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

1. Загальні поняття ерозії грунтів

Систематизоване вчення про ерозію на початок ХХ ст. почалося з досліджень щодо класифікації ерозійних процесів. У літературі зустрічається досить значна низка термінів, що визначають види ерозії. Але нині немає єдиної думки відносно показників, за якими слід класифікувати ерозію.

Необхідною умовою виникнення водної ерозії ґрунту є стік поверхневих вод або поверхневий стік. Розрізняють три види поверхневого стоку: дощовий, повеневий при сніготаненні, поливних вод. Їм відповідають три види ерозії: 1) дощова ерозія (або зливова); 2) ерозія при сніготаненні; 3) іригаційна ерозія. Означені види ерозії розрізняють не тільки за вихідними параметрами стоку, а й за механізмом ерозійного процесу, а також за розміром збитків, що завдаються ерозійними процесами (Кузнєцов, Глазунов, 1996).

Ерозія при сніготаненні відрізняється меншою інтенсивністю, але більшим терміном прояву, ніж дощова ерозія. Схематично: в зоні Полісся об’єм ерозії від повеневих вод при сніготаненні вищий за дощову ерозію, у Лісостепу – на рівні, у Північному Степу – нижчий у 2-3 рази, на півдні України – досягає  нуля. Ерозійні процеси  при сніготаненні вимірюється у добах, годинах; при дощових опадах – хвилинами, секундами. Тобто потужність (інтенсивність) ерозійного процесу при зливах вища, ніж при сніготаненні на 2 порядки (у 100 і більше разів). Звідси принциповий висновок – якщо конструкція “ витримує” вплив зливової ерозії, то при сніготаненні гарантовано ерозії не буде. У наступних главах цей висновок покладений в основу інженерного формування надійного протиерозійного захисту.

 За морфологічними ознаками ерозійних форм розрізняють:

1) поверхневу ерозію, або змив ґрунту; 2) лінійну ерозію, або розмив ґрунту. Кожний з вище перелічених видів ерозії може проявлятися у вигляді змиву або розмиву ґрунту, але у більшості випадків – і змиву, і розмиву, що визначається місцезнаходженням ділянки на схилі, що вивчається.

Поверхневу ерозія, або змив, поділяють  на площинну й струмкову, що є досить умовним. Вважається, що площинна ерозія викликається суцільною пеленою стоку. Практично таке явище малоймовірне і змив ґрунту відбудеться переважно струмковими потоками. Межа переходу поверхневої ерозії у лінійну також досить умовна: вважається, якщо сліди ерозії у полі зникають після агротехнічного обробітку, то це – поверхнева ерозія, якщо ні – лінійна.

Необхідною умовою вітрової ерозії ґрунтів є вітер, швидкість якого достатня для переміщення часток ґрунту. За такими зовнішніми показниками як інтенсивність, тривалість і масштаб явища розрізняють повсякденну вітрову ерозію і пилові бурі. Відмінність ця досить умовна. Тут слід ще зазначити, так звану, технологічну вітрову ерозію, або технологічне видування ґрунту при безпосередньому проведенні агротехнічних операцій, яку можна вважати як підвид повсякденної вітрової ерозії. При швидкостях вітру, які значно перевищують критичну для ґрунтів, істотно збільшується висота підйому ґрунтових часток у повітря, яка може сягати навіть стратосфери. Ці пилові бурі – дуже небезпечне явище, масштаби якого неодноразово перетворювалися у стихійне лихо. Саме пилові бурі 30-х років ХХ ст.зумовили створення Служби охорони ґрунтів США.

Кількісно процес ерозії ґрунтів характеризується інтенсивністю змиву (або видування) у т/га за певний термін, який у більшості випадків дорівнює року. Небезпеку ерозії можна виражати через співвідношення інтенсивності ерозійних втрат до швидкості ґрунтоутворення. Якщо це співвідношення дорівнює одиниці і менше, ерозія відсутня (називають її ще нормальною, але далі буде показано, що “нормальної” ерозії не буває); більше одиниці – має місце прискорена ерозія.

