При адаптивно-ландшафтных системах земледелия стабилизирующим фактором плодородия является противоэрозионный комплекс (далее - ПЭК). Для определенной территории ПЭК является важным ограничительным фактором активности эрозионных процессов. Элементы противоэрозионного комплекса - лесные полосы, простейшие гидротехнические сооружения в лесной полосе и межполосном пространстве, которые на 70 процентов снижают активность эрозионных процессов в ландшафтной полосе, аккумулируя мелкозем по границам рубежей первого порядка.
Внедрение организации территории по ландшафтному принципу позволяет значительно сократить потери почвы от эрозии.
Лесные полосы, расположенные на местности поперек основного склона, в среднем за 5 лет наблюдений снизили потери от эрозии в 2,3 раза, дополнительное обвалование по верхней опушке и усиление их валами-канавами и валами с широким основанием в межполосном пространстве сократили потери почвы гумуса от эрозии почти до естественного уровня.
Наряду с противоэрозионными функциями полезащитные лесные полосы оказывают определенное влияние на сохранение и восполнение гумусового фонда в зоне своего влияния.
Статистическая обработка данных, полученных в различных микрозонах области, показала, что под влиянием 50-100 летних лесных полос запас гумуса в зоне их влияния по сравнению с открытым полем вырос на 0,48 процента, или на 24,8 т/га.
Чем беднее по плодородию почвы, на которых растут лесные полосы, тем относительно выше темпы образования органического вещества в почве под лесной полосой и ее шлейфовой зоны. На почвах с высоким содержанием гумуса - порядка 7-8 процентов (I и II микрозоны) относительный прирост гумуса под лесной полосой составил 31,7 процента, в шлейфовой зоне всего лишь 2,7 процента, абсолютный - соответственно 27,1 и 5,2 т/га. На почвах с содержанием гумуса 3-4 процента (III, IV, V микрозоны) прирост гумуса в почве лесной полосы достигает 90,3 процента, а в зоне ее наибольшего влияния - 30,6 процента, или 53,2 и 24,7 т/га.
Создание валов-террас на поле сокращает потери гумуса в 2 раза (3,2 против 6,7 т/га без валов-террас). Минимальные потери гумуса (3,25 т/га) отмечались в варианте поле + валы с широким основанием на поле. Буферные полосы из однолетних и многолетних трав на паровых полях позволили почти полностью локализовать очаги ливневой эрозии. Потери почвы и гумуса на полях с буферной защитой сократились на 70-80 процентов.
Возделывание зерновых, и особенно пропашных культур, усиливает дефицит гумуса почвы в склоново-ложбинных агроландшафтах. За две ротации шестипольного зернопаропропашного севооборота запас гумуса в почве уменьшился на 7,4 т/га.
Наиболее радикальное средство для сохранения бездефицитного баланса гумуса и поддержания продуктивности возделываемых культур в ландшафтных полосах склоново-ложбинных агроландшафтов на экономически выгодном уровне - применение различных удобрений и введение в структуру полевых севооборотов многолетних трав.
Три поля трав в шестипольном зернотравяном севообороте, при размещении их на склоновой пашне, обеспечивают бездефицитный баланс гумуса. В варианте без удобрений за две ротации зернотравяного севооборота запас гумуса вырос на 9,7 т/га. При условии нормального функционирования простейших гидротехнических сооружений, особенно в межполосном пространстве (валов-террас, буферных полос, на паровых полях), внесение минеральных, органо-минеральных и органических удобрений в севооборотах с многолетними травами позволяет проводить воспроизводство органического вещества даже на склоновых почвах.
В зернопаропропашных севооборотах на склоновых землях бездефицитный баланс гумуса можно получить только при внесении на гектар севооборотной площади не менее 10-13 т навоза. Эквивалентные дозы минеральных удобрений в условиях склоново-ландшафтного земледелия без противоэрозионной защиты не дают возможности достичь уравновешенного баланса гумуса.
На большинстве агроландшафтов области с естественными и искусственными водоемами необходимы лесонасаждения для защиты от абразии берегов и крутосклонов, заиливания и загрязнения водоемов. Населенные пункты и производственные объекты области нуждаются в создании лесных насаждений рекреационного и санитарно-гигиенического назначения, защищающих от ветров, снежных и песчаных заносов, зноя, пыли, токсичных газов.
Для получения наибольшего лесогидромелиоративного эффекта создают системы защитных лесонасаждений, часто в сочетании с гидротехническими устройствами и сооружениями. В них с учетом природных условий микрозон, особенностей формируемых агроландшафтов и специализации хозяйств включают различные по назначению насаждения: полезащитные лесные полосы, противоэрозионные (стоко-регулирующие, полосные, колковые, куртинные по оврагам и балкам), вдоль каналов, по водоемам (береговые, по плотинам, водопроводящим ложбинам), для животноводства (пастбищезащитные, прифермские, зонты в местах водопоя и отдыха скота), на песках, вокруг и внутри населенных пунктов.
Полезащитные лесные полосы создают по контуру агроландшафтных массивов, по границам урочищ, полей и рабочих участков. При формировании плакорно-равнинных полевых и склоновых почвозащитных агроландшафтов на плоских водоразделах и пологих склонах крутизной 1-3 градуса основные лесные полосы располагают контурно. А в дефляционно-опасных районах - поперек направления господствующих вредоносных ветров. Расстояния между основными полезащитными лесными полосами при крутизне менее 2-х градусов не должны превышать нормативных.
На песчаных почвах расстояния между лесными полосами в лесостепи - 400 м, степи - 300 м, полупустыни - 150-200 м. Вспомогательные лесные полосы размещают поперек основных на расстоянии до 2000 м, а на песчаных почвах - 1000 м.
