Лекція 10. Інтегральне оцінювання якості ґрунтів та тенденцій її зміни

1. Критерії і показники оцінки ерозійних процесів спричинених водною ерозією

https://www.youtube.com/watch?v=rEdR3P3UGS8

Кількісна оцінка водної ерозії передбачає дві системи критеріїв оцінки:
1) за фактичною еродованістю ґрунтового покриву;
2) за потенційною небезпекою ерозії при певному рівні ймовірності дії факторів ерозії (світовий досвід організації протиерозійного захисту вказує на те, що достатнім є розрахунок на 10 %-ну забезпеченість. 

Кількісна інформація про фактичну еродованість має статус офіційної. Вперше системні дані щодо еродованості ґрунтів України одержані після великомасштабного ґрунтового обстеження в 1957-1961 рр. На підставі цих матеріалів колектив науковців під керівництвом професора К.Л. Холупяка опрацював карту еродованості ґрунтів України. Після організації Державного комітету земельних ресурсів відомості про еродованість ґрунтів в офіційних звітах подаються цією установою. Тобто одержати такі дані можна без істотних ускладнень, але при їх використанні необхідно мати на увазі, що ця інформація може не завжди бути об'єктивною. Еродовані ґрунти північних схилів можуть діагностуватися як повнопрофільні, а короткопрофільні нееродовані ґрунти південних схилів – як еродовані. Такі грубі помилки витікають з методики діагностики ступеня еродованості схилових ґрунтів шляхом порівняння їх потужності з плакорним аналогом (контролем), яка застосовувалася при великомасштабному ґрунтовому картографуванні і при проведенні ґрунтових коригувань. Тому, не враховуючи офіційного характеру даних щодо еродованості ґрунтів, вони не можуть вважатися цілком достовірними.

Вимоги до об'єктивності інформації щодо еродованості ґрунтового покриву для цілей безпосереднього проектування протиерозійного упорядкування певної території значно підвищуються.

Необхідно мати коректні дані щодо фактичного розвитку ерозії на конкретній території (рис.1). 

Рис.1. Основа інформаційної бази розораності території.

Застосування методики визначення ступеня еродованості ґрунтів, про яку вище йшла мова, просто не допустимо. Цілком імовірна подвійна помилка: будуть захищатися нееродовані малорозвинені низькопродуктивні ґрунти, а найбільш цінні, вже фактично в значній мірі еродовані ґрунти, будуть ще більш інтенсивно використовуватися без достатнього протиерозійного захисту. Тому необхідна принципово нова методика обстеження території, яку передбачається протиерозійно упорядковувати. Ця робота повинна виконуватися на передпроектній стадії. Певні перспективи надає застосування методики, яка базується на визначенні теоретичного розрахункового аналога (контролю) нееродованого ґрунту для будь-якої точки в ландшафті. Кількісними параметрами, які залучені до моделі, є експозиція (азимут), ухил (градуси), гранулометричний склад (вміст фізичної глини, %), материнська порода (вміст неагрегованих елементарних ґрунтових часток або ефективна поверхня, г/м²).

Математична статистика, яка є основним робочим засобом, дозволяє визначити діапазон вірогідності розбіжностей між фактичною потужністю ґрунту і її розрахунковим значенням. Якщо розбіжності виходять за межі цього діапазону, є підстави для висновку про наявність у ґрунті еродованості чи намивання. При цьому чітко визначається шар, що ерозійно втрачений чи делювіально намитий.