Визначення ерозійних втрат ґрунту – трудомістке завдання, але воно має рішення. Набагато складніше визначити швидкість ґрунтоутворення. Проблема ще не розв’язана навіть на теоретичному рівні. Але у наступних главах буде наведено просте й досить надійне рішення цієї задачі.

М.К.Шикулою, А.Г.Рожковим і П.С.Трегубовим (1972) розроблено систему нормативів оцінки небезпеки прояву ерозії (табл. 4.1)

Таблиця 4.1  Шкала оцінки інтенсивності ерозії ґрунтів

Існують шкали оцінки небезпеки прояву ерозії, розроблені й іншими вченими (наприклад, М.М. Заславським, 1983), але принципово нових знань вони не несуть.

Сучасна ерозія ґрунтів є, безперечно, результатом людської діяльності, тому її називають антропогенною ерозією.

2. Класифікація ерозійних процесів

Стан земельних ресурсів України викликає все більше занепокоєння у зв’язку з прискореним зниженням родючості ґрунтів: зменшується вміст і погіршується якість гумусу, підсилюються процеси ерозії, вторинного засолення й осолонцювання, розростаються ареали техногенно забруднених і порушених земель. Ці та інші деструктивні процеси руйнують не тільки ґрунтовий покрив, а й усю ландшафтну сферу України. Іде прискорене перетворення нашої квітучої землі в бедленди. Причина полягає у відсутності екологічного імперативу в діяльності людини як у повсякденному житті, так і у виробництві. А якщо і робились якісь спроби щодо охорони довкілля, то це були (і є) несистемні дії так званої «боротьби» окремо з кожним із деградаційних процесів без необхідного врахування усіх складових процесів і явищ, що відбуваються в ландшафтах. Видатний мислитель сучасності Д.С.Лихачов (1984) писав, що взаємовідносини людини й природи - це відносини двох культур, кожна з яких «соціальна» і має свої «правила поведінки». У зв’язку з цим, суспільство при використанні ландшафтів, безумовно, зобов’язане глибоко знати й поважати ті «моральні» засади, які визначають їх стабільність і здатність до самореалізації.

Світовий форум із питань стану і розвитку довкілля (Ріо-де-Жанейро, 1992) узагальнив дані щодо розвитку деградаційних процесів ґрунтового покриву Землі:

Повне руйнування ґрунтів - 1%

Катастрофічний стан ґрунту- 15%

Кризовий стан ґрунту - 46%

Початок проявлення процесу деградації ґрунтів -38%

Тобто, весь ґрунтовий покрив Землі людством використовується безталанно. При цьому, найбільшу "вагу" серед процесів деградації мають процеси водної і вітрової ерозії: 36 і 28 відсотків відповідно. Це означає, що екологічно сталий агроландшафт насамперед повинен бути протиерозійно впорядкований.

В природних ландшафтах (навіть у пустелях) ніколи не буває повної одноманітності, що пов`язано з усілякими елементами рельєфу, строкатістю ґрунтового покриву й рослинності, яка, у свою чергу, істотно впливає на мікроклімат, що визначає спрямованість ґрунтоутворювального процесу. Тобто, природний ландшафт - це яскравий приклад самодостатньої і саморегулюючої відкритої термодинамічної системи з прямими і зворотними зв`язками між елементами, сталість, спрямованість і швидкість розвитку якої детермінуються надходженням сонячної енергії й умовами зволоження. При сільськогосподарському освоєнні грубо ігноруються ця системність і закономірності розвитку ландшафтів. В Україні розорані величезні поля ("до обрію") і висівається на них один вид і навіть один сорт. Щодо цього питання В.А.Ковда (1981) писав, що врожай на полях в десяток-сотню гектарів при інших рівноцінних умовах у більшості випадків вищий, ніж на полях у сотні й тисячі гектарів. Причина полягає у порушенні принципу гетерогенності екосистеми, що веде до дестабілізації ландшафтів, падіння продуктивності сільськогосподарського виробництва.

