Как влияют экспозиция и крутизна склона на агротехнические решения

В сельском хозяйстве важно принимать точные и обоснованные агротехнические решения, чтобы эффективно использовать земельные ресурсы и получать устойчивый урожай. Среди факторов, которые влияют на развитие сельскохозяйственных культур, особое место занимают геоморфологические характеристики полей – экспозиция и крутизна склонов. От них зависят микроклимат, влагообеспеченность, интенсивность эрозионных процессов.

Экспозиция склона – это ориентация поверхности относительно сторон света, которая определяет количество солнечной радиации, получаемой участком.

Крутизна склона выражается углом наклона поверхности к горизонтальной плоскости и измеряется в градусах или процентах.

Вместе эти характеристики создают уникальные условия для произрастания культур. Агрономам и фермерам важно понимать, как они связаны с агротехническими мероприятиями.

Экспозиция склона определяет температурный режим почвы и приземного слоя воздуха. Исследования показывают, что разница температур между северными и южными склонами в средних широтах может достигать 5-7°С в течение вегетационного периода. Это создаёт совершенно разные условия для развития культур и требует адаптации агротехнических приёмов.

Для тёплых склонов (южная, юго-восточная, юго-западная экспозиции) характерно повышенное поступление солнечной радиации. На территории России они получают на 15-25% больше тепла, чем равнинные участки. Результат: более раннее прогревание почвы весной, ускоренное снеготаяние и более интенсивное испарение влаги. Поэтому для южных склонов подходят следующие агротехнические решения:

Холодные склоны (северная, северо-восточная, северо-западная экспозиции) получают меньше солнечной энергии, из-за чего микроклимат – более прохладный и влажный. Снежный покров здесь сохраняется на 7-10 дней дольше, а среднесуточные температуры почвы на глубине 10 см могут быть на 2-3°С ниже, чем на южных склонах. Для таких участков характерны:

Промежуточное положение по тепловому режиму занимают восточные и западные склоны , при этом они имеют свои особенности. Восточные склоны быстрее прогреваются в утренние часы, из-за этого растения более эффективно используют утреннюю росу. Западные склоны получают максимум тепла во второй половине дня, это может усиливать послеполуденное иссушение почвы в засушливые периоды.

Крутизна склона во многом определяет интенсивность эрозионных процессов и особенности водного режима почвы. При увеличении крутизны склона с 1° до 5° объём поверхностного стока увеличивается в 3-5 раз, а потери плодородного слоя почвы (гумуса) от эрозии – в 5-10 раз. Это нелинейная зависимость, которая резко усиливается, если превышаются критические значения крутизны.

По крутизне склоны классифицируются так:

1. Субгоризонтальные склоны (0-1°) – наименьшая эрозионная опасность, не требуются специальные противоэрозионные севообороты или специализированная контурная и плоскорезная обработка (хотя такую обработку можно делать для влагосбережения). 
2. Пологие склоны (1-3°) – эрозионные процессы выражены слабо, можно применять обычные агротехнические приёмы с минимальными противоэрозионными мероприятиями.
3. Покатые склоны (3-5°) – умеренная эрозионная опасность, требуется комплекс противоэрозионных мероприятий: оптимальный выбор обработки почвы, направления обработки и сева, водозадерживающие приёмы, направленные в первую очередь на сохранение почвенного покрова.
4. Крутые склоны (5-8°) – высокая эрозионная опасность, рекомендуется вывод из активного сельскохозяйственного использования.

На различных по крутизне склонах скорость поверхностного стока воды сильно различается. При крутизне 2° она составляет около 0,3 м/с, при 5° – достигает 0,7-0,8 м/с, а на склонах с крутизной 10° может превышать 1,5 м/с. Такая скорость потока способна вызывать смыв плодородного слоя почвы объёмом до 15-20 т/га за один интенсивный ливень.

Сложнее всего, когда нужно учитывать совместное влияние экспозиции и крутизны склона. Эти факторы могут как усиливать, так и компенсировать действие друг друга. Например, на крутом южном склоне наибольший риск водной эрозии и дефицита влаги. В то же время пологий северный склон наиболее благоприятен с точки зрения сохранения почвенного плодородия.

При одинаковой крутизне склона (5°) годовой смыв почвы на южном склоне превышает аналогичный показатель северного склона на 30-40%. Связано это с более интенсивным снеготаянием и меньшей защищённостью почвы растительностью в ранневесенний период.

