Лекції 1-2. Загальна концепція формування екологічно сталих і високопродуктивних агроландшафтів в умовах небезпеки ерозії і посух

4. Коротка довідка про історію досліджень процесів ерозії і заходів захисту від них

Наука про ерозію ґрунтів має свою історію, яка, певно, дорівнює періоду свідомого життя людства (Мірцхулава, 2000). Питання ерозії земель турбувало людство із самого початку його існування. Саме тоді почали формуватися методи охорони земель. Історія вивчення ерозійних процесів і боротьби з ними серед вітчизняних вчених уперше найбільш повно викладена у монографії С.С.Соболєва (1948).

Перші наукові відомості про ерозію ґрунтів на території України надав грецький вчений Геродот. Саме він засвідчує землеробське використання Півдня України ще до народження Христа, вказуючи на існування вже тоді такого загрозливого явища як ерозія ґрунтів. Проблема ерозії знайшла свій відбиток і у працях вченого М.В. Ломоносова, який у роботах 1751-1763 рр. фактично вперше сформував науковий підхід до розв’язання цієї проблеми. У другій половині XVIII століття і в першій XІХ століття видатними вченими та фахівцями (М.І.Афонін, С.Леслі, А.Т.Болотов, В.Я.Ломиковський) була опрацьована низка заходів щодо регулювання й утримання повеневих і зливових вод на полях, запропоновані заходи боротьби з яружною ерозією, закладені основи агролісомеліорації.

В середині XІХ століття В.О.Кіпріяновим виявлений механізм зародження та росту ярів, визначені фази їх розвитку. В цей час О.Гроссул-Толстим покладений початок вивченню географії ерозійних процесів. У другій половині XІХ століття провідна роль у розробці методів захисту ґрунті від ерозії і, обумовленою нею посухою, належить А.М.Шишкіну, який опрацював комплекс заходів щодо затримання зимових опадів і талих вод на полях, боротьби з формуванням корки на поверхні ґрунту.

Наступний період розвитку досліджень ерозійних процесів тісно пов’язаний з роботами і життям В.В. Докучаєва – засновника ґрунтознавства як науки й вчення про меліорацію ландшафтів. Питання ґрунтової ерозії знайшли своє відображення вже в перших його наукових роботах (“Яри і їх значення”, 1977; “Способи формування річних долин Європейської Росії”, 1978). В узагальненому і систематизованому вигляді вони викладені в його класичній праці “Російський чорнозем” (1883), у звітах Нижегородської й Полтавської експедицій (1882-1884) і загальновідомій книзі “Наші чорноземи дотепер і зараз” (1892). Чимале значення для пізнання закономірностей ерозії ґрунтів мають дослідження В.В. Докучаєва щодо впливу рельєфу на змив і акумуляцію седиментів. Він визначив, що на крутих схилах під впливом атмосферних опадів відбувається збіднення ґрунтів на гумус, глинисті матеріали, елементи поживних речовин і збагачення на грубий скелетний матеріал. Гумус і дрібнозем, що змиті зі схилів, відкладаються біля них.

У розвитку знань про ерозію ґрунтів і заходи боротьби з нею суттєве значення мають роботи видатного вченого - ґрунтознавця П.А.Костичева: монографічна робота “Ґрунти чорноземної області Росії, їх походження, склад і властивості” (1886), “До питання обробітку чорноземних ґрунтів” (1891), “Про боротьбу з посухою засобами обробітку полів і накопичення снігу на них” (1893). Спостерігаючи стан цілинних і орних ґрунтів П.А.Костичев дійшов висновку, що причина ерозії полягає у безсистемному розорюванні земель. Ґрунт, що вкритий рослинністю, не піддається ерозії. Рослинність охороняє поверхню від механічного впливу дощу, затримує дрібнозем, уповільнює потоки води на поверхні ґрунту. Навпаки, обробіток земель розриває зв’язки між ґрунтовими частками, руйнує структурні агрегати, робить ґрунт вразливим по відношенню до розмиваючої і стікаючої води. Слід відзначити як особливо цінні дослідження П.А.Костичева щодо структури чорноземів під впливом обробітку і природних рослин.

Сучасник, і в певній мірі учень В.В. Докучаєва та П.А. Костичева А.А., Ізмаїльський у книзі “Як висох наш степ” (1893) для попередження зневоднення орних земель рекомендував підтримувати поверхню ґрунту у рихлому стані. Ефективними заходами боротьби з посухами він вважав заліснення ярів, будівництво гребель, а для попередження змиву ґрунту – створення штучного рельєфу шляхом терасування схилів. У якості щорічних і першочергових заходів він рекомендував снігозатримання, устрій куліс.

