2.2. Гидроаэромеханическое взаимодействие потоков с почвами

Воздействие потока воды и воздуха на почвенную частицу можно представить и виде гидроаэромеханической схемы (рис.2.1).

Рис. 2.1. Схема воздействия потока воды или воздуха на почвенную частицу: F₁ – подъемная, выталкивающая сила Архимеда; F₂ – давление, обусловленное различием скоростей потока; F₃ – сила вращательного момента; F₄ – сила потока (лобовое сопротивление); F₅ – сила тяжести (инертности) почвенной частицы; F₆ –сила сцепления частицы с почвой; F_R = (F₁ + F₂ + F₃ + F₄) – (F₅ + F₆) – результирующая сила

Рассмотренная гидроаэромеханическая схема воздействия потока воды и воздуха на почвенную частицу дает лишь самое общее представление о механизме эрозии почв. В действительности он сложнее. Так, водная эрозия, вызванная выпадением ливневых дождей, стоком талых вод в период половодья и концентрированными потоками воды во временных и постоянных водотоках, несмотря на их общую схожесть имеет существенные различия. Особое место занимает так называемая ирригационная эрозия при поливах по бороздам, напуском или дождеванием. В каждом конкретном случае в оценке интенсивности эрозии должна учитываться вся совокупность факторов, ее обусловливающих.

Так, американские исследователи (Wischmeier and Smith, 1965) в прогнозировании интенсивности ливневой эрозии использовали модель энергетического воздействия падающей капли дождя. Нами (Иванов, Кузнецова, Попов, 1990) эрозионное воздействие дождя оценивалось по стокоформирующей массе воды на поверхности почв как результат двух сопряженных функций – интенсивности дождя и водопроницаемости почв.

При поверхностном стоке воды и плоскостном смыве почв в оценке и прогнозировании эрозии многие исследователи используют критические (размывающие) скорости потоков воды (Мирцхулава, 1975; Косцов, 1971; Кузнецов, Глазунов, 1996 и др.).

На основе модели движения воды по наклонной плоскости и меры ее энергетического воздействия на почвы (Caine, 1976), позволяющей полнее учесть гидрологические и геоморфологические факторы эрозии, осуществлен прогноз ее интенсивности и выполнено районирование территории ЦЧО (Иванов, 1985; Рожков, Иванов, 1973).

Несмотря на существенные достижения в познании природы и механизма процессов эрозии почв все еще существует множество назревших и трудноразрешимых проблем, над которыми продолжают работать ученые. Однако сам механизм процесса эрозии позволяет понять, что почвы теряют самую ценную ее часть – илистые и коллоидные частицы, составляющую основу почвенно-поглощающего комплекса, и определяющую ее агрофизические и биохимические свойства, уровни реального и потенциального плодородия.

2.3. Свойства эродированных черноземов

Пример отрицательного влияния эрозии на свойства почв представлен в табл. 2.1. Эрозия почв приводит к уменьшению мощности гумусового горизонта, к снижению водопроницаемости и влагоемкости почв, содержания водопрочных агрегатов, гумуса, подвижного фосфора и обменного калия. Одновременно возрастают: плотность почвы, поверхностный сток воды и смыв почвы. Все это приводит к недобору урожая выращиваемых культур и снижению эффективности сельскохозяйственного производства (табл.2.2).

Наглядное представление о влиянии степени смытости почв на снижение урожайности основных сельскохозяйственных культур в условиях ЦЧО дают рисунки 2.2 и 2.3.

Табл. 2.1. Изменение свойств черноземов от степени их смытости, %

Показатели свойств почв	Смытость почв, %	Число выборок	Средняя величина	Точность средней
1. Водопроницаемость	несмытая – 100	73	100	1,6
	слабая – 87,5	44	73	1,9
	средняя – 62,5	46	55	3,4
	сильная – 37,5	26	48	5,6
2. Влагоемкость	несмытая – 100	33	100	1,3
	слабая – 87,5	18	86	1,5
	средняя – 62,5	18	76	3,2
	сильная – 37,5	17	61	7,4
3. Водопрочные агрегаты	несмытая – 100	52	100	4,5
	слабая – 87,5	28	79	5,7
	средняя – 62,5	29	71	3,8
	сильная – 37,5	24	50	7,1
4. Плотность	несмытая – 100	49	100	1,8
	слабая – 87,5	28	104	2,1
	средняя – 62,5	29	109	2,5
	сильная – 37,5	21	110	4,0
5. Сток воды	несмытая – 100	34	100	5,1
	слабая – 87,5	17	142	6,6
	средняя – 62,5	17	152	7,2
	сильная – 37,5	17	170	7,4
6. Смыв почвы	несмытая – 100	249	100	2,5
	слабая – 87,5	127	118	3,4
	средняя – 62,5	127	147	3,4
	сильная – 37,5	123	178	6,7
7. Содержание гумуса в пахотном слое	несмытая – 100	357	100	0,5
	слабая – 87,5	179	76	0,8
	средняя – 62,5	182	61	1,2
	сильная – 37,5	176	41	2,4
8. Содержание подвижного фосфора	несмытая – 100	427	100	0,6
	слабая – 87,5	375	73	0,9
	средняя – 62,5	36	66	1,5
	сильная – 37,5	11	57	3,5
9. Содержание обмен- ного калия	несмытая – 100	427	100	0,7
	слабая – 87,5	375	75	1,0
	средняя – 62,5	36	57	1,8
	сильная – 37,5	11	48	4,2

Табл. 2.2. Урожайность сельскохозяйственных культур на черноземах