Тому одним із найістотніших дестабілізуючих факторів є рілля. При знищенні природної рослинності йде процес руйнування ґрунту внаслідок різкого збільшення прямого поглинання сонячної радіації, що призводить до "горіння" гумусу, погіршення його агрегуючої здатності. Відкритий ґрунт у сонячний день влітку на поверхні може нагрітися до 80⁰С і навіть вище. А це означає не тільки підвищені втрати вологи на випаровування, а й загрозливе підвищення температури повітря, що не дає змоги досягти "точки роси" і відповідного формування дощів. Механізм цього процесу в повній мірі проявляється в Африці у зоні так званої Сахелі, що примикає до пустелі Сахари. Тобто проблема наднормативної розораності ландшафтів має не тільки суто місцевий характер, а й обумовлює погіршення макрокліматичних характеристик. Є підстави припустити, що підвищення проявів посух і посушливості клімату в Україні й ряді інших країн обумовлюється саме цією причиною.

Тому серед системи заходів щодо припинення руйнування ландшафтної сфери, глобального опустинення питання оптимізації співвідношення земельних ресурсів повинно бути вирішене перш за все.

В літературі не має єдиної думки щодо цього питання. За даними багатьох авторів у найбільш розвинених країнах площа ріллі не перевищує 20-35% від загальної території. Тільки в слаборозвинених країнах колишнього соціалістичного табору цей показник дорівнює 45-56%, а у сільськогосподарських угіддях частка ріллі дорівнює 60-82%. Опрацьовано досить багато матеріалів, які присвячені визначенню оптимального співвідношення земельних угідь, у тому числі частки ріллі й лісу. Але вони за багатьма показниками вступають у протиріччя одне з другим. Однак, вже сьогодні є підстави для формування у першому наближенні загального правила, що чим кращі умови вирощування сільськогосподарських культур, тим більші площі можна займати під ріллю. За розрахунками інститутів Української академії аграрних наук в Україні необхідно зменшити площу ріллі (станом на 1.01.1999 р.) на 10 млн. га, щоб довести розораність території до 40%, збільшити площу лісів, полезахисних лісових смуг, природних кормових угідь, рекреаційних площ тощо.

Співвідношення екологічно небезпечних угідь (рілля, сади, виноградники тощо) до екологічно сталих (ліси, природні кормові угіддя) не може перевищувати одиниці. Наведені дані розглядаються лише у якості орієнтирів. Фактичне скорочення ріллі на конкретній території і визначення долі подальшого використання цих земель виконується лише на підставі опрацьованого проекту, де кількісно обґрунтовано не тільки питання оптимізації співвідношення земельних угідь, а і не менш важливе питання розміру й геометрії робочих ділянок (полів), що в кінцевому результаті визначає успіх у справі охорони ґрунтів від ерозії. Тобто мова йде про систему заходів постійної дії: полезахисні лісосмуги, дороги, гідротехнічні споруди, інфраструктура безпечного скидання поверхневого стоку і таке інше. Це свого роду каркас (фундамент) ґрунтоохоронного й екологічно збалансованого агроландшафту.

Протягом усієї історії людина не стільки прилаштовувалася до ландшафту, скільки своєю працею намагалася приладнати ландшафт до своїх потреб. Тобто, за Л.Н.Гумільовим, до нашого часу ставлення людини до природи було хижацьким. Тому "наскоки" людини на довкілля назвати "прогресом" не можна. Для створення й підтримки ґрунтоохоронного екологічно збалансованого агроландшафту (АЛ) необхідна його здатність до "наднапруження", додаткової витрати енергії. Як правило, після зробленого зусилля починається інерційний процес, воно ніби “гасне” із часом, що може привести до повного руйнування АЛ. Тому не може бути ніяких сумнівів, що говорити про його стабільність можна лише у випадках, коли постійно у зростаючих об`ємах витрачається додаткова енергія. Авторегуляція АЛ можлива лише на окремих, досить невеликих відрізках часу. Таким чином, теза про високу його продуктивність теж повинна базуватися на постійному моніторингу за розвитком, надходженням додаткової енергії, інтенсифікацією біологічного кругообігу речовин і енергії, тобто за спрямованим впливом на АЛ.

