Как бороться с водной эрозией?

Эрозия — это результат воздействия природных сил на почвы и другие земные материалы. Вытеснение частиц почвы под действием воды с последующим их перемещением из исходного места называется водной эрозией.

Это играет важную роль в потере верхнего слоя почвы, который представляет собой жизненно важные несколько сантиметров любой почвенной экосистемы и содержит основное количество питательных веществ и микробного разнообразия. Существует множество форм этого процесса, каждая из которых по-своему изменяет ландшафт.

Хотя все места на планете подвержены эрозии под воздействием воды, регионы с наклонным рельефом, как правило, страдают от этого сильнее, чем регионы с более плоским ландшафтом. К уязвимым районам относятся территории с низким содержанием органических веществ в почве, непроницаемые почвенные слои, а также илистые почвы.

Что такое водная эрозия?

Водная эрозия — сложный процесс, имеющий множество различных форм, но в целом его можно описать как удаление или перемещение почвы с ее первоначального местоположения под воздействием воды. Это происходит в результате выпадения осадков, таяния снега, течения рек, движения ледников или циклов замерзания/оттаивания.

Подобно эрозии, вызываемой водой, она будет постепенно разрушать ландшафты с течением времени, если ее не остановить, и может представлять большую опасность для тех, чье существование зависит от сохранения целостности земли, например, сельскохозяйственных угодий и экологических ландшафтов.

К числу распространенных форм водной эрозии относятся ручейковая эрозия, овражная эрозия, эрозия, вызванная брызгами воды, эрозия в виде поверхностного стока и туннельная эрозия, каждая из которых будет более подробно рассмотрена в данной статье ниже.

Что вызывает водную эрозию?

Как и многие другие явления окружающей среды, эрозия бывает как естественной, так и усиленной, причем последняя является прямым или косвенным результатом нашей деятельности. Например, эрозия берегов под воздействием рек на протяжении сотен лет — это естественная форма водной эрозии, которая происходила бы независимо от вмешательства человека.

И наоборот, эрозия почвы, усиленная или вызванная нашей деятельностью, может включать в себя что угодно: от наводнений и вызванной ими деградации сельскохозяйственных угодий из-за неправильного орошения до ускоренного таяния ледников вследствие усиления парникового эффекта от загрязнения, вызванного деятельностью человека.

Сложно точно определить причину водной эрозии, учитывая сложные взаимодействия в экологических и физических системах, которые подвергаются ее воздействию, но ясно, что наша деятельность привела к ее общему увеличению, особенно в основных сельскохозяйственных регионах мира.

Однако основной причиной водной эрозии на сельскохозяйственных землях может быть ряд преднамеренных или непреднамеренных действий, таких как неправильное орошение, неподходящее качество и количество удобрений, избыток или недостаток воды, вредные методы выращивания сельскохозяйственных культур и т. д.

Величина этого явления определяется следующими факторами:

1. Характеристики осадков:

Осадки можно считать главной причиной водной эрозии, поскольку большая часть воды циркулирует в круговороте воды в виде дождевых осадков. Кроме того, интенсивность осадков, их количество и сезонное распределение оказывают на это значительное влияние.

Очевидно, что чем выше интенсивность и количество осадков, тем больше вероятность их серьезности. Кроме того, сезонное распределение осадков играет важную роль, особенно в условиях меняющегося климата, поскольку нерегулярные осадки все чаще становятся серьезной проблемой для богарных сельскохозяйственных систем по всему миру.

2. Характеристики водосборного бассейна:

Водосборный бассейн — это территория, имеющая общий сток для текущей воды. Его размер во многом зависит от нескольких характеристик бассейна, таких как его размер, форма и уклон, а также наличие или отсутствие четко выраженного водоотводного канала.

Как уже упоминалось ранее, на участках с большим уклоном вероятность водной эрозии выше, поскольку воздействие воды усиливается действием гравитации. В хорошо дренированном водосборном бассейне вероятность водной эрозии ниже, чем в бассейне без водоотводных каналов.

3. Характеристики почвы:

Почва различается от места к месту, и каждый тип почвы по-разному реагирует на воздействие эрозионной воды. На свойства почвы влияют физические свойства (текстура, структура, пористость и плотность), химические свойства (pH, емкость катионного обмена, содержание питательных веществ) и биологические свойства (наличие или отсутствие растительности, микроорганизмов и почвенной фауны).