Помилки щодо еродованості ґрунтів зменшуються в разі використання показників середньорічних втрат ґрунту, які визначаються методом порівняльного аналізу ґрунтових карт території, одержаних за певний проміжок часу. Тому показники ерозійних втрат ґрунту є більш коректними для діагностування ступеня еродованості ґрунтів, якщо початок сільськогосподарського використання певної території і перша ґрунтова карта збігаються у часі. Показники середньорічних ерозійних втрат ґрунту можуть бути обчислені на підставі математичної моделі ерозії, але вони будуть мати меншу точність. Довготермінові гідрологічні спостереження в умовах стаціонарних водобалансових станцій, обліки водозбірного стоку і польові експедиційні тимчасові заміри дозволили досить ретельно визначити ймовірні рівні поверхневого стоку. Для європейської частини колишнього Радянського Союзу опрацьована серія відповідних карт.

Найбільш доцільно використовувати значення потенційного поверхневого стоку (ПС) 10 % рівня імовірності перевищення діагностичного стоку над розрахунковим. Значення ПС має самостійну інформаційну цінність і характеризує роботу поверхневого стоку. Коефіцієнт еродованості ґрунтового покриву (К_егп) обчислюється як середньозважена величина для кожного ґрунту на підставі коефіцієнтів (нееродований – 1; слабоеродований – 1,2; середньоеродований – 1,4; сильноеродований – 1,6), які вказують на відповідне зниження родючості у порівнянні з повнопрофільним ґрунтом. Коефіцієнт еродованості разом з даними розподілу еродованих ґрунтів за градаціями ступеня еродованості можна використати як важливі якісні характеристики ґрунтового покриву.

Таким чином, інформація щодо фактичної еродованості ґрунтів є необхідною, але не достатньою умовою ні для наукового обґрунтування стратегії охорони ґрунтів від ерозії (розробки Генерального плану протиерозійних заходів, Національної програми охорони ґрунтів і взагалі інвестиційної ґрунтоохоронної політики), ні для конструю­вання протиерозійного захисту на певній території. Така інформація може бути прийнята лише як одна вісь системи координат алгоритму протиерозійного захисту.

Друга вісь – це кількісна оцінка потенційної ерозійної небезпеки. Така оцінка можлива при наявності характеристик природних факторів ерозії. Теоретичною підставою обчислення потенційної ерозійної небезпеки є припущення про те, що єдиною причиною сучасної ерозії є діяльність людини, а природні фактори ерозії (обставини) – лише її передумови. Норматив проявлення ерозії повинен дорівнювати швидкості ґрунтоутворювального процесу. Тобто є якийсь максимум, вище якого ерозійні втрати в конкретній точці простору і часі бути не можуть. Достатнім рівнем прийнято, як вже згадувалося, вважати 10 %-ну забезпеченість. У такому випадку розрахункове значення потенційного річного змиву ґрунту 10 %-ї забезпеченості є необхідним показником потенційної небезпеки ерозії. Проте на ґрунтах різної вихідної потужності профілю однакові ерозійні втрати ґрунту приведуть до різних наслідків.

Тому кількісний показник ерозійної небезпеки повинен враховувати цей суттєвий аспект. У такому контексті досить інформативним показником щодо потенційної ерозійної небезпеки є індекс збереження ґрунтів (ІЗГ), який визначається зі співвідношення потужності (маси) гумусового горизонту (Н, т/га) та імовірних ерозійних втрат (змив ґрунту 10 %-ї забезпеченості, т/га). Він показує, за скільки років можливо втратити гумусовий горизонт (Н), якщо в середньому кожного року буде ерозія на рівні 10 %-ї забезпеченості. ІЗГ – кількісний показник ерозійної небезпеки. Для його розрахунку необхідно, по-перше, мати математичну верифіковану модель ерозії, а по-друге, усі параметри цієї моделі, що характеризують природні фактори ерозії на рівні як мінімум 10 %-ї забезпеченості.

Для розрахунку показника небезпеки ерозії можливо запропонувати різні підходи. Усі вони базуються на оцінці міри антропогенного втручання в природні ландшафти. Показниками щодо антропогенного навантаження можуть бути розораність території, співвідношення ерозійно небезпечних (рілля, сади тощо) і сталих (сінокісні, культурні пасовища, цілина, ліс, тощо) агрофонів щодо еродування ґрунтів.