Це все переконливо свідчить, що АЛ не є тільки протиерозійною системою, яка створюється для пригнічення ерозійних процесів, а являє собою глобальний стратегічний системний напрям, який спроможний поєднати в собі знання й управління всіма складовими елементами ландшафтної сфери життєзабезпечення людства.

АЛ - це інженерна споруда (конструкція), яка повинна проектуватися і будуватися переважно інженерними методами на розрахунковій кількісній основі, що потребує наявності відповідних математичних усіляко верифікованих моделей тих процесів, які визначають стабільність і продуктивність земель. "Нульовим" циклом конструкції АЛ є система протиерозійного захисту. В умовах прояву ерозійних процесів не може бути мови про припинення інших деградаційних процесів ґрунтів, забезпечення стабільності довкілля. Саме проблемі протиерозійного впорядкування сучасних агроландшафтів, як передмови формування екологічно сталих агроландшафтів, присвячений цей підручник, який є першою спробою не тільки в Україні, а і в країнах колишнього СРСР, ввести в землезнавчі науки у вищій школі курс дійсно інженерного земельного проектування. Він буде корисним для студентів агрономічних і землевпорядних спеціальностей, а також можливе його викладання для студентів, які вивчають конструктивну географію.

Систематизоване вчення про ерозію на початок ХХ-го століття почалося з досліджень щодо класифікації ерозійних процесів. В літературі зустрічається досить значна низка термінів, що визначають види ерозії. Але і сьогодні немає єдиної думки відносно показників, за якими слід класифікувати ерозію.

Необхідною умовою виникнення водної ерозії ґрунту є стік поверхневих вод або поверхневий стік. Розрізняють три види поверхневого стоку: дощовий, повеневий при сніготаненні, поливних вод. Їм відповідають три види ерозії: 1) дощова ерозія (або зливова); 2) ерозія при сніготаненні; 3) іригаційна ерозія. Означені види ерозії розрізняють не тільки за вихідними параметрами стоку, а й за механізмом ерозійного процесу, а також за розміром збитків, що завдаються ерозійними процесами (Кузнєцов, Глазунов, 1996).

Ерозія при сніготаненні відрізняється меншою інтенсивністю, але більшим терміном прояву, ніж дощова ерозія. Схематично: в зоні Полісся робота (об’єм) ерозії від повеневих вод при сніготаненні вище за дощову ерозію, у Лісостепу – на рівні, у Північному Степу – нижча у 2-3 рази, на півдні України – добігає до нуля. Час проходження ерозійної події при сніготаненні вимірюється у добах, годинах; при дощових опадах – хвилинами, секундами. Тобто потужність (інтенсивність) ерозійного процесу при зливах вище ніж при сніготаненні на 2 порядки (у 100 і більше разів). Звідси принциповий висновок – якщо конструкція “витримує” вплив зливової ерозії, то при сніготаненні гарантовано ерозії не буде. У наступних главах цей висновок покладений в основу інженерного формування надійного протиерозійного захисту.

За морфологічними ознаками ерозійних форм розрізняють:

1) поверхневу ерозію, або змив ґрунту; 2) лінійну ерозію, або розмив ґрунту. Кожний з вище перелічених видів ерозії може проявлятися у вигляді змиву або розмиву ґрунту, але у більшості випадків – і змиву, і розмиву, що визначається місцезнаходженням ділянки на схилі, що вивчається.

Поверхнева ерозія, або змив, розподіляється на площинну й струмкову, що є досить умовним. Вважається, що площинна ерозія викликається суцільною пеленою стоку. Практично таке явище малоймовірне і змив ґрунту відбудеться переважно струмковими потоками. Межа переходу поверхневої ерозії у лінійну також досить умовна: вважається, якщо сліди ерозії у полі зникають після агротехнічного обробітку, то це – поверхнева ерозія, якщо ні – лінійна.

