Влияние зяблевой обработки светло-каштановых почв на сток, эрозию и урожаи

Изложены результаты наблюдений над стоком талых вод с зяби при различной обработке светло-каштановых эродированных почв разного механического состава, выявлены более высокая эффективность в сокращении стока при вспашке на 27—30 м, по сравнению с обычной (20—22 см). Создание микрорельефа по обычной зяби не дала положительных результатов, а на заборонованной зяби сократила сток. На песчаных и супесчаных почвах сток с зяби больше, чем на суглинистых.
Рациональное использование талых вод и предотвращение эрозии почв на склонах являются характерной чертой высокой культуры земледелия. При правильном применении мер по задержанию и регулированию стока, органически увязанных с зональными системами земледелия, надо опираться на исследования стока на различных почвах, охватывающие годы с различными гидрометеорологическими условиями. Таких исследований в нашей стране пока проведено недостаточно.
В настоящей статье приведены результаты 3-летних (1963—1965 гг.) наблюдений над стоком и смывом и некоторые данные по урожаю на светло-каштановых почвах в почвозащитном севообороте опытного хозяйства ВНИАЛМИ в Волгограде. Поля севооборота окаймлены лесными полосами с расстояниями между ними 50—90—200 м. Схема севооборота следующая: 1 поле — пар, 2 — озимые, 3—5 — многолетние травы, 6—7 — яровые. Почвы участка варьируют по механическому составу от песчаных до суглинистых, по степени смытости — от слабосмытых до сильносмытых; они характеризуются небольшим' содержанием гумуса (песчаные и супесчаные — около 0,4—0,5, легкосуглинистые — около 0,6—1,2%) и значительной плотностью: объемный вес в слое 0—50 см— около 1,56—1,57, в слое 0—100 см—1,60—1,62 и в слое 0—150 см—1,61—1,65 г/см?.
Ввиду значительной пестроты механического состава по площади и особенно по профилю почв предельная полевая влагоемкость на опытных объектах колебалась в слое 0—100 см от 147 до 205, а в слое 0— 150 см — от 250 до 375 мм.
При изучении стока применяли метод стоковых площадок размером 70—100 м 20 м. Сток учитывали при помощи водослива с углом выреза 45°. На опытных участках проводили также наблюдения за снего-отложением и снеготаянием, промерзанием, оттаиванием и влажностью почвы, за ее смывом и учитывали урожай сельскохозяйственных культур.
Водозадерживающую эффективность различных способов зяблевой обработки изучали на песчаной, супесчаной и суглинистой светло-каштановых почвах.
Остановимся на особенностях гидрометеорологических условий формирования стока талых вод в указанные выше годы. Зимний период 1962—1963 гг. характеризовался холодной погодой, которая несколько раз сменялась глубокими оттепелями с дождями; резкая смена температуры способствовала замерзанию переувлажненной почвы и формированию сильного стока.
В течение зимне-весеннего периода наблюдалось несколько паводков: в январе (7—10), феврале (17—23), марте (8—9, 14—16 и 27—30) х и в апреле (2—6).
К началу зимы 1963—1964 гг. почва была умеренно влажной (за период сентябрь — ноябрь выпало 86 мм осадков), затем дополнительно увлажнялась в декабре во время оттепелей. Во время оттепели 21 февраля прошел дождь (9 мм), в результате снег частично стаял, и почва замерзла вновь при повышенной влажности. Однако весеннее снеготаяние растянулось на длительное время (с 14.111 по 8.1У) и проходило преимущественно при пасмурной погоде с туманами и поэтому очень медленно, что способствовало хорошему просачиванию талой воды в почву.