Передбачається бальна оцінка небезпеки ерозії для кожного показника. Розрахункова таблиця для обчислення ерозійної небезпеки за нормативними показниками подана в наступному розділі.

Таким чином, в перелік критеріїв оцінки прояву і небезпеки водної ерозії увійшли:

а) оцінка потенційної ерозійної небезпеки:

1) індекс збереження ґрунтів (ІЗГ) як кількість років, потрібних для змиву ґрунту, визначається із відношення маси гумусового горизонту (Н) до маси ймовірних ерозійних втрат ґрунту 10 %-ї забезпеченості (обидва показника в тоннах до гектара);

2) оцінка ерозійної небезпеки за непрямими показниками.

1) інтенсивність фактичних середньорічних втрат ґрунту, т/га;

2) фактична еродованість, що має місце на певній території у розрізі основних категорій земельних ресурсів, %;

3) шар потенційного поверхневого рідкого стоку (ПС), мм за рік;

4) коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН), який розхраховується як співвідношення фактичних середньорічних втрат ґрунту до ймовірних ерозійних втрат ґрунту 10 %-ї забезпеченості.

2. Нормативи оцінки водної ерозії

https://www.youtube.com/watch?v=kLVhcZ0Fupw

Нормування водно-ерозійної небезпеки та її фактичного прояву здійснюється за такими показниками:

1) норма еродованості n=0,1 %Н, або n=Н/1000, де Н – потужність (мм), або маса (т/га) верхнього гумусового горизонту повнопрофільного ґрунту (табл. 1), відповідно до обраних одиниць виміру отримуємо норматив змиву або шару ґрунту (мм), або загальної кількості ґрунту, т/га;

2) коефіцієнт зниження родючості еродованих ґрунтів, або коефіцієнт еродованості ґрунтового покриву (К_егп). Відносно повнопрофільного ґрунту він складає: для слабоеродованих ґрунтів – 1,2, середньоеродованих – 1,4, сильноеродованих – 1,6. Для конкретної території К_егп визначається як середньозважена величина. Наприклад, якщо на конкретній території 70 % ґрунтів нееродовані, 20 % - слабоеродовані і 10 % середньоеродовані, К_егп =(70×1 + 20×1,2 + 10×1,4): 100= 1,08 (табл. 2);

3) об'єм потенційного рідкого стоку (ПС), мм.

4) коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН). Градація значень КРЕН має сім класів:

0-0,1 – ерозія відсутня;

0,1-0,3 – відмічаються поодинокі випадки ерозії;

0,3-0,7 – поріг шкодочинності ерозії;

0,7-0,9 – реалізуються природні фактори  розвитку ерозії;

0,9-1,1 – повна реалізація природних факторів ерозії та їх посилення за рахунок антропогенних факторів

1-1,5 – інтенсивний розвиток ерозії, спричинений антропогенними факторами

> 1,5 – катастрофічні ерозійні втрати, спричинені безграмотним господарюванням

5) Індекс збереження ґрунтів (ІЗГ);

6) Група непрямих показників (табл. 3). Оцінка ерозійної небезпеки на підставі непрямих показників проводиться шляхом ранжування фактичних даних за критеріями, наведеними в табл. 3, та виведення для конкретної території сумарного бала ерозійної небезпеки.

Таблиця 1. Нормативи водно-ерозійних процесів 

 Таблиця 2.  Класифікація ерозійної небезпеки

Таблиця 3. Нормативи для непрямої оцінки ерозійної небезпеки

 Водозбір певного порядку, необхідно провести лінію від замикаючого створу елементу гідромережі перпендикулярно до горизонталей до другого боку цього створу. Очевидно, що площа водозбору залежить від положення цього створу. Чим ближче він розташований до верхів’я яру чи балки, тим менша його площа.