Лесные полосы создают 3-5 рядными, шириной до 15 м, продуваемой или ажурной конструкции. Древесные и кустарниковые породы подбирают в соответствии с лесорастительными условиями. В правобережных агроландшафтах целесообразно выращивать дуб черешчатый, березу повислую, лиственницу сибирскую, ясень обыкновенный, тополь (при неглубоких грунтовых водах), сосну (на песках), а в засушливых левобережных районах высаживают вяз приземистый, ясень зеленый.
Стокорегулирующие лесные полосы усиливают противоэрозионными гидротехническими сооружениями (валом, канавой и др.). На межполосных участках полей с учетом смытости почвы размещаются культуры почвозащитного полевого или кормового севооборотов.
На орошаемых мелиоративно-ирригационных агроландшафтах защитные лесонасаждения и гидротехнические устройства создают с учетом способов и техники полива. Расстояния между основными лесными полосами назначаются с учетом их агролесомелиоративного влияния. Этим достигается возможность полива при скорости ветра в открытом поле 10-12 м/с (допустимая скорость ветра для эксплуатации большинства ДМ 5-7 м/с), с уменьшением затрат воды на поддержание микроклимата до 7-10 процентов (без лесных полос такие затраты составляют более 10-30 процентов).
На сильноэродированных землях и крутосклонах формируют лесолуговые и лесокультурные типы агроландшафта, где водоохранные насаждения размещают по берегам рек, озер, прудов, бровкам оврагов и водоподводящим ложбинам, создают колковые и куртинные насаждения. Ширину полос устанавливают с учетом площади водоема и развития эрозии. В насаждения обязательно включают кустарники в качестве илофильтров.
Задачу задержания или безопасного сброса поверхностных вод на балочно-овражных контурно-мелиоративных и крутосклоновых землях решают с помощью гидротехнических сооружений: водозадерживающих и водоотводящих валов, прудов, водосбросных сооружений. Гидротехнические сооружения устраивают из расчета регулирования стока талых вод 10-процентной обеспеченности.
Водозадерживающие валы в балочно-овражном ландшафте чаще всего располагают не выше вершины, а ниже, включая вершинную часть оврага в объем прудов. Строительная высота валов 0,8-3 м, ширина по гребню 1,8-2 м, заложение мокрого откоса 1:2 и сухого - 1:1,5. Водосборная площадь до 10 га.
Противоэрозионные пруды размещают в вершинах балок и оврагов. Они рассчитываются на задержание весеннего стока 10-процентной обеспеченности, с водообходами на пропуск паводковых расходов 5-процентной обеспеченности. Высота земляных плотин до 10 м. Лучше создавать каскад небольших прудов в одном русле. Лучшими грунтами основания плотины являются глинистые и суглинистые почвогрунты мощностью 1,5-2 м. Местоположение прудов выбирают выше населенных пунктов и промышленных предприятий. Пруды используют не только с целью борьбы с эрозией почв, но и для орошения, рыборазведения, водоснабжения и т.д.
Водосбросные сооружения служат для безопасного пропуска ливневых и паводковых вод в овраги и балки. Они применяются на водосборах площадью более 20 га и расчетных расходах 5-процентной обеспеченности более 1м3/с. В качестве сопрягающих сооружений большое применение получили трубчатые водовыпуски.
Водоотводящие валы и канавы защищают выположенные, не закрепленные растительностью участки. Вода по ним направляется на водосбросные сооружения. Высота вала равна 0,6-0,7 м, заложения откосов от 1:2-1:4 до 1:5-1:8. Гидротехнические сооружения часто сочетают с лесными полосами.
Распылители стока (валики высотой 0,3-0,5 м с откосами 1:6-1:10) отводят воду на облесенные участки склона, пересекая под углом местный водораздел ложбины. Валики создают высотой 0,3-0,5 м с откосами 1:6-1:10.
Донные и русловые противоэрозионные сооружения. Для закрепления дна и русел балок и оврагов применяют перепады и запруды. Запруды устраивают после закрепления вершины оврага водосбросными гидротехническими сооружениями. Запруды устраивают прежде всего в верхней, наиболее размываемой части оврага на расстоянии 100-200 м от его вершины. Высота запруд до 0,5 м. Высокие (1-2 м) запруды устраивают реже. Сопрягающие сооружения выполняют различной конструкции из разных материалов: плетневые, фашинные, хворостяные, деревянные, каменные (из наброски), бетонные и железобетонные, а запруды - деревянные, каменные, бетонные.
Коренная мелиорация размытых склоновых земель. Работы по коренной мелиорации земель, разрушенных оврагами, размывами и промоинами, восстановлению плодородия почв проводятся по проектам, составленным на основе топографических, гидрогеологических, гидрологических и прочих изысканий. При этом используются планы М 1:1000 или 1:2000 с высотой сечения рельефа 0,5 м.
Во избежание повторных размывов сначала создают водозадерживающие валы, а затем проводят засыпку оврагов и планировку склонов. Конструктивные параметры водонаправляющих валов и валов - канав рассчитывают на пропуск максимальных расходов ливневых или талых вод вероятностью превышения 10 процентов. Уклон валов или валов - канав принимается таким, чтобы скорости потоков не превосходили размывающей.
Размывы глубиной 0,25-0,30 м ликвидируются вспашкой всвал поперек склона. Размывы большей глубины заравнивают бульдозером. Важной задачей при планировке является сохранение плодородных слоев на поверхности. Овраги засыпают полностью или выполаживают их откосы до заданной крутизны. Уположенные откосы оврагов закрепляют травами (житняк широкополосный, люцерна желтая, донник белый), дерном, плетнями. Широкое применение находит метод террасирования откосов оврагов и балок с последующим облесением террас.