Лекція 5. «Грунтозахисно-меліоративне упорядкування агроландшафту - перший етап агроландшафтогенезу»

1. Змiст грунтозахисно-меліоративного упорядкування агроландшафту

Ґрунтозахисно-мелiоративне впорядкування (ГЗ‑М) аґроландшафту (АЛ)  - спосiб кардинального вирiшення грунтозахисно-мелiоративної проблеми, перший етап аґроландшафтоґенезу.

Термiн аґроландшафт широко застосовується як простий синонiм сiльськогосподарських угiдь. Це цiлком аналоґiчно збiдненню, якому пiддавали протягом десятилiть вихiдний спорiднений термiн “ландшафт” (Л)  - за ним залишився головно поверхневий, пейзажний змiст. Ф.М. Мiльков визначав Л як природний територiальний комплекс. Це найбiльш визначене розумiння Л, i воно стосується тiльки природних систем, які здатнi зберiгати себе, повертатися у стан рiвноваги з середовищем пiсля вiдхилень iз природних причин (або пiсля незначних антропогенних втручань), навiть вiдновлюватися пiсля знищення своєї бiотичної складової на деякiй частинi ареалу.

Сільськогосподарські угiддя позбавленi перелiчених вище властивостей природних Л. Їхнє пiдтримання i вiдновлення потребує втручання людини, постiйного, дорогого, екологiчно безпечного. Створенню угiдь передує знищення природних Л. Угiддя - це пiсляландшафтнi утворення, залишки природних Л, якi й надалi руйнуються сільськогосподарським виробництвом. Не виключено i перетворення угiдь у «неугiддя», каталандшафти.

Щоб вживання термiну АЛ було виправданим, угiддя мають отримати (зрозумiло, вiд людини) високу екологiчну стiйкiсть, якомога бiльшу здатнiсть до саморегуляцiї i навiть до самовiдновлення, а для початку позбутися процесiв, що руйнують природно-ресурсний потенцiал. АЛ - iнтегрована антропогенно-природна, природно-виробнича територiальна система, економiчно ефективна та екологiчно рацiональна.

Очевидно, що АЛ не можна створити одномоментно, в результатi якогось обмеженого в обсязi i часi комплексу робiт. Але угiддя слiд перевести на агроландшафтний шлях розвитку.

Найперший етап агроландшафтного розвитку - припинення антропно прискорених процесiв ерозiї (водної ерозiї) i дефляцiї (вiтрової ерозiї) грунту. Якщо на момент створення с.‑г. угiдь на мiсцi природних Л родючий грунт був найпершою природною умовою с.‑г. виробництва, у процесi с.‑г. використання грунт усе бiльше стає також i соцiальною його умовою. Але цей релiкт природного Л в Українi (як i в свiтi в цiлому) руйнується повсюдно i з катастрофiчною iнтенсивнiстю. Тому першим етапом дiйсно культурного, цiлеспрямованого, науково забезпеченого агроландшафтогенезу має стати його грунтозахисне (ГЗ) упорядкування. Грунтозахисно-мелiоративне (ГЗ‑М) упорядкування АЛ є фактично найважливiшою i екологiчно бездоганною загальною мелiорацiєю природних умов сiльського господарства i умов його ведення, уможливлює ефективне виконання ряду спецiальних мелiорацiй. Найефективнiшими проти ерозiї та дефляцiї є тi заходи, що зменшують напруженiсть, iнтенсивнiсть їхніх безпосереднiх агентiв - вiдповiдно поверхневого стоку й вiтру. Завдяки цьому перекриваються головнi канали втрат води атмосферних опадiв i грунту, а збережена вода може бути використана культурами. Додаткове вологопостачання культур для умов України в цiлому можна визначити  приблизно як 100-150 мм/рiк, що навiть за невисокої агротехнiки забезпечить прирiст урожаю 10-15 ц/га в перерахунку на зерно. Це основне джерело безпосередньої, поточної економiчної ефективностi ГЗ‑М упорядкування АЛ, його практично моментальної окупностi (максимум за 2-3 роки, тобто задовго до вступу в дiю головного мелiоративного компонента - полезахисних смуг) i незрiвнянної з iншими заходами i технологiями прибутковостi капiтальних вкладень i поточних витрат (десятки тисяч процентiв). I це без урахування того, що не буде пущено за водою й вiтром головне багатство прийдешнiх поколiнь - родючий грунтовий покрив.