Необхідною умовою вітрової ерозії ґрунтів є вітер, швидкість якого достатня для переміщення часток ґрунту. За такими зовнішніми показниками як інтенсивність, тривалість і масштаб явища розрізняють повсякденну вітрову ерозію і пилові бурі. Відмінність ця досить умовна. Тут слід ще відмітити, так звану, технологічну вітрову ерозію, або технологічне видування ґрунту при безпосередньому проведенні агротехнічних операцій, яку можна вважати як підвид повсякденної вітрової ерозії. При швидкостях вітру, які значно перевищують критичну для ґрунтів, істотно збільшується висота підйому ґрунтових часток у повітря, яка може сягати навіть стратосфери. Ці пилові бурі – дуже небезпечне явище, масштаби якого неодноразово перетворювалися у стихійне лихо. Саме пилові бурі 30-х років ХХ-го століття обумовили створення Служби охорони ґрунтів США.

Кількісно процес ерозії ґрунтів характеризується інтенсивністю змиву (або видування) у т/га за певний термін, який у більшості випадків дорівнює року. Небезпеку ерозії можна виражати через співвідношення інтенсивності ерозійних втрат до швидкості ґрунтоутворення. Якщо це співвідношення дорівнює одиниці і менше, ерозія відсутня (називають її ще нормальною, але далі буде показано, що “нормальної” ерозії не буває); більше одиниці – має місце прискорена ерозія.

Визначення ерозійних втрат ґрунту – трудомістке завдання, але воно має рішення. Набагато складніше визначити швидкість ґрунтоутворення. Проблема ще не розв’язана навіть на теоретичному рівні. Але у наступних главах буде наведено просте й досить надійне рішення цієї задачі.

М.К.Шикулою, А.Г.Рожковим і П.С.Трегубовим (1972) розроблено систему нормативів оцінки небезпеки прояву ерозії (табл. 1.1)

1.1. Шкала оцінки інтенсивності ерозії ґрунтів

Існують шкали оцінки небезпеки прояву ерозії, розроблені й іншими вченими (наприклад, М.М. Заславського, 1983), але принципово нових знань вони не несуть.

Сучасна ерозія ґрунтів є, безперечно, результатом людської діяльності, тому її називають антропогенною ерозією.

3. Розвиток ерозії ґрунтів в СНД

Закономірності прояву ерозійних процесів і розповсюдження еродованих ґрунтів у масштабах колишнього СРСР вперше були представлені на ґрунтово-ерозійній карті СРСР (М 1:5000000), яка вийшла в світ у 1968 році за редакцією С.С. Соболєва.

За даними цієї карти водна ерозія знайшла широке розповсюдження на Правобережжі Дніпра (від Києва до Запоріжжя), Волги (від Нижнього Новгорода до Волгограда), Дона (від Вороніжа до Ростова), Сіверського Дінця, Десни, Дністра та їх приток, Східноєвропейської, Волинсько-Подільської, Донецької, Клинсько-Димитрівської, Ставропольської височинах, у Високому Заволжі (Башкирія), на Загальному Сирті і в Приураллі, повздовж сибірських рік, особливо Обі, Іртиша та їх приток, у передгірських територіях і гірських регіонах Криму, Кавказу, Уралу, Карпат, у горах Середньої Азії та Казахстану.

Вітрова ерозія у вигляді пилових бур розповсюджена у районах недостатнього зволоження, які розташовані переважно на південь від лінії Одеса-Кременчуг-Полтава-Харків-Балашов-Самара-Удга-Магнітогорськ-Омськ- озеро Чани і далі в Алтайський край через Хабари, Каєво й Ребріху. Ця лінія проходить приблизно по східній межі Лісостепу. Повсякденна вітрова ерозія спостерігається на всіх орних землях, а також на переосушених торфовищах.

У прояві ерозійних процесів і поширенні еродованих ґрунтів добре простежується зональність, яка визначається закономірними змінами природних і антропогенних факторів.

Тундра та лісотундра.

Ландшафти тундри та лісотундри піддаються все більшому навантаженню, яке пов’язане з розвідкою, видобуванням й транспортуванням корисних копалин, і в першу чергу нафти й газу. Нераціональна господарська діяльність супроводжується механічним порушення ґрунтового покриву і знищенням рослинності на значних площах, що у свою чергу обумовлює проявлення термокарсту й створення умов для прояву ерозійних процесів. Тундрові ландшафти й ґрунти легко піддаються деградації, але дуже повільно відновляються. Так, швидкість росту ярів у тундрі сягає 25 м/рік, а інтенсивність змиву на ділянках із порушеним рослинним покривом - 2–0 т/рік. Вітрова ерозія має місцевий характер і проявляється на пісках.

