The purpose of the study was to determine the features of erosion processes caused by surface melt water and rainwater runoff. The place of the study is the catchment within the Pryazovia incline plain located in the central part of the Rostov region. Routine research methods were used on temporary and permanent runoff sites. Standard rain gauges and gauging vessels were used to record the rain layer. Soil loss was determined by the volume of delves and the turbidity of the flowing water. Soil properties were determined by the conventional methods in soil science and agriculture. It has been found out during the observation period between 1970 and 2024 that snowmelt water runoff is affected by moisture reserves in the snow, the depth of soil freezing, and the thermal behavior during the snow melting period. Melt water runoff occurs when the soil freezes to a depth of 25–30 cm and the water reserves in the snow are up to 20–50 mm. The runoff coefficient fluctuates within 0.1–0.8 with an average value of 0.4. In the warm period, the runoff depends on the amount of precipitation, rain intensity, degree of projective soil cover with vegetation and the runoff coefficient does not exceed 0.4 with an average value of 0.20–0.30. On dead fallows for soil loss of 20–30 t/ha, the runoff coefficient during showers should be at least 0.29–0.34, the same autumn plowing soil losses from snowmelt are possible with a runoff coefficient of 0.40–0.60. Saturation with suspended soil particles of heavy rain runoff is 60–80 g/L, snowmelt water runoff – 12–18 g/L. Differences in the genesis of erosion processes and the amount of soil run down during meltwater runoff and heavy rainfall are determined by weather conditions, water-physical and chemical properties of the underlying surface. During snowmelt, thaws increase the runoff 1.4–2.7 times, and precipitation 3.7–4.0 times due to the kinetic energy of drops, which accelerate the process of snowmelt and destroy the structure of snow and soil. | Цель исследования – установить особенности проявления эрозионных процессов при поверхностном стоке талых и дождевых вод. Исследования проводились на водосборе в пределах Приазовской наклонной равнины (центральная часть Ростовской области). Использовались общепринятые методы исследования на временных и стационарных стоковых площадках. Для учета слоя дождя использовались стандартные дождемеры и мерные сосуды. Смыв почвы определялся по объему водороин и по мутности стекающей воды. Свойства почвы определялись общепринятыми в почвоведении и земледелии методами. За период наблюдений с 1970 по 2024 г. установлено, что на сток талых вод влияют запасы влаги в снеге, глубина промерзания почвы, температурный режим в период таяния снега. Сток талых вод возникает при промерзании почвы на глубину 25–30 см и запасах воды в снеге до 20–50 мм. Коэффициент стока колеблется в пределах 0,1–0,8 при среднем значении 0,4. В теплый период сток зависит от суммы осадков, интенсивности дождя, степени проективного покрытия почвы растительностью, коэффициент стока не превышает 0,4 при среднем значении 0,20–0,30. На чистых парах для смыва почвы массой 20–30 т/га коэффициент стока при ливнях должен быть не менее 0,29–0,34, такие же потери почвы на зяби от снеготаяния возможны при коэффициенте стока 0,40–0,60. Насыщенность взвешенными частичками почвы ливневого стока составляет 60–80 г/л, стока талых вод – 12–18 г/л. Различия в генезисе эрозионных процессов и величине смываемой почвы при стоке талых вод и выпадении ливневых дождей определяются погодными условиями, водно-физическими и химическими свойствами подстилающей поверхности. В период таяния снега оттепели увеличивают сток в 1,4–2,7 раза, а осадки в 3,7–4,0 раза за счет кинетической энергии капель, которые ускоряют процесс таяния снега и разрушают структуры снега и почвы.

