 |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 УДК 63:712.2 Культурный сельскохозяйственный ландшафт, вопросы прогнозирования и преодоления экстремальных погодных явлений
Шаргородская А.Н., магистрант, Суровцева А.Н.,магистрант Научные руководители: Щеголев М.С., старший преподаватель, Щеголева Л.Г., старший преподаватель Луганский национальный аграрный университет
Рассмотрены некоторые оценки почвоводоохранной роли некоторых мероприятий и их комплексов
Современный этап использования земельных ресурсов поставил комплексную задачу создания культурных сельскохозяйственных ландшафтов, в которых оптимально сочетались экологические проблемы охраны окружающей среды, восстановление деградированных почв, защита их от водной и ветровой эрозии, а также предупреждение и преодоление отрицательного влияния на продуктивность растений суховеев и засух. Одно перечисление научной литературы по каждой проблеме заняло бы не одну сотню страниц, но только отдельные работы посвящены в той или иной мере комплексному (системному) подходу к решению этой задачи. В данной работе освещаются некоторые оценки почвоводоохранной роли некоторых мероприятий и их комплексов. Устойчивость и экологическая сбалансированность обусловлена спецификой хозяйственной деятельности и её корректностью к особенностям климата и погоды. Выражается это влияние такими интегральными показателями как качественное состояние почвенного покрова, водных бассейнов, урожайность сельскохозяйственных культур и др. Специальный системный анализ материалов по урожайности сельскохозяйственных культур в разных регионах Украины (данные более чем за 100 лет) показал, что на долю погодных факторов в Степи приходится 55, Лесостепи 50 и Полесье 36%, причём наибольшие колебания урожайности в Степи где выпадает наименьшее количество осадков Из погодных факторов, влияющих на уровень урожайности, значащими (ведущими) являются режимы осадков и температуры. Экстремальные значения этих факторов обусловливает проявления сильных ветров, ливневых осадков, эрозию почв, а также засух и суховеев. Если первые можно количественно описать через такие показатели, как критическая скорость и несущая способность воздушных потоков, энергии стока и ливневых осадков, потери почвы и воды и др., то понятие засухи, как правило, не имеет общепринятого количественного определения. Еще в начале нашего столетия В.Г. Ротмистров [1] сформулировал классическое определение засух - продолжительный бездождный период, который обусловливает чрезмерный расход доступной для растений влаги в корнеобитаемом слое почвы. Выделяют атмосферную, почвенную и физиологическую засухи. Последняя обусловлена тем, что корневые системы (рассады, саженцев деревьев, кустов и т.д.) не способны полностью обеспечить влагой надземные части растений. Проанализировав практически большую часть существующей информации о засухах и суховеях, М.А. Багров [2] сделал вывод, что более 75% их длится менее одного месяца и охватывает площадь не более 1,5- 2 млн.кв.км. Засухи мая явно не равнозначны засухам июня, а интенсивность и характер засух июня зависит от того, была ли засуха в мае. В целом для 4 - месячного периода, когда в основном случается засуха, возможно выделить 16 разных вариантов соотношений- от полного их отсутствия до 4-х месячной сплошной засухи. Последний вариант практически не наблюдается. Прогнозированием засух и других негативных явлений погоды человечество занималось еще с древних времен. Климатическая система Земли зависит от её вращения, влияния гравитационных полей Солнца, Луны и других планет, а также от распределения солнечной радиации и неравномерного прогрева атмосферы, воды и суши. Поэтому стихийно из наблюдений за изменением погоды возникли знания о циклах, их повторяемости, продолжительности и взаимосвязи. Климатические флюктуации постоянно происходят на обширных площадях земли. Они имеют различную продолжительность: недели, месяцы, сезоны, годы, десятилетия и даже тысячелетия. Поэтому «ненормальность» погоды в действительности является нормальным её состоянием, а колебания статически корректны [3]. Анализируя большое количество наблюдений, Г.В. Покровская [4] связывала повторяемость засух с разными стадиями 11 летнего солнечного цикла. А.М. Обухов и др. [5] считают, что большинство засух случаются в годы «сбоя» двухгодичной цикличности. Тем не менее низкий уровень оправдываемости прогнозов на такой статической базе обусловлен тем, что анализировались отдельные циклы, в то время как постоянно действует их комплекс. Засуха и эрозионные процессы являются экстремальными степенями обычных явлений. При использовании «стандартных» методов анализа долгосрочных метеорологических наблюдений и их математического описания экстремальные пики сглаживаются [6]. Формулы достаточно точно описывают более узкую область и поэтому прогноз экстремальных значений становится ненадежным. Отметим, что цикл солнечной активности лишь приблизительно составляет 11 лет. На самом деле он продолжается от 7 до 17 лет между максимумом и 9-14 лет в системе минимума солнечных пятен. Кроме того, 22-летний магнитный цикл солнечных пятен содержит в себе парный и не парный (по цюрихской нумерации) циклы. Установлено, что осадки и увлажнения почв теснее связаны именно с 22-летним циклом. Существует ещё вековой (80-90 лет) цикл солнечной активности. Очень сложное влияние на атмосферные процессы оказывают лунные циклы. Выделяют так называемый синодический календарный блок (8 + 8 + 3 = 19 лет) и драконический (7 + 7 + 5)-тоже 19 лет. Существуют лунные месяцы-синодический, продолжительностью 29, 63 земных суток, и драконический-27, 21 суток. Эти циклы обусловлены прохождением Луны по её орбите, местонахождением Земли и Солнца. Всего установлено 96 циклов, а различное соотношение между ними обусловливает как обычные, так и экстремальные метеорологические явления, в том числе засухи, суховеи, сильные ветры, ливневые осадки, оттепели и т.