Управление дождевой водой |
Эрозия
и необходимость охраны почвы являются проблемами, с которыми человек
сталкивается с самого возникновения сельского хозяйства. По мере
развития механизации и расширения посевных площадей пропорционально
возрастал ущерб, наносимый природе. Одной из наиболее серьезных проблем,
с которой сталкиваются сельхозпроизводители, является отвод с полей
избыточных дождевых вод. Дождевая эрозия приводит к потере наиболее
плодородного слоя и к загрязнению почвы. Управление дождевой водой,
включая впитывание, абсорбцию и медленное высвобождение избыточной воды с
как можно меньшим содержанием солей и взвешенных частиц, является
стратегией, необходимой для устойчивого развития агроэкосистем.
Примерно
3/4 земной поверхности покрыто водой, и лишь 2,95% из нее является
пресной. Причем из общего количества пресной воды 95% находится в форме
льда. В многочисленных документах, изданных в рамках программы ООН по
охране окружающей среда, отмечается, что одной из наибольших проблем, с
которой человечество столкнется в ближайшем будущем, будет кризис
питьевой воды. Многие сельхозпроизводители строят артезианские колодцы
для получения воды хорошего качества, которая используется для внесения
фитосанитарных продуктов, и строят изгороди на границах рек и канав,
чтобы их животные не пили оттуда воду, опасаясь их отравления или
гибели. Данные факты красноречиво говорят о качестве поверхностных вод.
Необходимость восстановления качества воды является одной из насущных
задач правительств и требованием общества. Эрозия почв на полях и
городские отходы - главные загрязнители рек. ПП выполняет важную функцию
по сохранению почв и медленного высвобождения избыточных вод с полей.
Вода
является наиважнейшим и наиболее потребляемым компонентом при
производстве продуктов питания. Исследования показывают, что количество
воды для выращивания растений и производства молока и мяса, необходимого
для дневного питания человека, эквивалентно 17157 л. Некоторые
предлагающиеся на рынке продукты, такие как шелушенный рис или бобы,
требуют для своего производства Более 2 тыс. литров воды НА 1 КГ
произведенного продукта. Для производства 1 кг мяса КРС
(при выпасе скота на пастбищах) требуется 43 тыс. литров воды.
Потребление воды при производстве некоторых других продуктов приведено в
Таблице I. Эти данные демонстрируют необходимость такого управления
естественными ресурсами, которое обеспечило бы наиболее эффективное использование и сохранность воды в агроэкосистемах.
Таблица 1. Оценка потребления воды для производства некоторых продуктов питания (источник:Schulbach, Aldrieh, 1978 г.) | |||
Продукт |
Литров воды / кг продукта |
Продукт | Литров воды / кг продукта |
Салат -латук |
192 |
Рис |
2377 |
Яблоки | 409 |
Картофель |
200 |
Маргарин | 24 737 | Мясо КРС | 43 537 |
Арбуз | 409 |
Мясо кур | 6805 |
Кукуруза | 1360 |
Мясо свиное | 13 610 |
Kaпуста | 326 |
Лук | 134 |
Томаты | 192 |
Морковь |
276 |
Пшеница | 1019 |
Бобы |
2722 |
Виноград |
584 |
Молоко | 1086 |
Апельсины |
543 |
Традиционные
акценты при управлении сохранностью почв должны быть изменены на
«управление дождевой водой» в агроэкосистемах. Вода, которая не
впитывается в почву, начинает стекать и образует бурные потоки на
плантациях. На естественных полях и в лесах избыток дождевой воды
высвобождается более медленно и с меньшим вымыванием почвы.
На
плантациях следует применять методы, направленные на увеличение
абсорбциии задержания дождевой воды. Утекающая избыточная вода должна
уносить как можно меньше солей (питательных веществ) и взвешенных
частиц. ПП, предполагающий наличие на полях большою количества корней,
повышенную биологическую активность в подземном слое почвы и присутствие
пожнивных остатков на поверхности почвы, является наиболее адекватной
стратегией для уменьшения влияния падающих дождевых капель, увеличения
абсорции и снижения скорости потерь избыточной дождевой воды.
Плотность
и пористость почвы являются важными факторами для развития корней,
аэрации, абсорбции воды и биологической активности в почве. Bcпашкa,
боронование и движение машин способствуют уплотнению слоя почвы на
глубине oт 6 до 15 см от поверхности для глинистых почв и от 10 до 25 см
- для песчаных почв (Рисунок 3). При ТП плотность почвы увеличивается, а
пористость уменьшается, тогда как при ПП данные характеристики остаются
на примерно уровне, отмечающемся на естественных полях и лесах (Рисунок
4). Меньшая пористость приводит к снижению способности почвы к
абсорбции воды, провоцируя образование водных потоков на поверхности и
наводнений.
Уплотнение (давление /дм)
Рисунок 3.