В зимний период 1964—1965 гг. были две довольно сильные оттепели, обусловившие сход снега и оттаивание почвы на глубину до 27 см. После оттепели 1—2.Н увлажненная почва замерзла на участках зяби до глубины 52 см, на озимых — до 78 см. Создались условия для формирования значительного стока, однако к началу весеннего снеготаяния остались небольшие запасы снега, поэтому сток в целом был слабый. Из приведенных в таблице данных обращает на себя внимание прежде всего то, что в 1963 г.* сток с зяби был очень сильный. Чтобы оценить это, напомним, что довольно сильный сток наблюдался лишь в 1956 г. В условиях 1963 г. направление пахоты оказало слабое влияние на сток: поперечная пахота способствовала лишь незначительному сокращению коэффициента стока. Зато влияние глубины пахоты выявилось отчетливо: на более глубокой зяби сток был меньше на 12,0 мм, а при приведении к одинаковым запасам снеговой воды почти на 10 мм. На заборонованной зяби сформировался значительный сток уже во время январской оттепели, в то время как на обычной зяби его в это время не было. Суммарная величина стока с заборонованной зяби составила около 69 мм, что на 31 мм, а при приведении к одинаковым запасам снеговой воды на 24 мм больше, чем с не боронованной зяби. Из специальных приемов поверхностного водозадержания изучали прерывистое бороздование, лункование специальным орудием-лункователем и щелевадие. Существенной разницы в стоке между этими вариантами не обнаружено, поэтому они характеризуются в таблице совместно, средними показателями. Влияние указанных приемов на сокращение стока с заборонованной зяби выражается величиной около 7,5 мм. Это объясняется тем, что поделка микрорельефа сопровождается уплотнением почвы и уменьшением в ней некапиллярной скважности, что значительно сокращает ее впитывающую способность в мерзлом состоянии.
Очень важным результатом исследований 1963 г. является установление факта, что сток талых вод с зяби на суглинистых почвах, при прочих равных условиях, значительно меньше, чем на легких песчаных и супесчаных, что согласуется и с визуальными наблюдениями прошлых лет. Уменьшение выражается величиной 9,2 мм, а при пересчете на одинаковые водозапасы—13,2 мм. Причина такого явления заключается в том. что в суглинистой почве более устойчиво сохраняется некапиллярная скважность, созданная осенней вспашкой, в то время как на легких почвах она быстро разрушается вследствие непрочности комков и преобразуется в капиллярную. А это ведет при замерзании почвы к частичной закупорке льдом водопроводящих пор, усиливающейся после каждой оттепели, и в конечном счете к большему сокращению инфильтрационной способности песчаной и супесчаной почвы по сравнению с суглинистой.
Отметим, что, несмотря на значительную пестроту механического состава почвы в пределах относительно однородных участков, точность определения стока вполне удовлетворительная. Так, в опыте, проведенном в 6-кратной повторности в очень сложных гидрометеорологических условиях 1962—1963 гг., коэффициент стока на заборонованной в два следа зяби (почва песчаная и супесчаная) равнялся 0,498±0,015 при /? = 3,8%. В последующие годы стоковые площадки закладывались преимущественно в 2-кратной повторности.
Сток с зяби в 1964 г. также варьировал в зависимости от характера обработки и механического состава почвы. На песчаной и супесчаной почвах он наблюдался на всех вариантах обработки, причем наименьший (1,5 мм) был более глубокой вспашке (27—30 см). Направление вспашки здесь существенно не повлияло на величину стока. При нормальной глубине вспашки (20—22 см) вдоль склона сток был больший—6,5 мм при коэффициенте стока 0,114. Боронование в два следа глубокой зяби обусловило формирование стока в 9,4 мм при коэффициенте стока 0,196. Прерывистое бороздование заборонованной зяби через 2,5—3 м сократило величину стока на 7,2 мм (близко к величине на не-заборонованной зяби). Обращает на себя внимание то обстоятельство, что величина сокращения стока во много раз меньше емкости .борозд, которая, согласно проведенным замерам, составляла около 80 мм. Это связано, с одной стороны, с уплотнением почвы гусеницами трактора (при нарезке борозд) и уменьшением инфильтрационной способности почвы как в следах 1усениц, так и в бороздах, а с другой — взаимозависимостью микрорельефа, приводящей к тому, что размыв валика в одном месте, вследствие его неустойчивости или переполнения водой, влечет за собою размыв других звеньев и спуск значительной части талой воды. Получается, что реальная рабочая емкость борозд недостаточно компенсирует потерю на впитывании, и положительный баланс водо-задержания в конечном счете остается небольшой.