п. Анализ структуры среднегодовой температуры воздуха и осадков, сделанный по данным метеорологических станций всех климатических зон Украины показал, что в изменении этих показателей существует приближённый к 50-летнему периоду комплексный цикл. Он носит имя своего первооткрывателя Г.А. Брикнера. Ритмичность циклов Брикнера специфична для каждой зоны. Согласно этим циклам в Степи минимум увлажнения пришелся на 40-50-е годы. Этот период характеризовался повышенным количеством суховеев, засух, ливневыми осадками и сильными ветрами. На подъеме увлажнения к максиму (конец 70-х и начала 80-х годов) в 1969 году произошла самая сильная в XX-м веке пыльная буря, охватившая всю Степную и большую часть Лесостепных зон Украины. В начале 80-х годов в полувековом цикле начался спад, и наибольшая аридность климата ожидается в конце 90-х годов. В целом уменьшение осадков и повышение температуры воздуха от среднегодовых значений ожидается в Закарпатье-до 14, в Полесье - до 16, Лесостепи -18 и Крыму-20%. Наибольшее снижение увлажняемости в Степи - до 25-28%. Существенный вклад в стабильность цикла Брикнера по увлажнению вносит тёплый период, поэтому наибольшую вероятность проявления суховеев и засух следует ожидать в весенние и летние месяцы. В это время возникает, как правило, меридиональный или омегоблокирующий тип циркуляции атмосферы с уменьшением контраста температур в циклонах. В «заблокированных» антициклонах образуется высокое давление воздуха-необходимый атрибут проявления засухи. Начальным локальным признаком засухи является установление устойчивой стратификации в атмосфере с относительно высокой температурой в её верхней части. При этом создаются нисходящие потоки воздуха, которые снижают относительную влажность в приземном слое и препятствует образованию облаков. Так, количественный анализ различных климатических и погодных циклов, а также факторов, характеризующих состояние атмосферы, позволяет при дальнейшей доработке прогнозировать возможность развития засухи и её продолжительность. Конкретизировать прогноз возможно с сезонной заблаговременностью [3,7]. Вопросы прогнозирования эрозионных процессов детально изложены в «справочнике по почвозащитному земледелию» [8]. По мере расширения знаний по борьбе с засухой, а также о процессах водной и ветровой эрозии установлено, что проблема это комплексная экологическая и решается она в системе культурного сельскохозяйственного ландшафта, где оптимизированы все элементы и компоненты. В первую очередь это касается водных и температурных режимов. Анализ многолетних данных восточной зоны Степи показал, что из 420 мм осадков в тёплый период выпадает 285( 68%), в холодный-135 мм (32%). Из них эрозионно опасные дожди составляют в тёплый период 180 мм или 63%, в холодный - 30 мм или 22%. С эрозионными процессами теряется до 40 - 60% от общей суммы осадков или 170 - 250мм, что равнозначно потерям зерна 17-25 ц/га (без учета потерь почвы, гумуса и т. д.) (табл.1)
Таблица 1 - Потери воды с эрозионными процессами (теплый период, черноземы обыкновенные)
Управление водным режимом зависит не только от количества и характера осадков, но и от состояния свойств почвы, которые являются не только средой для растений и организмов, но и важнейшим компонентом биосферы, обусловливающим её функционирование в целом. В природных ландшафтах регулирования и стабильность в водно-температурных режимов обеспечивается системой «растения-почва». В агросистеме, где большая часть биомассы убирается с поля, а природная плотность почвы разрушается обработками, стабильность режимов существенно нарушается. Некоторые факторы почвообразования в этих условиях переходят в факторы, которые обусловливают деградацию свойств почв (снижение содержания гумуса, декальцинации, разрушение структуры, переуплотнения и т.д.). Так, открытая (без растений) поверхность почвы в летний период может нагреться до 60-65˚, тогда как покрытое растениями или их остатками-только 25-26˚. Перегревание приводит к значительным потерям влаги на испарение, особенно когда вода накапливается в верхнем слое почвы. Такие явления наблюдаются достаточно часто на деградированных уплотненных грунтах. Дождевая влага сосредотачивается в обрабатываемом слое и быстро испаряется, так как она не способна проникать через уплотненные слои почвы. Капиллярная влага с глубоких горизонтов также не может преодолеть уплотненные прослойки. В таких условиях растения даже при достаточном увлажнении страдают от недостатка влаги. При суховеях и засухах эти неблагоприятные режимы значительно усиливаются, что приводит к частичной или полной потери продуктивности сельхоз культур. Наиболее эффективно оптимизирует режимы в агроландшафтов и обеспечивает их противоэрозионный устойчивость контурно- мелиоративная система земледелия. приведенные показатели почвы охранной эффективности некоторых составных частей этой системы (мероприятия постоянного и временного действия) (табл. 2) показывают, что только комплексный подход к применению почвоводоохранных мероприятия обеспечивает оптимальное использование водных ресурсов агроландшафта.