У 1892 році П.П.Тихобродов, який проводив роботи щодо боротьби з посухою у Тамбовській губернії, вперше запропонував постійні земляні вали з широкою основою, які затримують поверхневий стік, забезпечують накопичення вологи й проходження сільськогосподарських машин і знарядь. Такі вали, що мають назву вали-тераси, широко застосовуються і сьогодні.

Історія досліджень ерозії ґрунтів і боротьби з нею кінця ХІХ – початку ХХ століть тісно пов’язана з роботами безпосередніх учнів В.В. Докучаєва, серед яких почесне місце відводиться Г.М.Висоцькому. Високе наукове значення має одна з перших робіт Г.М.Висоцького “Матеріали з вивчення чорних бур у степах Росії” (1894). У роботі детально розглянуті питання проходження вітрової ерозії та акумуляції її продуктів при різному характері рослинного покриву та рельєфу. Наступні роботи Г.М.Висоцького присвячені різним питанням степового лісорозведення та його значення у справі охорони земель від ерозії. Так, він виявив, що у посушливих умовах ліс не може рости на великих масивах і технології лісорозведення тут мають бути іншими, ніж у лісній зоні. Вчений визначив перелік порід дерев і чагарників, які найбільш доцільні для створення полезахисних смуг у степу. В цілому, Г.Н.Висоцький заклав науковий фундамент полезахисного лісорозведення.

Наприкінці ХІХ столітті почали з’являтися фундаментальні наукові роботи, присвячені проблемі вітрової ерозії. Так, у 1884 році вийшла у світ робота М.О.Соколова “Дюни, їх формування, розвиток і внутрішня будова”, у якій автор сформулював основні закономірності розвитку процесів вітрової ерозії, що були ретельно перевірені спостереженнями у натурних і лабораторних умовах. Він визначив три способи переміщення часток вітром: котіння та волочіння, стрибками й у підваженому стані; вивчив дію різних перепон щодо акумуляції видутого дрібнозему. Питанням вітрової ерозії присвячені також роботи О.О. Колесова “Природа пісків та їх заліснення” (1900), учня В.В. Докучаєва та П.Ф. Баракова (1913).

Значний збиток сільському господарству в той час надавили яри. Дослідження причин формування яружних систем, а також методів боротьби з яружною ерозією займалися І.Левоковський (1870-1890), В.Масальський (1897), О.О. Гельфер (1901). Особливе значення для пізнання процесів яружної ерозії і боротьби з нею мала Тульська гідрологічна експедиція, яку очолював О.С.Козменко. Матеріали експедиції дозволили кількісно оцінити головний фактор формування ярів – глибину місцевих базисів ерозії (О.С.Козменко, 1937).

В цілому, дослідження ерозії ґрунтів за 40 років, в період діяльності В.В.Докучаєва та його сучасників, необхідно оцінити як такі, що призвели до швидкого розвитку як теоретичних, так і практичних робіт щодо вивчення ерозійних процесів і розробки методів боротьби з ними. Фактично за цей час був створений фундамент вчення про природу водної та вітрової ерозії, розроблено основні методи боротьби з ними.

У 1923 році під керівництвом О.С.Козменко в Орловський області створюється Новосильська дослідна яружна станція, яка відіграла значну роль у розробці основ протиерозійного захисту. Було розроблено комплекс протиерозійних заходів для лісостепової зони, який визначив три ерозійні фонди земельних угідь: гідрографічний, примережевий і привододільний. Слід зазначити, що на початку 80-х років колектив науковців інституту землеробства УААН під керівництвом О.Г.Тараріко повністю повторив ці положення. Мова йдеться про контурно-меліоративну організацію території і три технологічні групи земель, що цією концепцією виділяються.

Оригінальні погляди на ерозію ґрунтів і заходи боротьби з нею висловив В.Р.Вільямс. Проблема розглядається з позицій так званої травопільної системи землеробства. За Вільямсом головним чинником ерозії є безструктурність орних ґрунтів на схилах. А тому основу протиерозійного захисту за В.Р.Вільямсом мають складати заходи зі збільшення водостійкості ґрунтових агрегатів. В першу чергу, це культура багаторічних трав у польових і кормових сівозмінах.