4. Атмосферные характеристики:

Климатические и погодные условия региона также вносят существенный вклад в эрозию, вызванную водой. Погодные явления могут влиять на гидрологический цикл, а также на биологический цикл растительности, что, в свою очередь, оказывает на нее воздействие.

Виды водной эрозии

Существует пять основных типов водной эрозии, каждый из которых возникает в результате различных обстоятельств или погодных явлений, и многие из них взаимосвязаны. Некоторые из них более серьезны, чем другие, например, овражная и туннельная эрозия, и все они являются природными явлениями, которые, как мы видим, усугубляются деятельностью человека, особенно в сельскохозяйственных районах.

1. Эрозия, вызванная брызгами воды.

Эрозия, вызванная разбрызгиванием дождевых капель, происходит из-за удара капель о тонкий верхний слой почвы, в результате чего образуется небольшой кратер, который со временем может расширяться. Как правило, отдельные или мелкие частицы почвы удаляются из основной структуры грунта.

Научное объяснение эффекта брызг дождевых капель заключается в том, что движущееся (падающее) тело обладает кинетической энергией, и при ударе эта энергия передается частицам почвы, отрывающимся от земли.

Хотя отдельные явления оказывают меньшее воздействие, чем другие виды водной эрозии из этого списка, именно совокупный эффект бесчисленных дождевых капель делает его значительным. Особенно сильно эрозия, вызванная брызгами, вызывает опасения в районах, где полностью отсутствует растительность.

2. Плоскостная эрозия

Поверхностная эрозия — это эрозия почвы тонкими слоями под воздействием избытка воды, стекающей по поверхности земли в виде потоков. Когда количество осадков или воды на суше превышает способность почвы впитывать воду, вода не может просачиваться в землю и, стекая вниз по склону, уносит с собой тонкий слой почвы.

Поверхностная эрозия определяется как перелив воды по поверхности земли равномерным слоем, размывающий мелкие и легкие частицы, находящиеся в верхнем слое. Поверхностная эрозия связана с образованием оврагов, где интенсивность ливневых осадков превышает способность почвы впитывать воду.

На холмистой или наклонной местности это может привести к накоплению частиц почвы в виде насыпи у подножия склона, что, в свою очередь, может даже вызвать образование борозд в поверхностном слое.

3. Ручейковая эрозия

Подобно тому, как поверхностная эрозия порождает ручейковую эрозию, ручейковая эрозия в конечном итоге приводит к овражной эрозии, если ее не остановить. Ручей можно определить как мелководный канал, образовавшийся в результате водной эрозии, и обычно его ширина и глубина не превышают 30-50 см.

Это начало формирования водотоковых каналов, которые со временем увеличиваются в глубине и ширине, размывая все большую часть грунта. почвенные материалы и несёт его вниз по течению через ручьи.

Обычно они встречаются на холмистых или склонах, а также в местах с голой почвой, подверженных эрозии, таких как вырубленные леса или сельскохозяйственные угодья.

4. Овражная эрозия

Овражная эрозия — это разновидность развитой водной эрозии, которая начинается с образования борозд, углубляющихся до тех пор, пока постепенно не превратятся в глубокие и широкие траншеи, которые гораздо сложнее ремонтировать и крайне непрактичны для сельскохозяйственной техники.

Вода, протекающая по оврагам, также часто имеет худшее качество, поскольку содержит высокую концентрацию осадка и частиц почвы, продолжая размывать ландшафт.

Овраги представляют собой серьезную проблему для продуктивности сельскохозяйственных угодий, а также для любого другого землепользования, поскольку их устранение требует больше времени и усилий, и если их не исправить должным образом и не создать благоприятных условий, они могут разрастаться до такой степени, что вся земля станет непригодной для использования.

В районах, где встречаются разветвленные овраги, серьезной проблемой также является накопление наносов в реках ниже по течению.

5. Эрозия туннелей

Туннельная эрозия — это особый вид подземной водной эрозии, обычно вызываемый проникновением воды в полость подземных слоев, которая затем перемещает частицы почвы от их первоначального местоположения под поверхностью земли, образуя туннели.

Этот тип эрозии очень опасен, поскольку может быть незаметен в течение некоторого времени, но создает нестабильные ландшафты, склонные к обрушению. Туннельная эрозия в основном встречается в определенных типах почв, таких как содосолы, которые имеют нестабильный подпочвенный слой.