The research purpose is to determine the regularities of melt water runoff and soil erosion on the chernozems of the Rostov region for a long-term observation period of 1970–2021. Field experiments were carried out on slopes on compacted arable land (perennial and winter crops) and loose arable land (autumn ploughing). Measuring of melt water runoff and precipitation during the period of snow melting and soil washout was carried out on the water balance site of the village of Stepnoy in the Rostov region. According to the practical standard, the main physical and water-physical properties of soil during the snow melting period (freezing depth, moisture content of the upper soil layer 0.3 cm, water permeability) were studied. An analysis of the data resulting from the field observations for the period from 1970 to 2021 was carried out for the parameter "snow water reserves before melting + precipitation during the snow melting period". The indicator averaged 47.8 mm over 52 years on compacted arable land and 43.15 mm on loose arable land. The runoff coefficient was higher on compacted arable land and amounted to 0.25 and 0.10, respectively. The land loss over 21 years of observations (2000-2021) reached an average of 4.3 t/ha on compacted arable land, and 10.6 t/ha over the years with surface runoff it was 10.6 t/ha, this indicator increased to 5.9 and 20.7 t/ha on loose arable land, respectively. Long-term studies (52 years) have found that there is a greater accumulation of water in snow on compacted arable land than on loose arable land, while the runoff coefficient was 2.5 times higher on compacted arable land, but the plants retain soil particles on compacted arable land, and land loss on average over the surface runoff years was 10.6 t/ha, while on loose arable land this figure increased to 20.7 t/ha. The mathematical analysis has found a relationship between runoff rate, land loss and water reserves in snow, the depth of soil freezing and water permeability during the runoff has been determined. | Цель исследования - установить закономерности стока талых вод и эрозии почвы на черноземах Ростовской области за многолетний период наблюдений 1970–2021 гг. Были заложены полевые опыты на склонах на уплотненной пашне (посевы многолетних и озимых с.-х. культур) и рыхлой пашне (осенняя вспашка зяби). Учет стока талых вод и осадков в период таяния снега и смыва почвы проводился на водобалансовой площадке п. Степной Ростовской области. По общепринятым методикам изучены основные физические и водно-физические свойства почвы в период таяния снега (глубина промерзания, влажность верхнего слоя почвы 0,30 см, водопроницаемость). Проведен анализ данных, полученных в результате натурных наблюдений за период с 1970 по 2021 г. за параметром "запасы воды в снеге перед таянием + осадки в период таяния снега". В среднем за 52 года показатель составил 47,8 мм на уплотненной пашне и 43,15 мм на рыхлой пашне. Коэффициент стока был выше на уплотненной пашне и составил, соответственно, 0,25 и 0,10; смыв почвы за 21 год наблюдений (2000–2021 гг.) достиг на уплотненной пашне в среднем 4,3 т/га, а за годы с проявлением поверхностного стока 10,6 т/га; на рыхлой пашне этот показатель увеличился до 5,9 и 20,7 т/га соответственно. Многолетними исследованиями (52 года) установлено, что на уплотненной пашне наблюдается большее накопление воды в снеге, чем на рыхлой пашне, при этом коэффициент стока был в 2,5 раза выше на уплотненной пашне, но на уплотненной пашне растения удерживают частицы почвы и смыв почвы в среднем за годы с проявлением поверхностного стока составил 10,6 т/га, а на рыхлой пашне этот показатель увеличился до 20,7 т/га. Методами математического анализа установлена взаимосвязь между величиной стока, смыва почвы и запасами воды в снеге, глубиной промерзания и водопроницаемостью почвы в период стока.

The purpose of the research is to determine patterns of formation of hydrographic network elements depending on the melt-and rainwater runoff and soil losses. The studies were carried out in the upper reaches of the Bolshoy Log gully system, which is a part of the land use of the experimental farm "Polevoy" of the Federal Rostov Agrarian Research Center, with an area of 2070 ha, of which more than 70% is arable land. Soils are ordinary chernozems of varying erosion degrees. The standard research methods on runoff sites and the method of pins were used. Within the catchment area, the amount of runoff and hydraulic indicators of water courses are greatly influenced by the agricultural background and the soil surface condition from which melt water flows, and the intensity of erosion processes is influenced by the depth of soil freezing, the moisture content of topsoil, water storage in snow, snowmelt intensity. The water sprays are concentrated along the gullies, where the soil is washed out over time, and they pass into the category of hollows, then into ravines and gullies, forming a hydrographic network in the gully-ravine catchment area. The most intensive runoff of meltwater in different years reached the following values: in 1988 – 33.8 mm, 2003 – 63.9 mm, 2006 – 24.6 mm, 2014 – 14.3 mm, 2017 –19.3 mm, 2023 – 10–14 mm. In the sites with reclamation protective forest plantations and hydraulic structures, the runoff was by 5–12 mm less than in the control and it retained in the forest belt. The mathematical data analysis made it possible to determine the relationship between the runoff rate and soil loss in the gully-ravine catchment, depending on the distance from the watershed. On the gully-ravine catchment, a rainsheet smoothly turns into a linear one and forms hollows and ravines. The final link of the catchment area is ravines and gullies. During the peak meltwater periods the water flow velocity on flat sections of the slope is 0.33–0.46 m/s, and along the hollows – 0.57–0.83 m/s. | Цель исследований - установить закономерности образования элементов гидрографической сети в зависимости от стока талых и дождевых вод и смыва почвы. Исследования проводились в верховье балочной системы Большой лог, входящей в состав землепользования опытного хозяйства "Полевой" Федерального Ростовского аграрного научного центра. Площадь участка составляет 2070 га, из них более 70% приходится на пашню. Почвы представлены черноземом обыкновенным различной степени эродированности. Использовались общепринятые методы исследований на стоковых площадках и метод шпилек. В пределах водосбора на величину стока и гидравлические показатели водных потоков оказывают большое влияние агрофон и состояние поверхности почвы, с которой стекает талая вода, а на интенсивность эрозионных процессов оказывают влияние глубина промерзания почвы, влажность верхнего слоя, запасы воды в снеге, интенсивность снеготаяния. Струи воды концентрируются по потяжинам, на которых со временем смывается почва, и они переходят в категорию ложбины, далее в овраги и балки, формируя гидрографическую сеть на овражно-балочном водосборе. Наиболее интенсивный сток талых вод в разные годы достигал следующих величин: в 1988 г. – 33,8 мм, в 2003 г. – 63,9 мм, в 2006 г. – 24,6 мм, в 2014 г. – 14,3 мм, в 2017 г. – 19,3 мм, в 2023 г. – 10–14 мм. На участках с мелиоративными защитными лесными насаждениями и гидросооружениями сток был на 5–12 мм меньше, чем на контроле, и задерживался в лесной полосе. Математический анализ данных позволил установить взаимосвязь величины стока и смыва почвы на овражно-балочном водосборе в зависимости от удаленности от водораздела. На овражно-балочном водосборе плоскостной смыв плавно переходит в линейный и образует ложбины, лощины. Конечным звеном водосбора являются овраги и балки. В пиковые периоды стока талых вод скорость водных потоков на ровных участках склона составляет 0,33–0,46 м/с, а по ложбинам – 0,57–0,83 м/с.