У 1932 році в Інституті ґрунтознавства ім. В.В.Докучаєва зусиллями А.М.Панкова був створений відділ ерозії ґрунтів, який фактично став загальносоюзним центром координації протиерозійних досліджень. В 1931 році в Москві (у 1951 році переїхав у Волгоград) був організований Всесоюзний науково-дослідний інститут агролісомеліорації (ВНДІАМ) з відділом боротьби з ерозією ґрунтів, який у 1938 році очолив А.С.Козменко. У Тбілісі у Закавказькому інституті водного господарства в 1932 р. почала працювати група ерозії ґрунтів, яку очолив В.Б.Гуссак. Було чітке розподілення функцій між цими науковими колективами. В Інституті ґрунтознавства ім. В.В.Докучаєва домінували питання картографування ерозії ґрунтів, оцінки ступеню її прояву, районування еродованих ґрунтів. У ВНДІАМ досліджувались заходи боротьби з ерозією за допомогою лісонасаджень і затримки стоку на схилах. Інститут мав стаціонарні об’єкти, де вивчалися в умовах лісостепової, степової і сухо степової зон різні породи дерев і чагарників, способи їх висаджування у лісосмугах, лісорослинні властивості ґрунтів. Група Гуссака досліджувала питання раціональних методів боротьби з ерозією ґрунтів на гірських схилах чорноморських субтропіків. Особлива увага приділялася польовим і лабораторним дослідженням властивостей ґрунтів, що визначають їх ерозійну стійкість, моделюванню ерозійних процесів. Саме цей колектив вперше підійшов до поняття критичної швидкості водного потоку, за якої починається сталий відрив ґрунтових часток.

4-7 березня 1936 року в Москві відбулась перша всесоюзна нарада з питань боротьби з ерозією. Нарадою керували Д.Г.Віленський і А.М.Панков. Матеріали наради опубліковано у вигляді збірника “Борьба с эрозией почв” (1938), який і сьогодні має наукову цінність.

Після смерті А.М.Панкова відділ ерозії Почвеного інституту очолив С.С.Соболєв, яким зі своїми співробітниками на підставі маршрутних досліджень, що проводилися з 1935 року і детальних грунтово-ерозійних досліджень на “ключах”, які проведено у 1939-1940 рр. у різних географічних районах європейської частини СРСР, до 1940 р. була складена (перший варіант) грунтово-ерозійна карта європейської частини СРСР в масштабі 1:5000000. До того ж, під керівництвом С.С. Соболєва були складені карти розповсюдження і щільності яружно-балочної мережі, глибин місцевих базисів ерозії, середніх ухилів поверхні й типів ерозійного розчленування.

Таким чином, тільки за 10 років напередодні Великої Вітчизняної війни було зроблено різке прискорення у пізнанні ерозійних процесів ґрунтів, розробці протиерозійних заходів. Відбулася диференціація окремих напрямів у цій області. Було виявлено, що будь-яке конкретне питання має розв’язуватися з урахуванням екологічних умов, на фоні яких проявляються процеси ерозії і плануються протиерозійні заходи.

Після війни у 1948 р. широко проводяться роботи у відповідності до Постанови Ради Міністрів СРСР і ЦК ВКП(Б) “О плане полезащитных лесонасаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительстве прудов и водоемов для обеспечения высоких и устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах европейской части СССР». Планувалася велика програма наступу на посуху та ерозію ґрунтів. Опорним ланцюгом програми були так звані державні захисні лісні смуги, загальна довжина яких дорівнювала біля 12 тис.км. Після війни мають місце спроби диференціювати протиерозійні заходи залежно від кліматичних, ґрунтових, геологічних, гідрологічних і геоморфологічних умов і створити регіональні системи сільського господарства. Виходить в світ двохтомна монографія С.С.Соболєва “Развитие эрозионных процессов на территории европейской части СССР» (1948, 1960), яка присвячена проблемі класифікації та картографії еродованих ґрунтів, ефективності протиерозійних заходів.

В Інституті географії АН СРСР створено потужний колектив науковців під керівництвом Д.Л. Арманда, який в 1961 р. видав монографію “Физико-географические основы проектирования сети полезащитных лесных полос», низку збірників з питань боротьби з ерозією ґрунтів, наприклад, “Районирование территиории СССР по основным факторам эрозии» (1965), «Региональные системы провоэрозионных мероприятий» (1972).