Развитие туннельной эрозии происходит, когда вода проникает вглубь почвы через отверстия или трещины, образованные корнями деревьев или по другим причинам. Туннельная эрозия серьезно влияет на водоудерживающую способность почвы.

Борьба с водной эрозией

Это явление проявляется в различных формах и степенях тяжести, и все они приводят к деградации земель и потере их продуктивного потенциала.

Наиболее точные и эффективные решения проблемы водной эрозии зависят от таких факторов, как... топография, Учитывая растительность, атмосферные условия и т. д., существуют некоторые устоявшиеся способы или методы, которые по отдельности или в различных комбинациях могут быть использованы для предотвращения, смягчения или уменьшения воздействия и его последствий:

1. Выберите подходящее землепользование.

Выбор способа землепользования на конкретном участке должен соответствовать типу почвы и ее уязвимости к эрозии. Местоположение, физические и химические характеристики почвы должны определять выбор способа землепользования.

Например, крутые склоны лучше всего подходят для выращивания кормовых культур, а леса являются подходящим вариантом землепользования на малопригодных для земледелия землях с деградированными и малопродуктивными почвами.

2. Поддержание органического вещества

Органическое вещество — это то, что связывает почву воедино. Почвы с более высоким содержанием органического вещества более стабильны, обладают хорошей инфильтрацией и высокой водоудерживающей способностью, что делает их менее подверженными эрозии.

Более того, органические вещества жизненно важны для деятельности микроорганизмов и лучшего роста растительности. Это также помогает почве быть устойчивой к эрозионному воздействию воды. Они особенно эффективны в предотвращении ручейковой эрозии, плоскостной эрозии, туннельной эрозии и т.д.

Поддержание содержания органического вещества обычно требует контроля баланса между скоростью разложения и скоростью накопления органического вещества. Плановые мероприятия, такие как уменьшение нарушения структуры почвы и внесение навоза или оставление растительных остатков, способствуют установлению и поддержанию этого баланса.

3. Создайте защитный слой из растительных остатков.

Оставление растительных остатков на земле для защиты почвы от эрозии является проверенным методом, позволяющим существенно уменьшить эрозию, вызванную дождевой водой. Благодаря этому дождевая вода не контактирует напрямую с почвой и, следовательно, не подвергается эрозии. Кроме того, это также контролирует поверхностную эрозию, уменьшая скорость стока воды.

Образование растительных остатков достигается за счет сокращения обработки почвы или применения метода ресурсосберегающей обработки почвы.

4. Сокращение обработки почвы

Интенсивная обработка почвы применяется в надежде сделать ее более пригодной для земледелия, но при этом она делает почву легко подверженной эрозии. Она нарушает структурную целостность почвы, снижает содержание влаги и делает ее уязвимой для воздействия дождевых капель.

Таким образом, сокращение объема обработки почвы или использование альтернативных методов имеет важное значение для борьбы со всеми видами эрозии.

5. Используйте нулевую обработку почвы или прямой посев.

Нулевая обработка почвы и прямой посев – два эффективных метода борьбы с эрозией почвы, которые часто используются в сочетании для повышения сельскохозяйственной продуктивности земли. При нулевой обработке почвы большая часть растительных остатков равномерно распределяется по площади, а стерня также остается нетронутой.

Прямой посев предполагает высев культурных растений непосредственно на остатки более ранних культур с использованием удобрений и гербицидов вместо обработки почвы для борьбы с сорняками и обеспечения круговорота питательных веществ. Это экономичный и выгодный метод, позволяющий снизить негативное воздействие водной эрозии и одновременно увеличить урожайность.

6. Используйте период сохранения почвы под паром.

Использование залежей оказалось эффективным методом повышения продуктивности земель, позволяя оставлять их бесплодными на один или несколько вегетационных периодов.

Однако случаи умеренной и сильной эрозии часто встречаются на залежных землях, оставленных без растительного покрова, поскольку содержание органического вещества в почве снижается по мере усиления разложения.

Для решения этой проблемы при использовании метода ресурсосберегающего парования растительные остатки остаются в паре, что обеспечивает постоянное поступление органических веществ в почву и сокращает объем обработки почвы.

7. Выращивайте кормовые культуры и используйте севооборот.

Использование севооборота и включение кормовых культур в севооборот существенно снижает водную эрозию на фермах. Многолетние кормовые культуры имеют волокнистую корневую систему, которая защищает почву как сверху, так и снизу.