Людська дiяльнiсть - фактор створення, збереження й розвитку АЛ, антропний компонент майбутнього АЛ - включає принаймнi два субкомпоненти проектування: технологiчний та просторово-структурний.

Технологiчний субкомпонент створюваного АЛ включає:

а)      грунтомелiоративну складову - спецiальнi мелiорацiї (усунення чiтко виражених негативних явищ: засолення, солонцюватiсть, токсичнiсть, горизонти з несприятливими властивостями, особливо з надмiрним ущiльненням тощо) i загальне полiпшення грунтiв, розвиток їх у напрямi агроземiв (збагачення органiчною речовиною i iнтенсифiкацiя гумусоутворення, збiльшення потужностi гумусованих i кореневмісних горизонтiв);

б)      власне рацiональну (у тому числi, грунтозахисну) виробничу (рослинницьку, тваринницьку, лiсогосподарську, тощо) технологiю. Вона має забезпечити:

• пiдвищення стiйкостi грунту до ерозiї i дефляцiї, зокрема його високу iнфiльтрацiйну здатнiсть;
• створення i функцiонування протиерозiйного (водозатримного, а головним чином стоковiдвiдного) нанорельєфу поверхнi -  досягається постiйним виконанням контурного стоковiдвiдного обробiтку грунту;
• створення розвиненого (зiмкненого), постiйного в часi або, принаймнi, тривалого ГЗ покриву культур, трав «природних» кормових угiдь;
• за вимушеної вiдсутностi рослинного покриву - захист грунту рослинними рештками культур, що зберiгаються на поверхнi за допомогою його мульч-обробiтку.

У процесi проектування ГЗ‑М просторової структури АЛ  було б корисно взагалi вiдкласти проектування технологiчного субкомпонента АЛ, тобто абстрагуватися вiд ГЗ ролi виробничої технологiї, а спочатку одержати таку просторову структуру АЛ, яка i без ГЗ технологiї була би грунтозахисно достатньою (наприклад, щоб розрахована при оцiнцi проекту структури сума ерозiйних i дефляцiйних втрат грунту не перевищувала прийнятого граничного рiвня). Можна також вважати результат проектування задовiльним, якщо таке зменшення втрат грунту досягається з додатковим включенням у розрахунки втрат ГЗ ролi с.‑г. культур i «звичайної», «традицiйної» технологiї, не ускладненої спецiальними грунтозахисними заходами, тим паче проблематичними напрямами, ще не вповнi дослiдженими i не освоєними виробництвом (на зразок «нульового обробiтку”, «прямого посіву» тощо). Якщо i за цiєї умови бажане зниження втрат не досягається, слiд обумовити переведення дiлянки у склад квазiприродних кормових угiдь iз обов'язковим виконанням пасовищної модифiкацiї ГЗ‑М упорядкування АЛ.

ГЗ‑М заходи постiйної дiї (ЗПД) є єдино можливим засобом створення ГЗ‑М просторової структури АЛ та її закрiплення. Постiйна, цiлорiчна й багаторiчна дiя цих заходiв принципово вiдрiзняє їх вiд технологiчних заходiв, дiя яких скороминуща в часi (виняток - постiйний рослинний покрив «природних» кормових угiдь). Функцiонально найважливiшими для АЛ (обов'язковими елементами мiнiмiзованої структури) є такi групи ЗПД:

а)      протиерозiйні  вздовжсхиловi (концентрованi) ланки стоковiдвiдної iнфраструктури АЛ. Цi ланки пiдроздiляють схил на сектори, кожний з яких перетворюють на схиловий блок контурно-смугових робочих дiлянок (РД), орних чи пасовищних.