Низку оригінальних, глибоких досліджень в цей період проведено в Московському університеті на географічному факультеті М.І.Маккаваєвим, О.Г.Гаєлем і Л.Ф.Смірновою, В.П.Лідовим і В.К.Орловою на грунтово-біологічному факультеті. В кінці 40-х – початку 50-х років розпочато широкі дослідження ерозії ґрунтів в Молдові. В 1950 р. М.М.Заславський призначений керівником новоствореної протиерозійної станції, яка пізніше була трансформована у відділ захисту ґрунтів від ерозії Молдавського НДІ ґрунтознавства і агрохімії ім. М.А.Дімо. Добре відомі методичні дослідження цього колективу, які спрямовані на створення лабораторних і польових дощувальних приладів для вивчення ерозії ґрунтів, удосконалення обладнання стокових майданчиків, а також розробку і впровадження у виробництво низки ефективних протиерозійних заходів: смугове розміщення культур на схилах, наораних валів, смугового освоєння малопродуктивних схилів, вирівнювання і засипка ярів із збереженням на поверхні гумусованого горизонту (М.М.Заславський, «Эрозия почв и земледелие на склонах», 1966; А.Г.Рожков, «Борьба с оврагами», 1981).

Крупні регіональні центри протиерозійних досліджень створено в Україні, Узбекистані, Азербайджані.

20 березня 1967 р. виходить Постанова ЦК КПРС і Ради Міністрів СРСР “О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии». Постанова зобов’язувала міністерства сільського господарства, меліорації і водного господарства, освіти, Ради міністрів союзних республік, АН СРСР і ВАСГНІЛ прийняти конкретні заходи щодо докорінного поліпшення досліджень у цій області, впровадження у виробництво перевірених на практиці методів захисту ґрунтів і підвищення їх родючості, збільшення кадрів й оснащення науково-дослідних установ і підрозділів, які проводять дослідження ерозії ґрунтів.

Неперевершене значення для створення систем захисту ґрунтів від вітрової ерозії мала робота Всесоюзного НДУ зернового господарства (с.Шортанди, Казахстан), який очолював О.І.Бараєв. Услід за Т.С.Мализевим О.І.Бараєв гаряче підтримував систему обробітку ґрунтів безполицевими знаряддями, які зберігають пожнивні рештки на поверхні ґрунту (О.І.Бараєв, “Почвозащитное земледелие”, 1975). Пізніше ці роботи стали основою так званого полтавського варіанту безплужного обробітку ґрунту (Ф.Г.Моргун, М.К.Шикула, “Почвозащитное бесплужное земледелие”, 1984).

Після Постанови в 1967 році створюється Державний НДІ земельних ресурсів МСГ СРСР, головним завданням якого була розробка наукових основ проектування протиерозійних заходів. В 1970 р. в м. Курськ почав працювати Всесоюзний НДІ захисту ґрунтів від ерозії, в 1974 р. в м. Луганськ – Українській НДІ захисту ґрунтів від ерозії. Лабораторії захисту ґрунтів від ерозії і науково-дослідні групи створюються у багатьох інститутах ґрунтознавчого, гідротехнічного і сільськогосподарського напрямків. Формуються основи нового наукового напряму – ерозіознавства, об’єктом якого є процеси водної та вітрової ерозії ґрунтів, що відбуваються за різними природними і господарчими умовами, а також їх результати – змиті та дефльовані, намиті та навіяні ґрунти й методи їх меліорації.

Методи ерозіознавства було опрацьовано у ґрунтознавстві, метрології, гідрології, геоморфології, підґрунтознавстві, гідравліці, аеро- і гідромеханіці. До суто специфічних методів ерозіознавства можна віднести методи обліку та спостереження за рідким і твердим стоком на стокових майданчиках. Завдання, що стають перед ерозіознавством, є специфічними внаслідок особливостей ґрунту як об’єкту, що піддається впливу потоків води й вітру. По-перше, ґрунт – найважливіший компонент біосфери, “фокус” ландшафту, а, по-друге, ґрунт (земля) – предмет сільськогосподарської діяльності і, тому, ґрунтоохоронні заходи мають гармонічно вписуватися у систему землеробства.

Дотепер дослідження, спрямовані на розробку теоретичних основ ерозіознавства, можна розподілити за чотирма напрямками:

1)    розвиток теорії єдиного ерозіонно-акумулятивного процесу;

2)    дослідження особливостей формування і руху седиментів у воді та повітрі;

3)    формування теорії протиерозійної і протидефляційної стійкості ґрунтів;

4)    розробка експериментально-теоретичних і математичних моделей ерозії ґрунтів на основі визначення механізму процесу й досягнень за вище означеними трьома напрямками.

Сучасному науково-дослідному процесу притаманна особливість відходу від емпіричних залежностей і перехід до теоретичних, фізично обумовлених моделей ерозійних процесів. Лідерами стали американські дослідники, про що нижче піде мова. Ерозіознавство перетворилося у базову дисципліну науково-теоретичних основ формування екологічно сталих економічно високоефективних агроландшафтів.