Таблица 2 - Эффективность почвоохранных мероприятий
Отдельные приемы могут решить проблему лишь частично. Мероприятия постоянного действия обязательно должны сочетаться с почвоохранными технологиями обработки почвы, в которых поверхность её максимально возможно закрыта растительностью или её остатками. Обследование состояния увлажнение при контурно-полосном размещение культур (общепринятая технология) показало, что стекающая вода сосредотачивается возле валов или других рубежей и обуславливает в этих местах или их разрушение, или образование мочаров. Поэтому только те технологические приемы, которые обеспечивают равномерное распределение влаги по полю, дают нужный эффект. Усовершенствование системы земледелия, приспособленных к различным почвенно-климатическим условиям - сложная и неотложная задача. Она решается с помощью так называемых гибких технологий выращивания сельскохозяйственных культур, в которых используются наиболее эффективные достижения науки и мирового опыта. Кроме того, в наше время эти технологии должны отвечать как социальным условиям (различные формы собственности на землю, смена структурных посевных площадей, севооборотов и др.), так и экологическим требованиям функционирования агроландшафтов. Разработка и внедрение таких технологий возможно только на базе надежных долгосрочных прогнозов погоды и урожайности сельскохозяйственных культур. Следует отметить, что мероприятия постоянного действия (контурная организация территории, лесополосы, гидросооружения и др.) хотя и берут на себя определенную часть регулирования режимов в ландшафтах, достигают нужного уровня лишь после полного освоения и развития. Поэтому в первые годы основную нагрузку несут агротехнологии выращивания сельскохозяйственных культур. Защита почв от эрозии в разных почвенно-климатических зонах Украины имеет зональные и специфические особенности. Общим условием является то, что на всех почвах необходимо образовать эрозионно устойчивую поверхность, что возможно только с помощью растительности или её остатков. Почвозащитные свойства культурной растительности значительно ниже природной. В процессе роста сельскохозяйственных культур проективное покрытие поверхности почвы изменяется от 0 до 80-95%. Растительность и её остатки защищают от почву от водной эрозии, когда они гасят энергию капель, распыляют сток, уменьшают его скорость и способствуют влагонакоплению. По характеру защиты почв от дневного стока растительность разделяют на 5 групп: многолетние травы, озимые колосовые, яровые колосовые, пропашные высокостебельные и пропашные низкостебельные. Первые три группы отличаются только по периоду действия. Многолетние травы и озимые защищают почву с осени до сбора урожая и обработки почвы. Яровые колосовые обеспечивают защиту только при полном развитии растений в теплый период. В зимне-весенний период, когда существует угроза ветровой эрозии и смыва почвы от стока талых вод или зимних дождей в период оттепели её защищают многолетние травы и хорошо развитые озимые зерновые (6-8 листочков). Озимые по непаровым предшественникам (2-4 листочка) обеспечивают проективное покрытие только на 40-50% и не могут защитить почву в экстремальных условиях (очень сильный ветер или интенсивный сток). Надежную защиту почвы обеспечивает стерня зерновых длиной 18-22 см, когда её остается на поверхности 600-700 шт/кв.м, что составляет 1,8-2,6 т/га. Во время оттепелей в разных зонах минерализуется до 30-50% стерневых остатков. Поэтому на опасных элементах рельефа, ветроударных склонах, для формирования эрозионно устойчивой поверхности необходимо оставлять всю измельченную солому. Летом, когда наибольший вред наносит ливневая эрозия, нужно учитывать время развитие сельскохозяйственных культур. Скорость падения капель и масса осадков в пиковые моменты ливней значительно выше поглощающей способности любой почвы. Поэтому, как только во время дождя появляются эрозионно опасные пики (1-4 мм/мин), сразу же образуются лужи и потоки воды. Если слой стекающей воды меньше размера капель, то их разрушающая энергия значительно возрастает. Основным экраном, который способен погасить разрушительную энергию капель, является растительность и её остатки, но без соответствующего состояния обрабатываемого слоя почвы они не могут задержать сток воды. Эффективна в этом плане чизельная обработка, особенно на деградированных переуплотненных