б)      полезахиснi смуги (ПЗС), які, крiм своєї головної полезахисної (i протидефляцiйної) ролі, виконують не менш важливу ландшафтно-органiзацiйну, ландшафтно-структурну функцiю по закрiпленню меж смугових виробничих РД (на схилах - поперечносхилових безпечно стоковiдвiдних меж контурно-смугових РД) i тим уможливлюють неухильне додержання потрiбного напряму агротехнiчних операцiй. ЗПД цих названих двох груп формують первинну просторову структуру АЛ. Саме її слiд запроектувати i реалiзувати безпомилково, щоб вона, по-перше, прослужила без значних змiн тривалий час (принаймнi термiн життя ПЗС, у тому числi i пiсля можливого їхнього порослевого вiдновлення), по-друге, була придатна для вписування в неї навiть без спецiального проектування систем елементiв вторинної просторової структури. Це ЗПД третьої найважливiшої групи, яку складають:

в)      стоковiдвiднi гiдротехнiчнi землянi споруди. Разом iз контурним стоковiдвiдним орним нанорельєфом усiєї поверхнi вони складають польову (повсюдну, розосереджену) ланку стоковiдвiдної iнфраструктури АЛ. Через неї, приблизно вiд середини контурно-смугової РД до вздовжсхилових ланок, уповiльнено, без ерозiї, з максимальним поглинанням грунтом вiдводиться вода, яка не змогла бути засвоєна грунтом там, де опади надiйшли на поверхню грунту.

2. Теоретичні аспекти формування технологічного блоку агроландшафту

Технологічний блок є важливою складовою частиною екологічно збалансованого агроландшафту. Його завдання - максимальне використання переваг агроландшафтного упорядкування сільськогосподарських угідь для одержання конкретної продукції без будь-якого погіршення стану грунтового покриву та довкілля. Тому для інженерного проектування конструкції екологічно збалансованого агроландшафту необхідно мати алгоритм кількісних оцінок груноохоронної ефективності протиерозійних агротехнічних заходів. Перш за все, необхідно розробити систему кількісних критеріїв, бо будь-яке обгрунтування агротехнічного грунтоохоронного заходу повинно базуватися на об`єктивних даних щодо ерозійної стійкості грунтів.

В системі оцінки технології чи її окремої операції домінуюче значення повинні мати результати грунтово-екологічної експертизи. Припустимо, що агротехнічний захід відрізняється високою протиерозійною і агроекологічною ефективністю, але вплив цього заходу на грунт як систему може перевищувати певну припустиму нормовану межу. Грунт доводиться до стану надпродуктивності за рахунок небезпечної дози “допінгу”. Регулярне надзабруднення системи і внесення частки “хаосу” вище допустимої норми призведе у підсумку або до руйнування системи, або до її переходу на інший якісно гірший квазістабільний рівень авторегуляції. У цьому зв`язку можна навести очевидний приклад із застосуванням безводного аміаку, внесення якого різко підвищує врожайність сільськогосподарських культур, але при цьому йде інтенсивне руйнування грунту, що дуже швидко (майже за кілька років) обумовлює повну втрату його родючості.

Ідеологія екологічно збалансованого агроландшафту вимагає проведення екологічної експертизи будь-якої технологічної операції, технології і технологічного блоку в цілому. Агротехнічний захід, який не пройшов цієї експертизи, не може бути рекомендований до застосування, навіть при ідеальному виконанні цільової функції. Щодо теоретичного обгрунтування грунтово-екологічної експертизи - такий підхід відрізняється майже абсолютною новизною. Достатньо повне рішення усіх пов`язаних з цим проблем - справа майбутнього. Але один з перших і важливіших кроків - створення системи наукового і практичного комплексного моніторингу грунтового покриву України. На сьогодні ця проблема перебуває лише на стадії обговорення і запропонування гіпотез.

