Эрозия почв и наука

«Аграрный сектор» №2 (56) за июль-август 2023 года

В этом году на полях НПЦ зернового хозяйства имени А. И. Бараева мы встретились с учеными из Германии, которые проводили исследовательскую работу по изучению ветровой эрозии с использованием современного научного оборудования. Наша встреча состоялась в поле в самый пик жары (столбик термометра зашкаливал за 30 градусов). К тому же на еще голые поля, где только появлялись всходы, периодически налетали пыльные вихри. Но ученые были даже рады такой погоде: можно было вести исследования в максимально типичных для нашей зоны полевых условиях.

Актуальную тему борьбы с ветровой эрозией мы неоднократно поднимали на страницах нашего журнала и всегда готовы поддержать исследования, которые позволяют понять ситуацию и, самое главное, предотвратить развитие эрозионных процессов и деградацию почв.  

Немецкие ученые ведут изучение влияния систем землепользования на проявление ветровой эрозии совместно с казахстанскими и российскими коллегами уже не первый год. Эта работа проходит в рамках большого международного исследовательского проекта RеKKS. Проект делится на ряд подпроектов, один из которых как раз и реализуется на полях института имени А. И. Бараева и в ряде других регионов Северного Казахстана. Он нацелен на изучение эрозионных процессов и разработку эффективных мер борьбы с ними.

В проекте участвуют как ученые, так и научно-производственные компании Amazone (адаптация сельхозтехники под различные регионы и техника для проведения опытов), Umwelt-Gerate-Technik GmbH (оборудование для научных исследований), Центр экологических исследований Гельмгольца и другие.

Приехав на поле, мы увидели, как устанавливалось оборудование (аэродинамическая труба) и различные приборы для определения и улавливания эрозионно опасных частиц почвы. По ветровому каналу из трубы нагнетался воздух и воздушный поток проносился по поверхности почвы. Таким образом моделировался ветер с различной скоростью, а почвенные частицы, поднятые над поверхностью почвы, улавливались в специальных ловушках. Более полувека назад похожие опыты закладывал на полях института, который тогда назывался ВНИИЗХ, ученый Е. И. Шиятый. И вот пришло время на новом технологическом уровне снова подойти к изучению этого вопроса.

Монтаж аэродинамического канала для изучения эродируемости почвы

Как нам рассказали ученые, в процессе работы аэродинамическую трубу устанавливают в нескольких повторностях, чтобы повысить точность опыта. Изучение проводится на разных фонах: необработанной почве, почве после нескольких обработок различными сельхозорудиями и т. д. Скорость ветра в опыте, свидетелями которого мы стали, изменяли в пределах от 11 до 18 м/с. В лабораторных условиях была рассчитана модель развития эрозионных процессов, и при постановке опыта в полевых условиях она может корректироваться. 

После прекращения работы аэродинамической трубы собранные почвенные частицы используются для дальнейших исследований (определяются их минеральный и агрегатный состав и размеры). Такие измерения проводились на различных фонах поля. Для этого оборудование разбиралось, переносилось и по-новому устанавливалось уже на другом месте.  

На территории НПЦ зернового хозяйства имени А. И. Бараева немецкие специалисты установили метеостанцию, которая позволяет на высоком качественном уровне измерять и анализировать различные метеорологические и почвенные параметры каждые 15 минут. Такие же метеостанции стоят и в других странах мира. По ультразвуку сенсоров измеряется количество выпавших осадков, скорость ветра, температура и влажность воздуха, солнечная радиация, атмосферное давление. На глубинах 10, 30 и 100 см измеряется температура почвы, ее влажность, засоленность, осмотическое давление. 

Герд Шмидт возле метеостанции

Во время поездки мы пообщались с учеными. Доктор наук Герд Шмидт из Института географии и наук о Земле университета имени Мартина Лютера уже многие годы занимается изучением ветровой эрозии почвы в разных странах мира. Он рассказал, что продуктивная работа ученых была бы невозможной, если бы компания UGT (Umwelt-Gerate-Technik GmbH), производитель оборудования для мониторинга окружающей среды, не предоставила оборудование для изучения ветровой эрозии. Благодаря этому моделируются условия и создается ветровой поток с различной скоростью, что позволяет изучить аэродинамические свойства почвы и ее подверженность эрозионным процессам. Герд Шмидт отметил большой вклад в изучение ветровой эрозии ученого Каната Акшалова из НПЦ зернового хозяйства имени А. И. Бараева и руководителя компании Amazone в Казахстане Тобиаса Майнеля. Техника Amazone активно используется не только в производственных работах, но и при закладке полевых опытов. Инженеры и конструкторы компании постоянно совершенствуют ее с учетом природно-климатических условий различных регионов.

