ЛЕКЦІЯ 5 "Вплив ерозійних процесів на стан сільськогосподарських земель та прогноз їх якості"

1. Заходи щодо поліпшення стану еродованих земель

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: 1) не забезпечують захист ґрунтів з необхідною регулярністю і ефективністю; 2) не забезпечують захист ґрунтів 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. Впровадження протиерозійної агротехніки повинно бути зонально диференційованим. В 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 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. Це піщані землі і 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. В 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.

2. Прогнозування ерозійних процесів

Для визначення змісту ґрунтоохоронної політики дані про небезпеку ерозії навіть більш важливі, ніж показники її фактичного прояву. Класифікація індексу збереження грунтів (ІЗГ), за значенням якого оцінюється ерозійна небезпека, протилежна попереднім показникам. Перший клас (<50 років) означає катастрофічну небезпеку ерозії. Останній клас (>300 років) вказує на відсутність ерозійної небезпеки. Виходячи з цих даних є підстави вважати, що гіпотеза про можливість створення верхнього гумусового горизонту Н за 1000 років має під собою надійне наукове обґрунтування. Тому запропоновано спрощений метод визначення допустимих ерозійних втрат ґрунту, які дорівнюють 0,1 Н%, тобто 1/1000 частина. Метод знайшов підтвердження після аналізу публікацій (Ф.М.Лісецький, С.Г.Чорний), що присвячені цій проблемі. Відомо, що для Європейської частини колишнього СРСР коефіцієнт переходу з величини змиву 10%-ної забезпеченості до медіанних його значень (тобто середньорічних) дорівнює 3-4 Х (В.П.Герасименко). Таким чином, легко обчислюється величина ІЗГ, яка дорівнює 300 років. Тобто, при значенні ІЗГ>300 ерозійна небезпека, яка визначається природними факторами ерозії, відсутня (імовірність ерозійного зниження потужності профілю ґрунтів наближається до нуля). Перший клас ІЗГ (<50 років) показує на можливість втрати горизонту Н на очах одного покоління.

На підставі районування території країни за ІЗГ можна констатувати, що Правобережний і Західний Лісостеп характеризуються високою (найбільшою) ерозійною небезпекою. Співставлення цього районування з районуванням за попередніми показниками виявляє на значній території України розбіжності між фактичною еродованістю та її потенційною небезпекою. Особливо це стосується Північного Степу. Тому вважаємо, що головним аргументом для формування ґрунтоохоронної політики і стратегії протиерозійного захисту є оцінка саме небезпеки прояву ерозії. Підтвердженням цього можуть бути як мінімум два положення. По-перше, планування ґрунтоохоронних заходів на підставі даних фактичної еродованості веде до боротьби з наслідками, а не до усунення причин ерозійного руйнування ґрунтів. По-друге, виникають досить обґрунтовані сумніви відносно коректності методики визначення еродованості ґрунтів, яка покладена в основу відповідної офіційної інформації. Можна вважати, що однією з першочергових задач моніторингу земельних ресурсів є визначення дійсного їх стану щодо еродованості.

Достовірним чинником, який дає кількісне уявлення про спів­відношення фактичних і потенційних ерозійних втрат, що обумовлені природними факторами, є коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН). Градація значень КРЕН має сім класів. На території, яка віднесена до сьомого класу, фактичні ерозійні втрати ґрунту за останні 30 років перевищили потенційні. Це означає, що тут господарська діяльність виступає не тільки причиною ерозії, а і є домінуючим її фактором. Значення КРЕН може використовуватися для кількісної оцінки системи землеробства. В районах, де ця величина перевищує 1, необхідна докорінна зміна систем землеробства і взагалі землекористування. Найбільш загрозливий стан склався в Донбасі і в 100-300 км-ої смузі, що розташована на межі Лісостепу зі Степом.

Для непрямої оцінки стану земельних ресурсів стосовно водно-ерозійних процесів фахівцям для розрахунків необхідна інформація про частку ріллі на ухилах 0-2⁰ ( %), еродованість ріллі на ухилах 0-2⁰ (%), середньозважену довжину схилу (м) та сільськогосподарську освоєність території (%).

 Таким чином, є підстави для формування узагальнюючого заключення про стан земельних ресурсів щодо водно-ерозійних процесів відповідно обраних критеріїв і нормативів. Треба розділяти поняття фактичного проявлення еродованості (еродування ґрунтів) та поняття небезпеки ерозії. Перше поняття використовується для виявлення регіонів, які перебувають у кризовому стані і де необхідно терміново впроваджувати відповідні «реанімаційні» заходи щодо врятування ґрунтів і ландшафтів в цілому. Це, насамперед - регіони Донбасу, Малого Лісостепу, досить істотна смуга, яка розташована близько межі Лісостепової і Степової зон. В цих районах має місце значне зниження родючості ґрунтового покриву і високі середньорічні ерозійні втрати ґрунту. Тут треба радикально змінювати систему землеробства шляхом його максимальної екологізації.

Друге поняття (кількісна оцінка ерозійної небезпеки), як вже відмічалось, - база для формування протиерозійної стратегії заходів і відповідної інвестиційної політики. Чим вище небезпека, тим більш надійним повинен бути протиерозійний захист. Перш за все, заходів постійної дії і відповідних капітальних витрат потребують землі Вінницької, Тернопільської, Хмельницької областей. Причому протиерозійний захист в регіонах, де має місце катастрофічна небезпека ерозії, повинен бути розрахований на захист ґрунтів від змиву 10%-ної забезпеченості. Слід підкреслити, що особливо тут (як і на всій орній землі) вкрай необхідно створення мережі моніторингових спостережень за ерозійними процесами та їх факторами.