Правильный выбор времени севооборота, а также лучших сортов культур позволяет ферме поддерживать здоровый круговорот питательных веществ. Чередование бобовых и зерновых культур с кормовыми дает наилучшие результаты в борьбе с вредителями.

8. Для преобразования пастбищ в пастбища используйте прямой посев.

Метод прямого посева культур в дерн помогает избежать трудоемкой вспашки и боронования на пастбищах, сохраняя при этом тот же объем посевов. урожай. Прямой посев можно производить как с помощью дисковой, так и пневматической сеялки.

9. Борьба с сильной эрозией

Хотя применение передовых методов борьбы с обычной водной эрозией эффективно, для контроля таких серьезных случаев, как овраги и сильное заиление, требуются более специализированные меры, такие как:

10. Заросшие травой водотоки

Как следует из названия, заросшие травой водоотводные каналы — это каналы на сельскохозяйственных угодьях, покрытые травой, предназначенные для отвода больших объемов воды с земли в безопасный водоотвод. Водоотводные каналы служат для удаления избытка воды с сельскохозяйственных угодий, не допуская эрозии почвы.

Однако вновь построенные водотоки подвержены разрушению из-за эрозионного воздействия воды. Поэтому поддержание хорошего травяного покрова на водотоках обеспечивает их устойчивость.

Заросшие травой водоотводные каналы должны быть достаточно большими, чтобы отводить пиковые объемы воды от ливней и таяния снега, поэтому следует учитывать как исторические данные, так и размер земель, которые необходимо осушить с помощью канала.

При создании травяного водоотводного канала следует обеспечить небольшой уклон и по возможности придерживаться обычной схемы дренажа.

11. Облицованные каналы

Искусственные каналы, а также естественные овраги помогают отводить избыток воды от сельскохозяйственных угодий. Облицовка каналов матами, которые помогают контролировать эрозию внутри канала, способствует повышению его устойчивости к эрозии берегов и дна.

Облицованные каналы могут быть построены с использованием биологических средств, таких как дерн, камни и трава, а также изготовленных геотекстильных материалов и бетона, которые весьма эффективны в ограничении расширения оврагов и отводе периодически возникающих вод по склонам с уклоном в 10 процентов. Облицованные каналы также помогают поддерживать качество воды ниже по течению.

12. Капельные структуры

Русло, по которому течет вода, редко бывает однородным и плоским. Иногда перепад высот на небольшом расстоянии бывает достаточно большим, чтобы ускорить кинетические и гравитационные силы воды, вызывая эрозию.

В таких местах строятся водосбросные сооружения для безопасного спуска воды на более низкие участки местности. Для этого используются различные типы водосбросных сооружений, такие как вертикальные, цементные и трубчатые. Среди них трубчатые водосбросные сооружения проще и дешевле в строительстве.

13. Поперечное сечение водосбросной конструкции трубы:

Конструкция трубчатых опор также может варьироваться в зависимости от потребностей участка и метода строительства. Простейшие типы трубчатых опор включают прокладку трубы вдоль русла, соединяющего верхний и нижний уровни.

Поток воды концентрируется на входе в трубу, затем вода течет внутри трубы и выпускается обратно в канал через выходное отверстие.

Более сложная конструкция водосбросного трубопровода включает в себя строительство насыпи или водохранилища выше по течению, где вода временно удерживается.

В насыпь встраивается одна или несколько пластиковых труб с небольшими отверстиями, которые служат водозаборами, а их выходные отверстия выходят в расположенные ниже каналы. Таким образом, отвод воды замедляется, а задержка воды выше по течению способствует повышению уровня влажности.

14. Террасирование

На пересеченной местности с крутыми непрерывными склонами террасы являются наилучшим вариантом для борьбы с водной эрозией и вызванными ею оползнями.

Создание каналов на крутых склонах — сложная задача, и естественные водоотводные каналы не могут осушить всю территорию. В результате вода имеет тенденцию течь вдоль склона и через почву вниз по склону. Для регулирования потока воды вдоль контура местности строятся террасы.

15. Поперечный разрез террасы

Создание террас на таких участках приводит к тому, что сточные воды задерживаются террасами, а затем отводятся через каналы, разделяющие террасы.

Строительство террас на склонах включает в себя выемку или удаление грунта для образования каналов и использование этого грунта для создания ровных участков, называемых насыпями, где выращиваются сельскохозяйственные культуры.

