Поиск

Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие
18.11.2015

Пыль в окружающей нас среде имеет сложное происхождение. Космическая пыль и пыль вулканических извержений порой может вызывать значительное охлаждение планеты. Штормы и прибои поставляют солевую пыль океанического происхождения. Ho преобладает в нашу эпоху пиль, образовавшаяся на суше при выветривании горных пород, и особенно пыль антропогенного происхождения. Одно из последних обобщений по этому вопросу дано Брайсоном. Он приводит следующие данные Робинзона и Робинса: ежегодно поступает в атмосферу вулканической пыли 4*10в6 T, пыли антропогенной 296*10в6 т, т.е. на 2 порядка больше. К этим цифрам Брайсон добавляет свои подсчеты;40-60*10в6 т (дым) и 100-250*10в6 т от пыльных бурь (дефляции) и обработки почв. Подтверждают положение о колоссальном антропогенном запылении земной атмосферы и данные рис. 24.
Безлесность, отсутствие древесных и кустарниковых насаждений и опушек, сплошная распаханность на десятки и сотни километров, бесструктурность и распыленность почв, утративших в сельскохозяйственной культуре гумус и разрушенных выпасами или тяжелыми машинами, в засушливые периоды крайне способствуют ветровой эрозии, пыльным бурям, дефляции почв.
Вырубка лесов способствует некоторому потеплению климата, усилению альбедо, уменьшению влажности воздуха и учащению пыльных бурь и эрозии почв. Считается, что вырубка леса в Приамурье повысила среднегодовую температуру на 0,6°С.
Это установлено и для тропических лесов Африки и Южной Америки.
Д.В. Наливкин отмечает, что, по данным Оливера, военные действия 40-х годов очень усилили местные пыльные бури "хамсины" в Египте: с 8 бурь в год их число увеличилось до 40-50 в 1941-1942 гг. Ho после прекращения военных действий и по мере восстановления растительного покрова "число бурь в 1944-1945 гг. снова упало до 11" в год. Пыльные бури, продолжающиеся по нескольку дней, способны унести слой почвы в 15-20 см, разрушить поля и уничтожить посевы на площади в десятки и сотни миллионов га. Ежегодно до 500 млн. т пыли вовлекается В атмосферу.

Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие

В дельте Нила за 2600 лет был выдут ветром слой почвы в 8 футов. Около 850 млн.т почвенной пыли уносится ежегодно ветрами с запада США. Пыльные бури, увеличиваясь по силе и частоте, разрушили незащищенные почвы огромных сельскохозяйственных территорий и пастбищных земель Азии, Южной Европы, Африки, Южной и Северной Америки, Австралии. Частые пыльные бури и ветровая эрозия становятся национальным или региональным бедствием, которое может привести местную экономику к глубоким потрясениям.
Начальная подвижность песка и пыли зависит от размеров частиц и скорости ветра:
Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие

На голой поверхности транспортирующая энергия ветра, как правило, увеличивается в 2-3 раза более интенсивно, чем возрастает его скорость.
Растительный покров, травяной пласт, дёрн и корни, агрегирование мелкозема оказывают сильнейшее защитное действие против влияния ветра и дефляции.
Крупные микроагрегаты и частицы почвы (1-0,25 мм) выпадают вблизи источника выноса, образуя дюны и барханы вокруг случайных препятствий. Тонкие частицы (микрон и меньше) уносятся на высоту 4-10 км и на тысячи километров вдаль, образуя так называемую "мглу" и сухой туман. Тонкая пыль из Азии достигает Европы, Америки и уносится в Тихий океан.
Экспериментальные исследования в поле и на моделях в аэродинамической трубе показали, что скорость ветра, при которой происходит значительный отрыв и вынос частиц и микроагрегатов, составляет не меньше 4-5 м/сек в трубе и 8-14 м/сек в атмосфере на высоте 10 м. Эти и больше скорости разрушительны для тонко-песчаных и супесчаных почв. Заметно подвержены дефляции мелко-агрегированные карбонатные суглинистые черноземные почвы. Частицы и агрегаты, наиболее податливые ветровой эрозии и уносу, для почв Украины колеблются в пределах d = 0,2-0,6 мм. Распыление почв при обработке и вследствие потерь гумуса и особенно гуминовых кислот увеличивает податливость почв пыльным бурям. Плотные, компактного сложения глыбистые почвы (солонцы, такыры, солонцеватые, влажные луговые почвы под покровом растений) мало податливы ветровой эрозии.
По данным В.Я. Григорьева, М.С. Кузнецова, Г.П. Глазунова, для условий Узбекистана установлены следующие критические скорости (м/сек) ветра: для супесей - 9,3; для легких суглинков - 24,0; для суглинков - 36,0. Разрушение агрегатов колесами трактора или культивацией уменьшает эти показатели в 1,5-2 раза.
Высокая карбонатность черноземов, каштановых почв, сероземов увеличивает их податливость разрушению и дефляции. По-видимому, большая карбонатность придает структуре порошистый, измельченный характер. Опыт Казахстана показывает, что устойчивые против дефляции почвы характеризуются преобладанием в их структурном составе фракций от 1-2 до 10 мм и крупнее.
Материал, перенесенный и переотложенный ветром, представлен обычно фракцией менее 1 мм.
Потери почв от ветровой эрозии составляют в наиболее катострофические годы до 300-400 т/га. В то же время "нормальная" эоловая дефляция выражается величинами 2-3 т/га в год. Это составляет примерно 0,2-0,3 мм/год. Пыльные бури на Украине обычно бывают поздней весной и летом, хотя они наблюдаются и в другие сезоны года. Чаще всего пыльные бури на Украине вызываются ветрами со скоростью 11-16 м/сек. При ураганах скорость ветра достигает 23-28 м/сек, что может продолжаться от нескольких часов до нескольких дней. Такие бури случаются через 4-5 лет.
Джексон и сотрудники следующим образом определили условия возникновения пыльной бури: а) сильное нагревание почвы, б) сильный восходящий поток воздуха, в) возрастающий градиент горизонтального давления, г) импульс подъема. Совпадение этих условий чаще бывает весною, когда возникают перегрев почвы, восходящие струи и потоки циклонического типа и штормы. Бесструктурная, оголенная, перекрытая и сухая почва увлекается в потоки воздуха, и ее тонкие частицы уносятся на огромные расстояния. Так, пыльные штормы, "атакующие" Северо-Американский континент приходят со стороны Тихого океана. В последующем пыльный шторм несет массы пыли с Американского континента в Атлантику и Европу (рис. 25). Плодородие оставшейся после дефляции почвы сильно снижается. Урожаи гибнут. Мельчайшая пыль из Монголии, с Украины, Африки или Ирана, как установлено, может быть унесена в Италию, Скандинавию или даже Англию. Чем более плоская поверхность поля, чем меньше на ней препятствий (кустарников, деревьев), тем больше будет скорость ветра (на 30-40% выше, чем при наличии растительности) и его разрушительная сила.
Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие

Влажность почвы, неровности ее поверхности, растительность и мульчирующие материалы, уменьшая скорость ветра, уменьшают и дефляцию полей. Джексон и сотрудники считают, что высокое содержание пыли (аэрозолей) в воздухе (до 300-600 мкг/м3) может иметь охлаждающий аффект в атмосфере, усиливать аридизации и влиять на циклонические штормы общепланетарного межконтинентального масштаба. Допускают охлаждающий аффект атмосферной пыли и другие исследователи. А. Рапп, собрал опубликованные и неопубликованные данные по содержанию в атмосфере пыли из Сахелийской Африки. Над Барбадосом было обнаружено, что содержание пыли в воздухе (г/м3) из года в год растет:
Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие

Максимальная концентрация пыли приходилась на высоту 1500-3700 м.
А. Рапп и другие ученые предполагают, что до 25-37 млн.т африканской почвы уже унесено в Атлантический океан.
Засухи, дефляция, пылевые потоки и облака в атмосфере и роль этих явлений в климате должны стать предметом специального изучения и постоянных наблюдений.
Используя хронологические и статистические данные Д.В. Наливкина о различных катастрофических природных явлениях в прошлом, мы получили следующую весьма тревожную картину возрастания частоты пыльных и песчаных бурь на Земле (табл. 9, рис. 26).
Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие

Совершенно очевидно, что значительный рост частоты пыльных и песчаных бурь в XIX и особенно в XX в. связан с уничтожением лесов, кустарников и травянистой растительности, а также с распашкой громадных территорий. Сказался и процесс аридизации суши, отмеченный наш выше. Здесь представлены сведения лишь о самых крупных, катастрофических пыльных бурях. Ho в условиях нарушенного растительного покрова в пустынях Центральной Азии, по исследованиям Н.Н. Романова, Н.С. Орловского (заимствовано у Д.В. Наливкина), общее число пыльных бурь достигает в год 360-800. Иногда в течение суток может быть 2-3 местных бури, смерча или вихря, раз рушащих оголенные почвы и пески. В Ираке ежегодно насчитывается от 6 до 63 пыльных бурь.
Пыльные бури, увеличение их частоты и земледелие