3. Нормативи оцінки вітрової ерозії

https://www.youtube.com/watch?v=ROENNkKafGs

Нормування параметрів проводять за такими показниками:

1) перевищення втрат ґрунту над багаторічною нормою ерозії (разів);

2) періодичність посух;

3) зниження гідротермічного коефіцієнта;

4) перенос пилу.

Нормування наведено в табл. 1, де також дано перелік заходів з поліпшення ситуації.

Таблиця 1.  Нормативи вітро-ерозійних процесів і посух

4. Заходи щодо захисту ґрунтів від ерозії

https://www.youtube.com/watch?v=wDn4DU5zhNA

Заходи щодо покращення стану земель, можна  поділити на профілактичні (попереджувальні), тактичні (оперативні) і перспективні (довгострокові) характер.

Профілактичні та оперативні заходи

Основу оперативного блоку складають агротехнічні заходи. Їх переваги: 1) «миттєва» ефективність після виконання технологічних операцій; 2) легко вписуються в технологічний процес вирощування культур і тому майже не потребують додаткових витрат; 3) позитивно впливають на підвищення ефективної родючості ґрунтів. Але вони також мають істотні вади, зокрема не забезпечують захисту ґрунтів: з необхідною регулярністю й ефективністю; при прояві ерозійних процесів у вигляді стихійного лиха.

Основа протиерозійної агротехніки – максимальне покриття рослинами або їх рештками поверхні ґрунту, що застосовується головним чином після колосових культур суцільного посіву. Після просапних культур ефективність такого заходу значно знижується. Упровадження протиерозійної агротехніки повинно бути зонально диференційованим. У Поліссі вона ефективна лише весною і під час зяблевого обробітку, а влітку – майже не впливає на протиерозійну стійкість. В Степу, де вітрова ерозія може виникати від січня до травня, ґрунтозахисна система обробітку після колосових культур знижує рівень вітрової ерозії, але для водної ерозії вона є лише періодично діючою перепоною. Для районів Лісостепу і Північного Степу можна застосовувати ґрунтозахисні системи за принципом «напівпару», в Південному і Сухому Степу потрібна мінімалізація обробітку аж до нульової схеми.

Перспективні заходи

Перспективними є заходи, які зупиняють ерозійні процеси на десятки років. Вони поділяються на землевпорядні організаційні і конструкційні. Один з основних заходів – зниження розораності території шляхом виведення з ріллі земель, непридатних для обробітку. (піщані землі й осушені торфовища в Поліссі; схили більше 2°; розмиті, заплавні, заболочені, засолені ґрунти; мочари, солонці, тощо).

Оптимальна площа орних земель повинна становити: для Полісся – 15-25 % від загальної площі, для Лісостепу і Північного Степу – 40-45 %, Південного Степу – 35-40 %, Сухого Степу – 25-35 %. Це означає, що з загальної площі ріллі України потрібно вилучити майже 10 млн га.

Найважливіше завдання – збільшення площі лісів та посилення агролісомеліоративних заходів. У Поліссі необхідно довести лісистість до 40-50 % від загальної площі, а також створити систему лісосмуг, щоб знизити видування і перенос забрудненого радіонуклідами пилу.Для захисту ґрунтів від водної ерозії лісосмуги слід створювати вздовж гідротехнічних споруд (наорні вали-тераси, вали-канави тощо).

Найбільш цілісне і екологічно раціональне вирішення проблеми -–перехід до утворення ґрунтоохоронно-меліоративно упорядкованих агроландшафтів (АЛ). Просторову основу АЛ складають системи гідротехнічних та лісомеліоративних заходів. При проектуванні АЛ враховують геологічні, геоморфологічні, ґрунтові, гідрологічні, гідротермічні, геоботанічні та інші особливості території. Тип протиерозійно упорядкованого АЛ визначається співвідношенням небезпеки водної та вітрової ерозії з урахуванням всіх інших негативних процесів і явищ.