Основна модель вітрової ерозії розроблялась для степової зони України на основі відомої залежності еродованості ґрунту від грудкуватості поверхні ґрунту та ступеня вкритості рослинними залишками, опрацьованої Є.І.Шиятим з застосуванням польової аеродинамічної установки ПАУ-2. На установці такого типу (ПАУ-3) в ІГА ім. О.Н.Соколовського були піддані дії вітру основні ґрунти степової зони, для яких отримано показники, що залежать від типу ґрунтоутворення, питомої ваги ґрунту, наявності елювіально-ілювіального процесу та його інтенсивності. Такі ж параметри для ґрунтів Полісся і Лісостепу були розраховані на підставі їх властивостей.

Для розрахунків інтенсивності вітрової ерозії, крім ґрунтових показників, також необхідні кліматичні показники, такі, як середня максимальна швидкість вітру певної забезпеченості під час пилових бур та тривалість вітро-ерозійних процесів. Останні встановлювались за багаторічними даними метеорологічних станцій. Визначались дні з пиловими бурями і кількість годин проявлення. Для Полісся таких даних немає. Тому визначали величини, за яких можливо проявлення вітрової ерозії. За період з березня до кінця вересня це кількість днів з відносною вологістю повітря менше 39% і щомісяця кількість годин у день, коли вірогідні ерозійні процеси. Вітрова ерозія на Поліссі, що важливо, як правило, виникає на полях з сухою поверхнею ґрунту і при відсутності рослинності.

Середні максимальні швидкості вітру визначені за той же період (березень - вересень), однак для Полісся обрані дні, коли вологість повітря була нижчою за вказану величину - 39%, а для лісостепової і степових зон лише дні, коли відмічені пилові бурі. Здобуті матеріали оброблялись методом квантільного аналізу для одержання 20%-ної забезпеченості швидкості вітру. Таким чином, за допомогою перелічених параметрів проведено районування України за інтенсивністю вітрової ерозії для основних ґрунтів на основі моделі вітрової ерозії, яка має такий вигляд:

де Ер - потенційно можливі втрати ґрунту, т/га за рік;

а, b - коефіцієнти, які залежать від генезису, гранулометричного складу, фізичних і фізико-хімічних властивостей ґрунту;

k - грудкуватість поверхневого шару ґрунту, %;

K_s - коефіцієнт руйнування агрегатів;

t - кількість годин з проявленням вітрової ерозії за рік;

Vmах - середня максимальна швидкість вітру конкретного району, м/с;

Vaeр - базова швидкість вітрового потоку в аеродинамічній трубі, м/с;

0,1 - перерахування з г/м² за хвилину на т/га в рік.

3. Критерії і показники оцінки ерозійних процесів

Кількісна оцінка водної ерозії (мова про розвиток лінійної ерозії тут не ведеться) передбачає дві системи критеріїв оцінки:

1) за фактичною еродованістю ґрунтового покриву;

2) за потенційною небезпекою ерозії при певному рівні імовірності дії факторів ерозії (світовий досвід організації протиерозійного захисту вказує на те, що достатнім є розрахунок на 10%-ву забезпеченість).

 Кількісна інформація щодо фактичної еродованості має статус офіційної. Вперше системні дані щодо еродованості ґрунтів України одержані після крупномасштабного ґрунтового обстеження в 1957-1961 роках. На підставі цих матеріалів колектив науковців під керівництвом професора К.Л.Холупяка опрацював карту еродованості ґрунтів України. Після організації Державного Комітету по земельним ресурсам відомості про еродованість ґрунтів в офіційних звітах подаються цією установою. Тобто одержати такі дані можна без істотних утруднень, 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 великомериловому ґрунтовому картографуванні і при проведенні ґрунтових коригувань. Тому, не дивлячись на офіційний характер 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. 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 протиерозійне 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 та 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 імовірні 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 використовується для обчислення показника прояву ерозії ґрунтів (ППЕГ), який характеризує виконану роботу поверхневого стоку. Коефіцієнт еродованості ґрунтового покриву 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 у якості однієї вісі 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 згадувалось, вважати 10%-ну забезпеченість. В такому випадку розрахункове значення потенційного річного змиву ґрунту 10%-ої 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. В такому контексті досить інформативним показником щодо потенційної ерозійної небезпеки є індекс збереження ґрунтів (ІЗГ), який визначається із співвідношення потужності (маси) гумусового горизонту (Н, т/га) і імовірних ерозійних втрат (змив ґрунту 10%-ної забезпеченості, т/га). Він показує, за скільки років можливо втратити гумусовий горизонт (Н), якщо в середньому кожного року буде ерозія на рівні 10%-ої забезпеченості [15]. 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%-ної 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.

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

а) Оцінка фактичного стану:

1. Інтенсивність фактичних середньорічних втрат ґрунту, т/га.

2. Фактична еродованість, що має місце на певній території у розрізі основних категорій земельних ресурсів, %.

3. Показник проявлення ерозії ґрунтів (ППЕГ), %

де ПС — потенційний стік 10%-ної забезпеченості, мм;

 КЕГП — коефіцієнт еродованості ґрунтового покриву.

4. Шар потенційного поверхневого рідкого стоку (ПС), мм за рік.

б) 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 імовірних ерозійних втрат ґрунту 10%-ної забезпеченості (обидва показника в тонах до гектара).

2. Оцінка ерозійної небезпеки за непрямими показниками (розораність території і інші).

Показники діагностики вітрової ерозії:

1. Перевищення потенційно-можливих втрат ґрунту від вітрової ерозії над багаторічною нормою ерозії, т/га за рік;

2. Наявність переносу пилу під час пилових бур з інших регіонів;

3. Підлеглість до інтенсивних і частих посух, які обумовлюють процеси опустелювання.