Сплошная распашка обширных территорий и введение при этом черных паров в Приазовских и Приднепровских степях привели к тому, что повторяемость черных пыльных бурь за последние 30 лет достигла 17, т.е. 56,6% (из 10 лет 6 - с пыльными бурями). Подсчитано, что каждый гектар потерял здесь по 370 т мелкозема, т.е. значительную часть пахотного горизонта. Посевы озимой пшеницы погибали на площади свыше 1 млн/га; урожаи не удавалось поднять выше 19 ц/га. Только после осуществления комплекса противоэрозионных мероприятий (минимум черных паров, безотвальная вспашка, полосное размещение, посевы стерневыми сеялками) урожаи зерновых удалось поднять до 31-38 ц/га.
В США около 70 млн. акров земель страдают от сильновыраженной ветровой эрозии и частых пыльных бурь. Территория Великих Равнин США имеет суровую историю пыльных бурь. С 1854 по 1964 г. здесь было 13 периодов крупных пыльных бурь. Во время таких периодов число локальных пылевых штормов иногда достигало 40-120. С тех пор в среднем в год и поныне около 2,7 млн/га повреждается от ветровой эрозии.
Итак, пыльные и песчаные бури, с одной стороны, являются следствием аридизации, засушливости климата и разрушения растительного покрова и почвенной структуры человеком. Ho, с другой стороны, они сами усиливают отрицательный эффект климатических засух, снижают почвенное плодородие и физически уничтожают почвы и урожаи растений.
Одним из наиболее серьезных отрицательных последствий ветровой эрозии является постоянная потеря гумусовых запасов в верхнем горизонте почвы. Из-за этого содержание азота, фосфора, калия, редких элементов, активных микроорганизмов в оставшейся эродированной части почвы уменьшается во много раз. Структура и гидрофизические свойства выдутой почвы очень бедны. Очень часто вздутые почвы оказываются покрытыми слоем камней (панцирь).
Северо-Африканская и Сахелийская части Африки могут послужить примером описанного явления, обострившегося за последние годы.
Неполивное земледелие в Африке (пшеница, ячмень) сочетается с кочевым выпасом скота. Обе формы хозяйства проводятся чрезвычайно архаичными методами без использования удобрений и современной техники. Это и влечет за собой истощение, выдувание и засоление почв, низкие урожаи зерна и весьма низкую продуктивность скота. Подобная ситуация наблюдается и в странах Латинской Америки. Пыльные бури в Мексике становятся все сильнее, и дефляция разрушает миллионы гектаров земель, занятых под неполивное земледелие.
Меры по контролю ветровой эрозии заклинаются в правильной организации учета количества скота и сезонов выпаса.
Эти меры помогут восстановить нормальный или, по крайней мере, улучшенный растительный покров и дадут возможность ослабить ветровую эрозию. Возделывание трав иногда бывает даже более эффективным, чем насаждение лесных полос в качестве защиты от эрозии.
Склоны в 30-40° при отсутствии на них растительного покрова подвергаются сильной ветровой и водной эрозии. Ho склоны даже в 50-60°, если они имеют растительный покров, находятся в безопасности и не подвергаются деградации.
Опыт России, США, Мексики показал, однако, что к наиболее эффективным мерам борьбы с ветровой эрозией следует отнести: полезащитные полосы (ветроломы) и выращивание культур полосами, чередующимися с травами. Расстояние, на которое оказывается защитное действие ветроломных полос в отношении ветра, почв и урожайности, прямо пропорционально их высоте (H),: перед полосой - 9 х Н, позади полосы - 30 х H.
Периодическое внесение навоза, органических остатков и зеленые удобрения весьма значительно улучшают структуру почв, ослабляют ветровую эрозию почв, уменьшают испарение влаги и иссушение почв. Эти приемы должны сочетаться с определенным севооборотом и контролируемым выпасом (ротация).
Очень результативным в борьбе с ветровой эрозией на пахотных землях оказалось постепенное создание глубокого проницаемого структурного горизонта почвы, способного абсорбировать дождевую влагу и уменьшать ее испарение. Этого можно достичь путем подпочвенного рыхления уплотненных горизонтов до глубины 30-40 см, а иногда и рыхлением всего почвенного профиля до 70-80 см специальными машинами (опыт России, Алжира, ФРГ).
Сочетание лесоводства и возделывания сельскохозяйственных растений, лесоводства и выпаса скота в соотношениях, удовлетворяющих требованиям различных экологических условий, - важный принцип охраны почв и выгодной длительной эксплуатации земельных угодий. Создание хотя бы небольших пятен древесных насаждений всегда полезно для улучшения местного микроклимата, ослабления ветровой эрозии, получения древесины или плодов (оливы, фисташка, миндаль, фиг, инжир, цитрусовые).
Подводя итоги советского и мирового опыта "сухого" земледелия и предотвращения ветровой эрозии, можно назвать следующую систему рекомендаций.
1. Глубокое безоборотное рыхление почв, при котором мало затрагивается поверхностный гумусовый горизонт и сохраняется стерня (и, если возможно, солона)для мульчирования почвы и ветрозащиты (система безотвальной обработки почв).
2. Подпочвенное рыхление и разрушение уплотненного горизонта, что увеличивает инфильтрацию и уменьшает испарение влаги.
3. Осторожное боронование почв, позволяющее уменьшить капиллярное движение воды и ее испарение.
4. Регулярное внесение навоза, компостов и использование бобовых в севообороте или в виде второй (после уборки основной) культуры в качестве зеленого удобрения. Это ведет к увеличения содержания гумуса в почвах, к улучшению почвенной структуры и гидрофизических свойств.
5. Полосно-контурная организация полей и чередование высокостебельных культур, зерновых, трав, паров. Это ослабляет скорость воздушных и водных потоков, удерживает мелкозем вокруг растений.
6. Разумное ограничение площади посевов пропашных растений.
7. В очень сухой климате ограничение использования азотных удобрений и применение на 20-30% полей черных паров.
8. Внедрение в культуру засухоустойчивых, быстрорастущих (обгоняющих засуху) растений, например разновидностей проса, сорго, ячменя, пшениц, некоторых бобовых.
9. Создание ветроломных экранов и полос (хотя бы однорядных) из засухоустойчивых и солеустойчивых древесных (оливы, фисташка, акация, гледичия, шелковица, финиковые пальмы, Тамариск, агава, юкка, опунция и др.).
10. Сооружение простейших водоемов, прудов, небольших водохранилищ.
11. Рациональное сочетание участков леса, сельскохозяйственных угодий и пастбищ в ландшафтах.
12. Высокий уровень агрономических знаний и научное понимание требований экологии, растений и почв.