Как указывают Каштанов А.Н. и Явтушенко В.Е. в России подвержено эрозии почти четверть сельскохозяйственных угодий, что составляет более 50 млн. га. В 1990 году 30,4% сельскохозяйственных угодий были отнесены к дефляционно-опасным землям, 18,6% - к землям, подверженным водной эрозии и 1,5% - к землям, которые подвержены одновременно и водной и ветровой эрозии. Для пахотных земель эти значения еще больше, соответственно 35,0; 20,5 и 1,7%. Около половины площадей сельскохозяйственных угодий России размещено на полях с уклоном более 10. Только на эродированных землях ЦЧЗ недобор продукции растениеводства ежегодно составляет в пересчете на зерно 12,2 млн. тонн (Иванов, 1985). С полей и пастбищ бывшего СССР ежегодно сбрасывается 3330 км3 поверхностных вод и смывается 2-3 млрд. тонн мелкозема, а с ним теряется около 100 млн. тонн гумуса, 5-4 – азота, 1,8 – фосфора, 36 – калия, в том числе 460 тыс. тонн нитратного и аммиачного азота, 240 – подвижного фосфора и 480 тыс. тонн – обменного калия.
Расчеты Явтушенко В.Е. и Каштанова А.Н. (1997) показывают, что стоимость потерь питательных веществ, вследствие почвенной эрозии, в среднем по стране составляет более половины стоимости минеральных удобрений, ежегодно поставляемых химической промышленностью сельскому хозяйству до 1991 года. С учетом потерь гумуса ущерб от эрозии равняется стоимости минеральных удобрений, применяемых в хозяйствах. Для сравнения, в США при ежегодном смыве почвы в 17 т/га потери элементов питания из почвы составляют 8 млрд. долларов в год. При этом, туковая промышленность страны поставляет фермерским хозяйствам минеральных удобрений на сумму 9 млрд. долларов (Mc.Cullough, Weiss, 1985).
Ветровая эрозия почв также очень разрушительна. Пыльные (черные) бури, особенно в засушливых районах страны, нередко губят посевы на больших площадях. Так, например, в 1960 году при скорости ветра 28 метров в секунду на Украине и в Крыму было повреждено около миллиона гектаров посевов, из которых полностью погибло и было пересеяно 600 тысяч га. В районах Казахстана 11,9 млн. га малоустойчивы к ветровой эрозии. Эрозионно-опасные земли в отдельных областях составляют 40% пашни. Приведенные примеры свидетельствуют о большой народнохозяйственной значимости проблемы эрозии почв.
Водная эрозия – процесс ее разрушения под действием поверхностного стока воды. До активного антропогенного воздействия на ландшафты интенсивность эрозии была соизмерима со скоростью почвообразования. Такая эрозия названа нормальной. При вовлечении земель в сельскохозяйственный оборот интенсивность данного процесса многократно возросла, что определило ее название – ускоренная или современная. Различают эрозию смыва (плоскостную), размыва (овражную) и ирригационную. Проблемами, возникающими при развитии эрозии являются: уничтожение земель, падение плодородия, нарушение экологической ситуации, падение урожая сельскохозяйственных культур.
Причинами развития водной эрозии являются кинетическая энергия дождя и потенциальная энергия стекающей по склону воды. Дождь, в большей степени, вызывает развитие эрозии почв при выпадении ливневых осадков и не влияет на развитие эрозии в случае моросящих дождей. Энергия стекающей по склону воды определяет эрозию в тем большей степени, чем круче и длиннее склон. При таянии снега развитие эрозии дополнительно определяется скоростью его таяния, на что влияет экспозиция склона. При развитии ирригационной эрозии потери почв зависят от энергии стекающей воды, скорости и длительности течения.
Устойчивость почв к водной эрозии зависит от типа почв, гранулометрического состава, структуры, гумусированности, покрытия травостоем, водопроницаемости, базиса эрозии, длины и крутизны склона, его экспозиции, развития корневых систем растений, покрывающих почву. Универсальное уравнение потерь почвы в результате развития водной эрозии имеет следующий вид: Q = 0,224 . RKLSCP, где Q – потери почвы от эрозии, кг/м2 в год; R – характеристика эродирующей способности дождя, учитывающая интенсивность, кинетическую энергию и т.д.; К – коэффициент эродированности почвы (учитывает водопроницаемость и противоэрозионную стойкость почвы); L – коэффициент длины склона (отношение потерь почвы с данного поля к потерям с поля стандартной длины); S – коэффициент крутизны склона (отношение потерь почвы с данного поля к потерям со клона стандартной крутизны); С – коэффициент возделывания культуры (отношение потерь почвы с данного поля, занятого культурой, к потерям почвы черного пара); Р – коэффициент эффективности отдельных противоэрозионных мероприятий.
При качественной оценке развития водной эрозии учитывается, что она интенсивнее протекает на почвах тяжелого гранулометрического состава. Учитывается степень эрозионной опасности склонов: прямой – 1; выпуклый 1,25-1,50; вогнутый – 0,5-0,75. Интенсивная эрозия развивается, как правило, на склонах более 2-30. Однако, это зависит от климатических условий и степени устойчивости к эрозии конкретных почв. Для таежно-лесной зоны считается, что при уклоне 1-30 эрозия не проявляется; при 2-30 – необходимо ограничение доли пропашных культур; 3-50 – необходимо исключить возделывание пропашных культур. При 5-80 вводят почвозащитные севообороты; при уклоне более 80 применяют сенокосно-пастбищное использование земель.