Відомо, що довготривалий обробіток по різному впливає на ієрархічно різні рівні грунтового тіла (Медведєв, 1986). При механічній дії на грунт, у порівнянні з цілиною, зменшується розмір агрегатів, змінюється їх форма, зовнішня і внутрішня будова, підвищується їх деформованість, істотно зменшується співвідношення агрегатів високого і низького порядків і їх порядковість в цілому. Спостерігається ще ціла низка негативних змін агрофізичних властивостей староорних грунтів (Медведєв, 1982).

Проте, це погіршення властивостей, як правило, є результатом не прямого впливу обробітку, а побічного - через зменшення загальної кількості органічної речовини, і поступового - через постійне підтримання надмірної частки хаосу в системі грунтового тіла. Аналіз проблеми збереження і поліпшення структури твердої фази грунтів на різних рівнях її організації дозволив А.Д. Вороніну (1986) дійти висновку, що в першу чергу необхідно мати певні уявлення про реальні можливості щодо створення оптимального фізичного стану грунтів в конкретних умовах. Насамперед, це стосується технологічного блоку агроландшафту і особливо його основи - обробітку грунту, який є потужним засобом для створення сприятливих грунтових умов для росту культурних рослин. Накопичений матеріал вказує, що безпосередній вплив обробітку і інших складових технологічного блоку АЛ має свою межу. Характерно, що ефект від їх впливу має чітко діагностовану часову редукцію. Наприклад, до моменту збирання врожаю культур вплив основного обробітку зводиться до нуля.

Грунт - самостійне природне тіло, яке характеризується наявністю різних структурних ієрархічних рівнів. Тому виявлення межі безпосереднього технологічного впливу на грунт означає визначення грунтового ієрархічного рівня, на який цей вплив не поширюється. Така інформація необхідна для інженерного проектування екологічно збалансованих АЛ. Це надає підстави науково обгрунтовано визначити досить сенсорні показники ефективності технологічного блоку АЛ і, при необхідності безпомилково відокремити вплив технологічної і генетичної складових, наприклад, параметрів ерозійної сталості грунтів. А.Д.Воронін (1986) показує, що неагреговані ЕГЧ входять до всіх фракцій мікроагрегатного складу, а їх співвідношення з мікроагрегатами залежить від особливостей грунтоутворюючої породи і типу грунтоутворення. Це співвідношення у загальному вигляді може характеризувати мікроагрегатний рівень організації грунтового тіла.

Активні пошуки форми залежності цього концептуального положення і апробація показників на різних об`єктах дозволили зупинитися на коефіцієнті агрегованості (К_а) (Булигін, 1989; Булигін, Лисецький, 1991, 1996). Структура цього коефіцієнту вперше була запропонована у 1932 році Бейвером і Роадесом. У модифікації Булигіна (2005) він розраховується за формулою:

K_S=a-b/a*100%,                                                               

де:     a - вміст часток і мікроагрегатів розміром від 0,05 до 0,25 мм;

         b - вміст неагрегованих ЕГЧ таких же розмірів.

3. Специфiка грунтозахисно-меліоративного упорядкування агроландшафту в еколого-технологiчних групах земель

Типологiя місцевості (за Ф.М.Мiльковим) може бути перебудована i на унiверсальну схему господарсько-органiзацiйних i ГЗ‑М схилових мiкрозон.

Перша еколого-технологiчна група земель практично тотожна плакорному типовi мiсцевостi з включенням окремих ареалiв мiжрiчкового недренованого типу, який включає два пiдтипи (мiкрозони):

а) власне плакорний (просапний) пiдтип (мiкрозона А) з ухилом поверхнi, що не перевищує 0,5-10, i з обмеженням довжини схилу навiть цiєї мiнiмальної крутизни. Тут бажано зосередити просапнi сiвозмiни.