Строительство террас — довольно дорогостоящее мероприятие, но, учитывая отсутствие альтернатив на склонах, террасы являются одним из лучших вариантов для их обработки, что дополнительно способствует стабилизации склона и повышению продуктивности почвы.

Примеры водной эрозии

Примеры водной эрозии можно увидеть повсюду вокруг нас. Своеобразная форма холмов и гор является результатом постоянного воздействия воды и ветра. Вот некоторые из примеров:

1. Пещеры: Пещеры — это один из самых удивительных природных ландшафтов на Земле, который в значительной степени формируется под действием текущей воды на протяжении многих лет.

Этот процесс еще больше усугубляется угольной кислотой, содержащейся в карбиде кальция, что может привести к образованию пещер длиной в сотни километров, подобных гигантской пещере в Соединенных Штатах.

2. Эрозия берегов рек: Эрозия берегов реки — это удаление речного материала, находящегося на берегах, под воздействием ударов текущей воды о изгибы речных русел.

Эрозия берегов рек является серьезной проблемой в сельскохозяйственных районах пойменных зон, где ежегодно тысячи акров обрабатываемых земель смываются из-за размывания берегов рек.

3. Каньоны: Одним из самых впечатляющих примеров водной эрозии является Большой каньон, образовавшийся в результате эрозионного воздействия реки Колорадо миллионы лет назад.

Гранд-Каньон и другие каньоны по всему миру являются живописным наглядным воплощением его мощи.

4. Береговая эрозия: Береговая эрозия — это эрозия береговой линии, приводящая к образованию прибрежных скал и регулярному исчезновению прибрежных земель.

Заключение

Вода — мощная сила природы, и её эрозионное воздействие может нанести серьёзный вред общей продуктивности сельскохозяйственных угодий повсюду, особенно на малопригодных для земледелия землях. Хотя причины водной эрозии могут быть как природными, так и вызванными деятельностью человека, существуют определённые факторы, такие как свойства почвы и характеристики осадков, которые определяют её серьёзность.

Кроме того, лучше всего бороться с эрозией как можно раньше, когда обычные методы обработки почвы и внедрение передовых методов ведения сельского хозяйства могут эффективно и экономично контролировать ее. Однако сильная эрозия, вызванная водой или потенциальным риском эрозии, требует других мер, таких как водоотводные сооружения, террасы, засаженные травой водоотводные каналы и облицованные русла.

В заключение, средства борьбы с водной эрозией можно свести к поддержанию хорошего почвенного покрова и структурной целостности почвы. Предотвращение и смягчение ее последствий имеют жизненно важное значение для поддержания сельскохозяйственной деятельности на сельскохозяйственных угодьях.

Часто задаваемые вопросы

1. Какой тип водной эрозии происходит, когда вода течет по склонам по небольшим каналам?

Ручейковая эрозия — это тип эрозии, возникающий, когда вода течет по склонам по небольшим каналам. Она происходит, когда дождевая вода или поверхностный сток образуют в почве небольшие, неглубокие каналы.

Ручейковая эрозия, если ее не контролировать, может стать предвестником более серьезных форм эрозии. Важно внедрять надлежащие методы сохранения почвы для предотвращения и смягчения последствий ручейковой эрозии.

2. Какая сила воды оказывает наиболее сильное эрозионное воздействие?

Наиболее разрушительная сила водного воздействия известна как “поверхностная эрозия”. Она происходит, когда тонкий слой воды течет по большой площади, вызывая отрыв и перемещение частиц почвы.

Поверхностная эрозия может быть особенно разрушительной, поскольку приводит к потере плодородного верхнего слоя почвы. Внедрение мер по сохранению почвы, таких как контурная вспашка и террасирование, может помочь смягчить последствия поверхностной эрозии и защитить землю.

3. Каким образом эродированная почва может попасть в водоём?

Эрозия почвы может привести к попаданию загрязненной воды в водоем в результате процесса, называемого “седиментацией”. При эрозии почвы частицы эрозированной почвы уносятся стоком воды или ветром. В конечном итоге эти частицы могут попасть в близлежащие реки, ручьи или озера, загрязняя воду.

Заиливание представляет опасность для водных экосистем, поскольку может нарушить жизнь водных организмов, снизить качество воды и повлиять на общее состояние водоема. Внедрение мер по сохранению почвы и поддержание растительных буферных зон может помочь уменьшить эрозию почвы и предотвратить заиливание водоемов.