На суглинистой почве, вспаханной на 27—30 см, стока в 1964 г. независимо от направления пахоты не было или же он был очень незначительный (0,3—0,4 мм). На такой же зяби с прерывистым бороздованием сток составил 1,5 мм, т. е. был больше, чем на рядом расположенных площадках без бороздования.
На легкосуглинистой почве сток с заборонованной зяби был несколько больше, чем на песчаной и супесчаной, что обусловливается главным образом большим запасом здесь снеговой воды, а также сильной распыленностью легкосуглинистой почвы. Значительное повышение стока с заборонованной зяби, по сравнению с нормальной, связано не с выравниванием поверхности, сглаживающим микрорельеф, как это может показаться на первый взгляд, а главным образом с разрушением некапиллярной скважности и уплотнением верхнего слоя почвы, что ведет к закупорке льдом водопроводящих пор и уменьшению инфильтрационной способности почвы в мерзлом состоянии. На многолетних травах сток, как обычно, был намного больше, чем на зяби.
В 1965 г. весенний сток с зяби на среднесуглинистой почве, вспаханной на глубину 25—27 см, был незначительный — всего 4,2 мм при коэффициенте стока 0,136. Прерывистое бороздование зяби повысило его до 11,3 мм, в то же время, в связи с увеличением здесь запасов снеговой воды, в почву ее просочилось несколько больше.
На заборонованной зяби, несмотря на небольшие влагозапасы в снеге, сформировался значительный сток (10,7 мм). Прерывистое бороздование заборонованной зяби несколько повысило его (в связи с увеличением снегозапасов), но уменьшило коэффициент стока. Таким образом, на заборонованной зяби бороздование сыграло положительную роль, а на обычной — отрицательную.
На озимых наблюдался наибольший сток — около 26 мм при очень высоком коэффициенте (0,659), на многолетних травах он был несколько меньше, чем на озимых.
Гидрометеорологические условия формирования стока на каштановых почвах определяют его размеры и различное соотношение по годам коэффициента стока на разных сельскохозяйственных угодьях. В маловодные годы величина и коэффициент стока с зяблевой пахоты бывают незначительные, а в многоводные они приближаются к таким же показателям с уплотненной пашни (озимые, многолетние травы, стерня). Так, в исключительно многоводном 1963 г. коэффициент стока с зяби (при глубине вспашки 27—30 см) был меньше коэффициента с люцерно-житняковой травосмеси в 1,3 раза, а в маловодном 1964 г.— в 81 раз; в 1965 г. указанное соотношение коэффициентов стока равно 4. В зависимости от способа обработки почвы изменяется характер и величина ее смыва (таблица).
В 1964 г. “смыв был относительно небольшой, в 1965 г.— довольно сильный. На обычной зяби он составлял 4 мъ/га, на заборонованной — в среднем около 12,1 м/га прерывистое бороздование в некоторых случаях способствовало уменьшению смыва, в других же увеличило его, что следует отнести за счет несовершенства метода учета (метод водороин). Этот метод способствует сильному завышению смыва, особенно при малых его величинах, о чем свидетельствует очень большая величина средней (расчетной) мутности стока \ варьирующая на зяби от 33 до 182 г/л.
При анализе данных о влажности обнаружилось, что на склонах с неоднородным механическим составом почв и материнских пород влажность и запасы влаги сильно колеблются и, как правило, не согласуются как между собой, так и с величинами просачивания, установленными балансовым методом (на стоковых площадках). Так, например, в 1964 г. превышение весенних запасов влаги над осенними в пяти соседних точках (в каждой определяли в 3-кратной повторности), находящихся на одинаковом агрофоне (заборонованная зябь) на расстояниях 15—30 м одна от другой, колебалось в следующих пределах: в слое 0—50 см — от 5,4 до 32,4 мм, в слое 0—100 см — от 17,3 до 57,6 мм, в слое 0—150 см — в 3 точках была прибавка влаги от 10,5 до 38,9 мм, а в 2 — дефицит, 17,6 и 49,3 мм. Подобное распределение в запасах влаги наблюдается каждый год.
При таком варьировании запасов влаги на площадке с одинаковым агрофоном трудно при помощи метода влажности дать правильную оценку увлажнительного и противоэрозионного значения того или иного агротехнического приема. Тем более невозможно по разнице в запасах влаги судить о стоке, как это иногда делают. Надо непосредственно изучить сток по методу стоковых площадок, привлекая и материалы влажности, которые должны играть подсобную роль.