– Вы приезжаете в Казахстан изучать эрозию уже не первый год. А в Германии нет ветровой эрозии? – задаю вопрос Герду.

– В таком масштабе, как в Казахстане, нет. Потому что у нас нет паров, на которых она проявляется больше всего, – отвечает ученый. – Помимо агротехнического этому вопросу есть и экономическое обоснование: урожайность на наших полях нередко достигает 70 ц/га. Какой фермер захочет, чтобы его поле пустовало целый год?

Зачастую фермеры могут и не замечать эрозии или не придавать ей большого значения, – продолжает Герд. – С поля может выдуть всего 1 мм почвенного слоя, но это значит, что оно потеряло 10 тонн с гектара самой плодородной почвы. А восстановить ее очень сложно.

Говоря про оборудование, с которым работают ученые, Герд отметил, что оно позволяет измерять частицы почвы менее 1 мкм. Их можно изучать через рентгеновский микроскоп и определять их состав.

Реальная ветровая эрозия (на заднем плане) и эксперименты в аэродинамической трубе (на переднем плане). Фото Морица Коза

Доктор наук, профессор, один из ведущих специалистов в мире по ветровой эрозии Роджер Функ в Казахстане первый раз. Он работает в Институте аграрных ландшафтов имени Лейбница и известен своими научными работами, выполненными по результатам исследований в различных странах мира. Совсем недавно он приехал из Аргентины, где изучал эрозию почв. 

Он отметил, что существуют два основных вида ветровой эрозии: одна вызвана природными явлениями, а другая –чисто антропогенными факторами. Изменения в гранулометрическом составе почв, засухи и дефицит осадков, интенсивная обработка почвы – эти и другие факторы влияют на проявление эрозии во всем мире. Причем в последние 10-20 лет именно антропогенный фактор очень сильно ускоряет эрозионные процессы.

В начале июня всходы пшеницы в Шортанды переживали стресс из-за высоких температур

На наш вопрос, какая эрозия может возникать в Аргентине, если многие фермеры этой страны перешли на технологию No-Till, Роджер ответил, что действительно, нулевая технология внедрена во многих хозяйствах Южной Америки и приносит свои плоды. В последние годы была хорошая цена на зерно сои на мировом рынке, и многие владельцы ферм думали только о доходе, а не о плодородии почв. К тому же немало их сегодня живет в городах и имеет слабую связь с фермой. Проблема в Аргентине заключается в том, что активная химизация привела к тому, что химические загрязнители, смешиваясь с пылью, вызывают серьезные заболевания у людей, особенно болезни органов дыхания, различные аллергии и т. д.

Почва пашни сильно распылена

Пробы эродированных частиц почвы помещаются в стеклянные стаканчики

Мориц Коза является учеником Роджера Функа и выполняет докторскую работу под его руководством. Она посвящена ветровой эрозии в Казахстане. Как нам рассказал Мориц, он изучает проявление ветровой эрозии при различных технологиях в растениеводстве, исследует поведение почвенных агрегатов в зависимости от условий. В Казахстан приезжает с 2018 года и занимается изучением эрозии не только в Шортанды, но и в других регионах (Кокшетау и Павлодар). Его наблюдения показывают, что, помимо антропогенных факторов, на развитие ветровой эрозии влияет и такой естественный процесс, как снеготаяние. В результате водопрочность агрегатов снижается, что приводит к снижению их ветроустойчивости.  

Мириям Марцен – биогеограф, кандидат наук, изучает водную и ветровую эрозию на разных ландшафтах в странах Европы и Африки. Работает в университете города Триер. Кроме этого, изучает влияние пыли и микропластика на здоровье людей.

– Поражают ваши просторы. И у вас очень сердечные люди, – делится впечатлениями Мириям. – Надеюсь, что наши исследования приведут к большему пониманию процессов, связанных с эрозией, – отмечает она.