Показания пенетрометра для естественных почв и типичное уплотнение
почвы на плантации под традиционным посевом (источник:UMATHR-GO).
Содержание
воды в поверхностном слое почвы на полях под ТП ниже, чем в случае ПП
(Рисунок 5). Оно может колебаться в зависимости от наличия органического
материала, пористости и популяций микроорганизмов. Внесение азота в
почвы с высоким содержанием органического материала стимулирует развитие
микроорганизмов и, как следствие, повышает способность почвы впитывать и
задерживать воду (Рисунок 18).
Рисунок 4.Плотность
(масса/объем) и макропористость (%) глинистой почвы в лесу или на
естественных полях и на плантациях под прямым посевом (ПП) и под
традиционным посевом (ТП), регион Санту-Анжелу, штат Риу-Гранли-ду-Сул
(источник:Machado, 1976 г.)
В регионах с нерегулярным или концентрированным распределением дождей, главнейшей задачей является повышение способности почвы к абсорбции воды посредством изменения структуры и увеличения пористости почвы. Инфильтрация воды на естественных полях и в лесах более высокая по сравнению с плантациями под ТП (Рисунки 6,7,8,9). Практика ПП, после ее применения в течение нескольких лет, приводит к частичному восстановлению способности к инфильтрации (Рисунки 6,7,8,9). Не сомнений, что ТП, применение которой может способствовать наводнениям и образованиям водных потоков па полях, является неадекватной практикой управления водой. Необходимо сочетать факторы покрытия почвы, ротацию культур с оптимальными методами уборки и сева для улучшения пористости и инфильтрации, а также уменьшения уплотнения поверхностного слоя почвы.
Рисунок 5.Содержание
воды в слоях почвы на участках под прямым посевом и с
традиционнойобработкой почвы, с внесением азота (Источник:KentuckyAg.
Res. Farm.)
Рисунок 6.
Инфильтрация воды в естественном лесу, на плантации под прямым посевом и
на плантации с традиционной подготовкой почвы (Источник:UFRGS)
1 - етественный лес; 2 - ПП в течение 4 лет; 3 - ТП в течение 20 лет
Рисунок7.Средняя
инфильтрация воды в течение 9 часов в глинистой почве естественного
леса или поля, на плантации под прямым посевом (ПП) и на плантации с
традиционной обработкой почвы (ТП), регион Санту-Анжелу,
штатРиу-Гранди-ду-Сул (источник:Machado, 1976 г.)
1 - естественный лec; 2 - прямой посев; 3 - естественное поле; 4 - традиционная подготовка почвы.
Рисунок 8.
Абсорбция воды на естественном поле, на плантациях под прямым посевом
(ПП) и при традиционной подготовке почвы (ТП), при выращивании пшеницы
(П), сои (С) и кукурузы (К).
1 - естественное поле; 2 - ПП-ПК; 3 - ПП-ПС; 4 - ТП-ПК; 5 - ТП-ПС.
Рисунок 9. Последовательная
инфильтрация воды в глинистой почве естественного леса или поля, на
плантации под прямым посевом (ПП) и на плантации с традиционной
обработкой почвы (ТП). pегионСанту-Анжелу, штат Риу-Гранди-ду-Сул
(источник: Machado, 1976 г.)
Потери
почвы и воды на плантациях под ТП (см. Рисунок 10) не могут не вызывать
тревогу у сельхозпроизводителей, агрономов и представителей других
сегментов общества. Результаты экспериментов демонстрируют влияние
интенсивности дождей на деградацию непокрытых почв (Рисунок 11). Потери
на плантациях под ТП и при культивации в 8-10 раз превышают
соответствующие показатели для ПП (Рисунок 12). Согласно самым
консервативным оценкам результатов проведенных экспериментов, потери за
последние 25 лет на плантациях (ГП) сои и пшеницы превышали 24 т/га в
год. При этом годовое производство пшеницы и сои вместе взятых и течение
указанного периода не превышало 3 т/га.
Если
бы цена потерь почвы из-за эрозии включалась в стоимостъ производства
зерна, то технология ПП была бы внедрена значительно раньше и на гораздо
более обширных площадях.
Рисунок 10.Потери
почвы и воды при прямом посеве (ПП), при традиционной подготовке почвы
(ТП), на непокрытой почве (н), при выращивании пшеницы (п) и сои (с)
(Источник:Sidiras, 1984 г.)
Рисунок 11.Деградация
почвыприпрямом посеве и при традиционной обработкепочвы, при различных
уровнях осадков (Источник:Sidiras и др.1984 г.)
Рисунок 12. Потери почвы при различных методах подготовки почвы.
Управление
и отвод дождевой воды должно всегда планироваться с учетом водосборных
бассейнов. Планирование особенно важно на участках небольших хозяйств,
где площади были разделены на «колонии» (по 25 га), почти всегда идущие
узкими полосами с выходом к рекам или водосборным канавам. Вода всегда
была важным фактором при оценке стоимости участка, так как доступ к ней
необходим для выпаса домашних животных. Ввиду этой формы разбивки
участков, было создано множество разделителей с дорогами, способствующих
эрозии.
Планирование
отвода воды, сооружения дороги системы использования почвы должно
проводиться в комплексе. Избыток воды обычно не абсорбируется на
соседних плантациях, что приводит к образованию водных потоков.
Планирование
производственных площадей производится с учетом водосборных бассейнов.
Практика ПП является важным инструментом управления дождевой водой в
регионах, разделенных на небольшиеучастки, и на пересеченной местности.
В
крупных регионах планирование водосборных бассейнов упрощается, так как
может осуществляться в комплексе для всей территории, либо для группы
небольших хозяйств. В данном случае постройка дорог, осушительные
сооружения и системы ротации культур могут планироваться с большей
легкостью.
Сооружение
террас является одной из основанных на инженерных принципах альтернатив
решения агрономических задач по задержанию и отводу дождевой воды на
площадях с традиционной подготовкой почвы. Террасы, пocтpoенные с
помощью тяжелых тракторов, поднимающих землю на высоту более 1 м,
свидетельствуют о доминировании гидравлических принципов управления
водой и о незнании важности биологических процессов в почве, а также о
круговороте воды в естественной среде.
Такие
факторы, как структура почвы, ее способность к абсорбции или
аккумулированию воды, проделывание галерей земляными червями и
насекомыми обычно не принимались в качестве основных при определении
стратегии управления избыточной водой.
Критерии
устранения террас на плантациях под прямым посевом до сих пор не
определены. Обычно, когда на поверхности почвы присутствуют пожнивные
остатки, в почве имеются в изобилии корни, присутствуют галереи,
проделанные земляными червями и насекомыми, а положение плантации
относительно водосборного бассейна таково, что доступ к поверхностным
водам отсутствует, то вероятность потерь от эрозии значительно ниже, чем
в случае плантаций с традиционной подготовкой почвы с террасами.
Террасы
могут быть частично ликвидированы, когда почва покрыта пожнивными и
растительными остатками и имеет структуру, способную абсорбировать и
задерживать от стекания воду, поступающую даже с очень сильными дождями.
Наличие галерей, прорытых дождевыми червями и насекомыми, либо
образованных вследствие роста корней, способствует большей абсорбции.
Есть
плантации, где ликвидацию террас можно проводить без риска эрозии, но с
приобретением преимуществ, связанных с упрощением сева, фитосанитарного
контроля и уборки.
С
другой стороны, на полях с нарушенной структурой почвы, с сильным
наклоном к горизонту и расположенных и местах, получающих воду со
стороны дорог или других плантаций, сохранение террас необходимо.
Для
сельхозпроизводителей и агрономов, придерживающихся традиционных
технологий производства, идеи и доводы о преимуществе выращивания без
использования террас могут показаться странными и неприемлемыми. Это не
удивительно, если учесть десятилетия усилий по сохранению почвы и
поисков наилучшей формы постройки террас с целью задержания дождевой
воды.
Упрощение
проведения сева, уборки и внесения фитосанитарных продуктов, однородное
прорастание растений и снижение финансовых и трудовых затрат являются
основными преимуществами отсутствия террас. Наличие террас затрудняет
сев на поворотах, ускоряет износ дисков и бороздников, приводит к
увлечению размера борозд и затрудняет равномерное распределение семян,
что, в свою очередь, негативно отражается на всхожести. Сев по прямой
упрощает проведение данной операции, уменьшает износ сеялки и
обеспечивает лучшую всхожесть.
Машинные
операции в последнем случае выполняются более просто, при этом
уменьшается потребление горючего и потребность в рабочей силе. Kpoмe
того, это позволяет избежать уплотнений почвы по бокам cменной борозды,
по которым начинает течь вода, способствующая развитию эрозии.
Сооружение
террас в прошлом было широко распространено и являюсь
необходимымдлявыращивания сельскохозяйственных культур с применением
традиционной подготовкой почвы. Террасы необходимы для направления
потоков и задержания дождевой воды на участках, расположенных вблизи
дренажных канав у дорог или строящихся объектов, где избыток воды может
вызвать формирование бурных водных потоков (это касается также плантаций
под ПП).
Изменения,
произошедшие вместе с развитием технологии прямого посева,
наличиесомнений иестественноесопротивление нововведениям, делают
использование террас объектом активной полемики. Сельхозпроизводители,
имеющие опыт в ПП, рассматривают террасы как устаревшую технологию
выращивания. Планирование террас на направления потоков и задержания
воды должно осуществляться с учетом данных о максимальных осадках,
отмечающихся в каждом конкретном случае, которые могут повторяться в
критические периоды полевых работ.