Определенное косвенное влияние оказывают способы обработки почвы на урожайность сельскохозяйственных культур.
В 1964 благоприятном году урожай ячменя (сорт «Южный») на легко- и среднесуглинистой почве при различных вариантах зяблевой обработки был высокий: он колебался, в зависимости от механического состава почвы, от 13,9 на заборонованной зяби до 17,8 ц/га на обычной.
Незначительный весенний сток и условия влажной весны (за период апрель — май выпало 103 мм осадков) привели к выравниванию запасов влаги в почве на всех вариантах обработки, поэтому зависимость урожая от характера обработки почвы не выявилась; его колебания связаны с различным плодородием почвы. Внесение аммиачной селитры (N45) и суперфосфата (Рзо) под предпосевную культивацию повысило урожай ячменя на 8,4—15,8 ц/га. Высокая прибавка от внесения минеральных удобрений объясняется, с одной стороны, бедностью почв питательными веществами, а с другой — наличием достаточного количества влаги в почве.
Почвенный покров в 4-м поле, где проводили опыт в 1965 г., отличается большей однородностью. Урожай ячменя по обычной зяби, вспаханной поперек склона на глубину 25—27 см, равнялся 9,1 ц/га, по такой же зяби с прерывистым бороздованием—8,3 ц/га, по заборонованной в 2 следа зяби—8,3 ц/га и по заборонованной зяби с прерывистым бороздованием —7,8 ц/га.
Уменьшение урожая на площадке с заборонованной зябью по сравнению с обычной можно объяснить меньшим снегонакоплением на ней и повышенным стоком. Бороздование нормальной и заборонованной зяби несколько уменьшило урожай, что, по-видимому, связано с худшей предпосевной обработкой почвы на площадках с бороздованием.
В 1965, сильно засушливом году урожай был низкий, особенно на эродированных почвах, однако внесение минеральных удобрений под предпосевную культивацию повысило его до 12,8— 15,6 ц/га\ прибавка от внесения азота и фосфора составила 4,1—7,3 ц/га,. а от одного азота—3,7—4,5 ц/га. Высокая эффективность минеральных удобрений в этом году объясняется тем, что в конце мая выпало 29 мм и в I декаде июня 34 мм осадков; после этого в течение лета осадки не выпадали. Урожай озимой пшеницы «Лютесценс-230», посеянной по черному пару, был намного выше, чем ярового ячменя: он составил в 1-м поле около 24 ц/га. Осенью под предпосевную культивацию здесь внесли в почву 2 ц/га суперфосфата и 1 ц/га калийной соли, а весной—1,5 ц/га аммиачной селитры в виде подкормки.

Выводы
1. 1963 г. был исключительно многоводный; подобные годы повторяются приблизительно 1—2 раза в 10 лет. Величины стока в этом году достигали: на обычной зяби при глубине вспашки 20—22 см—49 мм (коэффициент стока 0,59), а при вспашке на глубину 27—30 см—36— 38 мм (коэффициент стока около 0,47—0,48); на зяби с боронованием в 2 следа сток составлял около 69 мм, а при поделке на ней микрорельефа— около 62 мм. Водозадерживающая эффективность пахоты поперек склона в этом году не выявилась, а микрорельеф по заборонованной зяби выявился слабо.
В 1964 и 1965 гг. сток талых вод на нормальной зяби при глубине вспашка 25—30 см отсутствовал или был очень слабый (до 4—5 мм). Боронование зяби в 2 следа увеличило его на 7—11 мм. Прерывистое бороздование обычной зяби положительной роли не сыграло, а на заборонованной зяби оно способствовало некоторому уменьшению коэффициента стока.
2. Ввиду того, что на эродированных склонах выравнивание зяби боронованием способствует значительному повышению стока талых вод и не обеспечивает гарантированной прибавки урожая, следует воздержаться от применения этого приема на склонах круче 1,5°.
3. На песчаных и супесчаных почвах, имеющих суглинистые прослойки или подстилаемых суглинками, формируется больший сток с зяби, чем на суглинистых.