Есть много приёмов адаптации агротехники к условиям склоновых земель. К основным направлениям дифференциации агротехнических решений относятся обработка почвы, севообороты, удобрения и средства защиты растений (СЗР).

На склоновых землях особое значение приобретает направление основной обработки почвы. На склонах крутизной более 3° рекомендуется делать безотвальную и плоскорезную обработку – поперёк склона и под углом предыдущей обработке почвы. Это позволяет снизить смыв почвы на 70-80% по сравнению с обработкой вдоль склона.

На крутых склонах (5-8°) оптимальное решение – мульчирующая безотвальная обработка в сочетании со строгой контурно-мелиоративной организацией территории. Уменьшение эрозии в результате может достигать 75–85% относительно вспашки, однако это эффект не только самой обработки, а всей системы почвозащиты..

Глубина обработки почвы также должна дифференцироваться в зависимости от характеристик склона. На пологих северных склонах допустима более глубокая обработка (25-27 см), в то время как на крутых южных склонах рекомендуется уменьшить глубины обработки до 14-16 см, чтобы минимизировать эрозионные процессы.

Структура севооборотов на склоновых землях должна обеспечивать максимальную защиту почвы от эрозии. На склонах крутизной более 3° должна резко сокращаться доля пропашных культур – например, подсолнечник может терять до 30% урожайности, – и следует делать упор на зерновые культуры и травы. На склонах крутизной более 5° доля многолетних трав в севообороте должна составлять не менее 40-50%, а на особо эрозионно-опасных участках (крутизна более 7°) – до 70-80%.

На южных склонах нужно увеличивать долю озимых культур, которые лучше используют осенне-зимнюю влагу и обеспечивают защиту почвы в весенний период. Замена яровых зерновых озимыми на крутых южных склонах позволяет снизить годовой смыв почвы на 30-40%.

Дозы и сроки внесения удобрений тоже нужно корректировать в зависимости от характеристик склона. На южных склонах эксперты рекомендуют увеличить дозу фосфорных удобрений на 15-20%, чтобы стимулировать развитие корневой системы и повысить засухоустойчивость растений. На северных склонах, наоборот, возрастает эффективность азотных удобрений (на 10-15%) из-за более высокой влагообеспеченности.

Применение СЗР также дифференцируется: на северных склонах нужна усиленная фунгицидная защита (на 20-30% больше обработок), а на южных – особый контроль сорной растительности, которая, как известно, конкурирует с культурными растениями за влагу.

По данным полевых исследований, проведённых в различных почвенно-климатических зонах России, дифференцированный подход к обработке почвы позволяет повысить урожайность зерновых культур на 12-18%, а экономическую эффективность производства – на 15-20%.

Как видно из таблицы, на южном склоне наблюдается снижение урожайности по всем вариантам обработки почвы по сравнению с равнинным участком и северным склоном. При этом на южном склоне наиболее эффективна комбинированная обработка почвы с глубоким рыхлением, которая позволяет накопить больше влаги в глубоких слоях почвы.

Крутизна склона также сильно влияет на экономические показатели сельскохозяйственного производства.

Мы видим, что с увеличением крутизны склона возрастают затраты на противоэрозионные мероприятия и снижается рентабельность производства. Однако своевременное проведение комплекса противоэрозионных мероприятий позволяет сильно сократить потери урожая и добиться экономической эффективности производства даже на крутых склонах.

Сельское хозяйство активно внедряет цифровые технологии для точной оценки характеристик полей и дифференциации агротехнических решений. Геоинформационные системы (ГИС) и технологии точного земледелия позволяют создавать детальные цифровые модели рельефа с точностью до 10-15 см по вертикали.

На основе цифровых моделей рельефа автоматически рассчитываются карты экспозиции и крутизны склонов, которые затем используются при создании карт-заданий для сельскохозяйственной техники. Это даёт возможность дифференцировать нормы высева, дозы удобрений и СЗР непосредственно в процессе выполнения полевых работ.

Применение технологий точного земледелия с учётом характеристик склонов снижает затраты на удобрения на 15-20%, на СЗР – на 10-15% при одновременном повышении урожайности на 8-12%.

О влиянии экспозиции и крутизны склонов на агротехнические решения известно уже довольно много, но остаются нерешённые вопросы, которые требуют дальнейших исследований: