индустриальная технология.

Почвозащитная роль различных культур в разные фазы развития различна. Чем больше зеленая масса растений, полнее проективное покрытие, лучше развита корневая система в период выпадения ливней, тем надежнее защита почв от эрозии.

Чтобы определить почвозащитную способность состава возделываемых культур нужно вычислить средневзвешенное значение проективного покрытия в период выпадения наиболее эрозионноопасных дождей:

 где

Рс.вз. – средневзвешенное проективное покрытие почвы культурами, входящими в севообороты;

Р1, Р2, Р3 – проективное покрытие почвы данной культурой в эрозионноопасный период, %;

S1, S2, S3 –  площадь, занимаемая данной культурой, % от общей площади севооборота.

Можно определять средневзвешенное проективное покрытие почвы культурами по декадам или месяцам вегетационного периода.