The purpose of the work is to determine erosion-safe values of emitter flow rate and drip irrigation duration using southern chernozems as an example and to develop a justification technique of these parameters. The experimental base of the scientific work was made up of field research materials performed at four test sites, the soil cover of which is southern chernozem. The following influence factors are considered: aggregate-size distribution, minimum moisture capacity, soil compactness, pre-irrigation and post-irrigation soil moisture. The condition of formation of puddles with a diameter of 0.1 m on the soil surface was adopted as a criterion for determining the maximum values of emitter flow rate and drip irrigation duration. The effect of soil conditions and drip flow on the depth of the moistening contour was studied step by step; the effect of soil conditions and drip flow on the amount of pre-drain duration of drip irrigation; the effect of pre-irrigation soil moisture on the amount of allowable drip flow. In the process of analyzing the results of experimental studies, the presence of a close relationship between the erosion-safe value of the emitter flow rate and the considered factors of influence was determined, and empirical dependencies describing this relationship were obtained. Comparison of the drip irrigation parameter values calculated according to the obtained empirical dependencies with the experimental values showed a deviation of no more than 10%. The technique for determining erosion-safe values of the emitter flow rate and the duration of drip irrigation that correspond to the conditions and parameters of drip irrigation, based on the established dependencies, has been developed. The theoretical testing of the technique on typical examples of drip-irrigated areas has shown its operability and acceptability for practical use. | Цель работы - исследование эрозионно безопасных значений расхода капельницы и продолжительности капельного полива на примере южных черноземов и разработка методики их обоснования. Экспериментальную базу научной работы составили материалы полевых исследований, выполненных на четырех опытных площадках, почвенный покров которых представлен южными черноземами. Рассмотрены следующие факторы влияния: гранулометрический состав, наименьшая влагоемкость, плотность почвы, дополивная и постполивная влажности почвы. В качестве критерия при определении предельных значений расхода капельницы и продолжительности капельного полива принято условие формирования на поверхности почвы лужиц диаметром 0,1 м. Поэтапно изучали влияние почвенных условий и расхода капельницы на глубину контура увлажнения; влияние почвенных условий и расхода капельницы на величину достоковой продолжительности капельного полива; влияние дополивной влажности почвы на величину допустимого расхода капельницы. В процессе анализа результатов экспериментальных исследований установлено наличие тесной корреляционной связи между эрозионно безопасным значением расхода капельницы и принятыми к рассмотрению факторами влияния и получены описывающие эту связь эмпирические зависимости. Сопоставление рассчитанных по полученным эмпирическим зависимостям значений параметров капельного полива с опытными значениями показало отклонение не более 10%. На основе установленных зависимостей разработана методика определения эрозионно безопасных и соответствующих условиям и параметрам капельного полива значений расхода капельниц и продолжительности капельного полива. Теоретическая апробация методики на характерных примерах капельно орошаемых участков показала ее работоспособность и приемлемость для практического применения.