У той же час на незайманих антропогенним впливом площах змив ґрунту повністю відсутній. Яскравим показником масштабів і швидкості деградації ґрунтів і ландшафтів цієї зони є зменшення площі пасовищ для оленів, яке за період з 1965 по 1990 роки дорівнює 70×10⁶ га!

Лісна зона.

У північних і східних частинах лісової зони широко поширені ерозійно-небезпечні землі, але більшість території знаходиться під лісом і надійно захищена від прояву ерозійних процесів. На ділянках, де ліс відсутній, на схилах долин Північної Двіни, Сухзони, Вичегди, Юга й Лузи, В’ятки, Ками, у басейні Ченци, а також повсюди на селетебних територіях зустрічаються окремі яри, у більшості випадків донні. На деяких заселених площах правобережжя В’ятки і на Середньому Уралі змив сягає значних обсягів. У західних і південних частинах зони інтенсивність ерозійних процесів зростає із  збільшенням площі орних земель. У деяких регіонах змиті ґрунти можуть займати до 30% від площі орних земель. Значний змив ґрунту та інтенсивне формування ярів характерні для Овручського лесового острову, правих берегів Десни й Сейму.

Вітрова ерозія ґрунтів у лісній зоні носить місцевий характер. Тут вітрова ерозія виникає внаслідок зведення лісу на пісках і легких ґрунтах, а також надмірного осушення. Найбільш великі площі дефльованих ґрунтів розташовані у Поліссі. Так, у Білорусі вітрової ерозії піддаються біля 8% ріллі. В Українському Поліссі вже виникають пилові бурі.

Лісостеп і Степ.

Для лісостепової й степової зон характерний максимальний ступінь освоєння території. Ця обставина, а також значне поширення покривних геологічних відкладень, що мають низьку протиерозійну стійкість, значна кількість опадів в ерозійно-небезпечний період, висока розподіленість території обумовили максимальний розвиток процесів водної ерозії. Особливо високі модулі твердого стоку характерні для Східноєвропейської, Ставропольської височин, Молдови, районів Високого Заволжя та Донбасу. У багатьох господарствах Лісостепу до 30-40%, а іноді і до 50% ріллі розташовано на змитих ґрунтах.

Висока ступінь розораності території, нестале недостатнє зволоження, високий прояв вітрів, у тому числі і суховійних, обумовлюють інтенсивний прояв вітрової ерозії ґрунтів. Найбільше зареєстровано катастрофічних проявів вітрової ерозії у вигляді пилових бур. Після пилової бурі 1837 р. південь Російської імперії у другій половині ХІХ століття ще не менше 7 разів страждав від цієї біди. Надалі частота прояву пилових бур збільшується. Найбільший збиток нанесли глобальні пилові бурі 1892, 1928, 1960, 1969, 1974, 1984 років. Більш слабкі і просторово обмежені пилові бурі і повсякденна вітрова ерозія у різних регіонах цих зон проявляються фактично кожного року.

Прогноз розвитку ерозійних процесів

Значний інтерес представляє питання темпів ерозії ґрунтів і перспектив трансформації еродованості ґрунтового покриву. Моніторинг ерозійних процесів слід проводити з врахуванням розміру водозбірної площі. Це пов’язано з тим, що значна кількість змитого мілкозему не доходить до базису ерозії і залишається на шляху внизу схилів, в балках, заплавах, а також у лісах, лісосмугах і луках.

Так, наприклад, у великі ріки надходить всього 1% змитого матеріалу, малі річки й водойми – до 10%. Тому з елементарних водозборів площею 5-10 га втрати ґрунту будуть на порядок вищі за водозбори площею більше 100 км². Дані про середньорічні втрати ґрунту з малих водозборів можна одержати шляхом вимірювання седиментів у так званих ландшафтних “пастках” (пруди, закриті балки тощо).

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.