почвах. Сложение пахотного слоя чизелевания обеспечивает высокую водопроницаемость и накопление влаги, но с такого агрофона она быстро испаряется. Только при соединении эффекта обработки с эффектом почвозащитной роли поживных остатков есть возможность сформировать надежную противоэрозионную поверхность почвы. Изложенные в статье вопросы прогноза экстремальных погодных явлений и некоторые теоретические основы повышение почвоохранной эффективности агротехнических мероприятий решают только малую долю создание культурных экологически сбалансированных сельскохозяйственных ландшафтов. Изменения, происходящие в землепользовании и сельскохозяйственном производстве, существенно влияют на структуру ландшафтов. Интенсификация, всесторонняя механизация и химизация обусловили унификацию способов землепользования на больших территориях. Последние привели к существенному уменьшению ранее существующих форм и, как следствие, биологическому объединению ландшафтов. Это вызвано высоким уровнем распашки территории, технологическими нагрузками на почвы, а также значительной долей пропашных технических культур. Процесс коренных изменений в структуре ландшафтов далеко не завершён и отношение к ним необходимо поставить на научную основу. Кроме хозяйственного использования существуют проблемы экологической стабильности и создания эстетических форм. Существуют известные принципы, позволяющие разделить элементы ландшафтов на три категории: элементы, я которые необходимо обязательно сберечь, которые желательно сохранить и несуществующие элементы. Научные разработки и опыт стран, где уже много лет идёт создание и совершенствование культурных ландшафтов (Голландия, Франция, Англия, США, ФРГ и др.) показывают, что в основу этих работ положен принцип развитие и удержания на определенном уровне наибольшего разнообразия природных компонентов на территориях, используемых для сельскохозяйственного производства. Обычно используют следующие положения: - определяют элементы ландшафтов, которые нельзя нарушать при землепользование; - прогнозируют влияние запланированных работ в элементах ландшафта (соотношение угодий, создание новых и совершенствование старых дорог, водоемов, дренажных систем, мелиораций и др.) на его равновесия изменения свойств; - проектируют мероприятия по предупреждению неблагоприятных изменений при вторжении в определенные структуры ландшафта, а также способы, обеспечивающие наибольшее разнообразие условий существования природных растений и животных; - проектируют мероприятия по созданию эстетических форм и зон отдыха. Исходя из сказанного, современный этап создания природоохранных форм земледелия, высокоустойчивых и экологически сбалансированных культурных сельскохозяйственных ландшафтов требует перехода от традиционных методов к поиску принципиально новых моделей. Украина владеет наибольшим богатством мира - почвами самыми высокими показателями продуктивности. К сожалению, бессистемная и не управляемая их эксплуатация, самая высокая распаханность, разного рода эксперименты в прошлом без достаточно научного обоснования и обусловленные ими процессы деградации и эрозии почв, загрязнение промышленными выбросами и радионуклидами поставили её на грань национальной катастрофы. В условиях надвигающихся экстремальных погодных изменений (суховеи, засухи, эрозия и т.д.) преодолеть эти губительные явления можно только на базе комплексных решений - от агротехнологий до создания культурных сельскохозяйственных ландшафтов.
Библиографический список 1. Ротмистров В.Г. Сущность засухи по данным Одесского опытного поля. –Одесса, 1913. 2. Багров Н.А. Засуха и ее определение //Метеорология и гидрология. – 1992, №9. –С.66-72. 3. Цикличность погоды и прогнозирование урожайности сельскохозяйственных культур. – Луганск, 1990. - 48с. 4. Покровская Г.В. Синоптико-климатические и гелио-геофизические долгосрочные прогнозы погоды. – Л.: Гидрометеоиздат.1969. 5. Обухов А.М., Кучанский М.В., Татарская М.С. Динамические условия возникновения засух и других крупномасштабные погодных явлений// Метеорология и гидрология. 1984. - №10. – С.47-51. 6. Пановский Г.А., Брайер Г.В. Статические методы в метеорологии и гидрологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1967. – 242с. 7. Константинов А.Р. Погода, почва и урожай озимой пшеницы. – Л.: Гидрометеоиздат. 1978. – 263с.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