The research purpose is to determine the amount of soil loss depending on rainfall intensity under various crops and agricultural backgrounds, including applying soil protection methods and measures. Field experiments were conducted at a stationary site located in the Rostov region on ordinary chernozems in the period of 1973-2021. The field experiments were established on slopes covered with various agricultural crops and having bare fallow field. Artificial sprinkling, considering the soil loss by measuring rain channels, visual and instrumental observations for the amount of soil projective cover by plants were applied. Study of the water-physical properties of soils was carried out according to generally accepted methods. According to the results of field observations from 1973 to 2021 and artificial sprinkling during the experiments, the dependence of the amount of soil loss on bare fallow and in crops on rain intensity was established. A grouping of crops according to erosion resistance was fulfilled; correction factors for soil loss were derived depending on the degree of projective soil cover by plants. The factors has been revealed, due to which the soil loss control is carried out due to the contour-strip cropping of bare fallow and row crops with continuous seeding crops. The bulk of soil from lost erosion during rain showers reaches 65.5 t/ha on fallow fields, 38.6 t/ha on row crops and 0.3–2.4 t/ha on perennial grasses, depending on the surface slope, the value of projective soil cover by plants, applied soil protection methods, agrotechnical measures and agricultural backgrounds, creation of a nanorelief on the surface of bare fallow and inter row-spacing of row crops. | Цель исследования - установить величину смыва почвы в зависимости от интенсивности ливней под различными с.-х. культурами и агрофонами, в т. ч. при применении почвозащитных приемов и мероприятий. Полевые опыты проводились на стационарном участке в Ростовской области на черноземах обыкновенных в период 1973–2021 гг. Материалы и методы исследований: закладка полевых опытов на склонах с различными с.-х. культурами и чистым паром, искусственное дождевание, учет смыва почвы методом замера водороин, визуальные и инструментальные наблюдения за величиной проективного покрытия поверхности почвы растениями. Изучение водно-физических свойств почв по общепринятым методикам. По результатам натурных наблюдений с 1973 по 2021 г. и искусственного дождевания в опытах установлена зависимость величины смыва почвы на чистом пару и в посевах с.-х. культур от интенсивности дождя. Осуществлена группировка сельхозкультур по противоэрозионной устойчивости, выведены поправочные коэффициенты на смыв почвы в зависимости от степени проективного покрытия почвы растениями. Выявлено, за счет каких факторов осуществляется защита почв от смыва при контурно-полосном размещении чистого пара и пропашных с культурами сплошного сева. Масса смытой почвы от эрозии при ливневых дождях достигает 65,5 т/га на парах, 38,6 т/га на пропашных культурах и 0,3–2,4 т/га на многолетних травах, зависит от уклона поверхности, величины проективного покрытия почвы растениями, применяемых почвозащитных приемов, агротехнических мероприятий и агрофонов, создания нанорельефа на поверхности чистого пара и в междурядьях пропашных культур.

Цель работы - исследовать интенсивность проявления эрозионных процессов под различными с.-х. культурами и агрофонами на склонах при выпадении ливневых дождей. Методы: закладка полевых опытов на склонах с основными с.-х. культурами и чистым паром, учет смыва почвы методом замера водороин, визуальные наблюдения за величиной проективного покрытия поверхности почвы растениями, изучение основных физических и водно-физических свойств пахотного слоя. Проанализированы данные натурных наблюдений за период с 1973 по 2021 г. за смывом почвы при выпадении ливневых дождей под различными с.-х. культурами, чистым паром, агрофонами в зависимости от крутизны склона, величины проективного покрытия поверхности почвы растениями, способов обработки почвы. Установлено влияние механического воздействия орудий и механизмов при уходе за чистым паром на агрофизические свойства пахотного слоя и их влияние на смыв при выпадении ливней с различным количеством осадков. Смыв почвы при ливнях под различными с.-х. культурами находится в зависимости от величины проективного покрытия почвы растительным покровом. После уборки зерновых колосовых и зернобобовых культур обработка почвы даже на глубину 10–12 см существенным образом снижает эрозионные процессы от ливневых дождей. Смыв почвы при выпадении ливней зависит от суммы осадков за один дождь, уклонов поверхности, величины проективного покрытия поверхности почвы растительным покровом, способов обработки почвы в послеуборочный период. | The purpose of the work is to investigate the magnitude of erosion processes under various crops and agricultural backgrounds on the slopes during heavy rains. The methods are establishment of field experiments on slopes with main crops and dead fallow, registering the soil washout by measuring gullies, visual observations of the value of the projective cover of soil surface by plants, studying the main physical and water-physical properties of top soil. The data of field observations for the period from 1973 to 2021 of soil washout during heavy rains under various crops, dead fallow, agrobackgrounds are analyzed depending on the steepness of the slope, the magnitude of the projective cover of soil surface by plants, and the tillage techniques. The influence of the mechanical action of tools and mechanisms during dead fallow handling on the agrophysical properties of top soil and their influence on the washout during heavy rains with different precipitation amounts has been established. The soil washout under various agricultural crops during heavy rains depends on the size of the projective soil cover with vegetation. After harvesting cereals and leguminous crops, soil tillage even to a depth of 10–12 cm significantly reduces erosion processes derived from heavy rains. Soil washout during heavy rains depends on the amount of precipitation per one rain, surface slopes, the amount of projective cover of the soil surface with vegetation, tillage methods applied in the post-harvest period.