Развитие эрозии сопровождается потерями почвы, уменьшением гумусированности, микробиологической активности, содержания доступных форм элементов питания, ухудшением водного и воздушного режимов, физических свойств почв, разрушением поверхности почв, уменьшением мощности пахотного слоя, обнажением корней, намывом почв в пониженных элементах рельефа, расчленением рельефа. Потери почвы за один полив, за счет проявления ирригационной эрозии, могут достигать, по Кузнецову М.С., 100 т/га. По данным Кудеярова В.Н. и др. (1984), с 1 мм смытой почвы с гектара выносится 10-20 кг азота, 10 – фосфора и 100-200 кг связанного углерода.
Почвы на склонах южных экспозиций, по сравнению с северными, характеризуются, как правило, большей эродированностью, меньшей мощностью гумусового горизонта, более интенсивными процессами минерализации органического вещества и азота. На холодных склонах северных экспозиций наблюдается снижение рН и повышение гидролитической кислотности, по сравнению с южными. Например, в пахотном слое типичного чернозема отмечены следующие значения рН: на водораздельном плато – 5,7; на склоне северной экспозиции – 5,5; на склоне южной экспозиции – 6,2 (Кирюшин В.И.).
По данным Трегубова П.С. и Шуриковой В.И. (1981), сумма водопрочных агрегатов снижается в выщелоченных черноземах с 65-70% в несмытых до 50% - в слабо и среднесмытых и до 30-40% - в сильно смытых почвах; в дерново-подзолистых почвах на лессовидных суглинках – с 33-41% до 6-7%. Общая порозность от несмытых к сильносмытым почвам уменьшается в дерново-подзолистых почвах на моренном суглинке с 43-46 до 36-41%; на лессовидном суглинке с 48-52 до 21-49%; в выщелоченных черноземах с 61 до 48%. Водопроницаемость в средне и сильносмытых почвах снижается на 40-50%.
В то же следует отметить, что при развитии эрозии почв на поверхность выходят нижележащие горизонты, свойства которых в разных типах почв неодинаковы. Например, при эрозии подзолистых почв ближе к поверхности подходит и подпахивается горизонт А2, что сопровождается подкислением почв и уменьшением содержания в них элементов питания, облегчением гранулометрического состава. При эрозии каштановых почв ближе к поверхности подходят карбонатные горизонты, что сопровождается подщелачиванием почв. Так как горизонты А2 и В в разных типах почв существенно отличаются по своим свойствам, то при слабой эродированности почв (когда идет подпашка А2) и при сильной эродированности (когда идет подпашка В) изменения свойств почв неодинаковы. Указанное определяет тот факт, что для всех типов почв и разных степеней развития эрозии изменения свойств почв будут неодинаковы. Приводимые в литературе закономерности правомочны только для определенных конкретных регионов (типов почв).
На слабосмытых почвах недобор урожая, в среднем, составляет 10-20%, на среднесмытых – 40-60%, на сильносмытых – более 80%.
Согласно Заславскому М.С., по степени развития поверхностной эрозии выделяют следующие градации: незначительный смыв – 0,5 г/га в год; слабый – 0,5-1,0; средний – 1,0-5,0; сильный – 5-10; очень сильный – более 10 т/га в год. По степени развития линейной эрозии выделяют следующие градации: слабая – среднегодовой прирост оврагов менее 0,5 м; средняя – 0,5-1,0; сильная – 1,0-2,0; очень сильная – 2-5; чрезвычайно сильная – более 5 м в год.
Очевидно, что допустимый смыв почв определяется типом почв и скоростью образования гумусового горизонта почв. Это иллюстрируется данными следующей таблицы.
Таблица 6
Среднегодовой предельно допустимый смыв почвы, т/га (Кузнецов М.С.,
Глазунов Г.П., 1998)
Почвы : Степень смытости
:----------------------------------------------------------------------------
:несмытые и слабосмытые: среднесмытые : сильносмытые
дерново-подзолистые,
светло-серые лесные 2,0 1,5 1,0
серые и темно-серые,
черноземы, темно-каштановые 2,0 2,0 1,5
каштановые, светло-каштановые,
сероземы 1,5 1.5 1,0
По обобщенным многолетним данным, среднегодовые размеры смыва почвы с зяби на дерново-подзолистых почвах варьируют от 0,1 до 13,6 т/га (в среднем, 2,7 т/га); на серых лесных почвах от 0,5 до 44,2 (7,6); на черноземах от 0,1 до 34,7 (5,1) и на каштановых почвах – от 0,2 до 7,7 т/га (4,1 т/га) (Иванов, 1985). Однако, в отдельные многоводные годы, особенно при сильных ливнях, на участках без растительности может смываться до 100 т/га.
Эрозионные потери определяются стоком воды и смывом почвы. Сток воды зависит от климата (температуры, осадков, инсоляции), рельефа (морфометрии, экспозиции склонов), растительности, почв. Смыв почвы зависит от свойств почв, агроландшафта (пашня, пастбище, сады и т.Д.); организации территории хозяйства, агрофона (вспашки, орошения, доли многолетних трав); противоэрозионных мероприятий (агромелиоративных, агро- и гидротехнических).