Мiкрозона А потребує тiльки полезахисної мелiорацiї та захисту вiд дефляцiї. У своїх дiйсних системах ПЗС формують i закрiплюють смуговi РД, що можуть мати прямолiнiйнi довгi межi. Якщо дозволяє конфiгурацiя i розмiри ареалу мiкрозони, ПЗС можна орiєнтувати перпендикулярно до переважного напряму вiтру або сукупностi дефляцiйних, хуртовинних, суховiйних вiтрiв, якщо такий напрям можна встановити або вирахувати. Традицiйно вважається (дослiдження I.О.Бучинського), що на територiї України оптимальний напрям ПЗС змiнюється плавно вiд меридiонального на крайньому сходi до широтного на пiвнiчному заходi.

Оскiльки з площi ареалу на розташованi нижче схиловi землi iнодi може надходити деякий об'єм поверхневого стоку, нижню межу ареалу привододiльної мiкрозони А слiд облаштувати водозатримним валом, сумiщеним з польовою дорогою. Водночас це є i протиерозiйним облаштуванням верхньої межi верхнiх контурно-смугових РД i дозволить зменшити стоковiдвiдне навантаження на вздовжсхиловi ланки стоковiдвiдної iнфраструктури АЛ: частина стоку замiсть безпосереднього скидання через цi ланки затримується для мiлководнолиманного зрошення орних земель вище валу. Проте слiд передбачити можливiсть евакуацiї надлишково затриманої води з мiлководного лиману (малого протиерозiйного ставка) у вздовжсхилову ланку. Гiдрологiчне обрахування мiсця розташування i висоти валу є водночас i розрахунком довжини привододiльної зони схилу мiнiмального ухилу, що включається в мiкрозону А.

б) Плакорний польовий пiдтип мiсцевостi (схилова польова мiкрозона Б, її верхня частина) - до нижньої межi плакорного типу Мiлькова, 1-ї еколого-технологiчної групи земель, тобто приблизно в межах iзогеоклiни 3о i ареалу слабоеродованих грунтiв. Землi використовуються пiд польовi сiвозмiни.

Землi плакорного польового пiдтипу мiсцевостi, разом iз розташованими нижче по схилу землями, пiдроздiляються вздовжсхиловими ланками стоковiдвiдної iнфраструктури АЛ на вздовжсхиловi сектори. Сектори структуруються як схиловi блоки контурно-смугових РД на базi дiйсної системи контурно орiєнтованих ПЗС. Вiдстань мiж ПЗС визначає ширину РД.

Контурнiсть базується на обов'язковому стоковiдвiдному принципi. У створену первинну просторову структуру (в РД мiж ПЗС) вписується вторинна - дiйснi системи стоковiдвiдних земляних споруд.

 Польова модифiкацiя контурно-смугового структурування має таку головну вiдмiтну рису, як паралельнiсть верхньої i нижньої поперексхилових меж кожної РД.

У другу еколого-технологiчну групу земель (нижня частина схилової польової мiкрозони В) не слiд включати землi з ухилом бiльшим за 5-60. Видiляються цi землi зi сполучення схилового (прирiчкового, надрiчного) i надзаплавно-терасового типiв мiсцевостi (за Ф.М.Мiльковим) як схиловий польовий пiдтип мiсцевостi. На грунтах зi слабким i середнiм ступенем еродованостi (можливi також невеликi плями грунтiв сильної еродованостi) звичайно рекомендуються так званi ГЗ сiвозмiни, які не повиннi мати жорсткої схеми ротацiї культур: багаторiчнi трави тут слiд зберiгати не протягом заздалегiдь визначеної кiлькостi рокiв, а до тогу часу поки вони дають достатнiй урожай.

В третій еколого-технологiчній групі земель, землi з ухилом бiльшим 5-60, або мiкрозону В, квалiфiкуємо як схиловий пасовищний пiдтип мiсцевостi, виходячи з необхiдностi розвитку пасовищного господарства i утримання на пасовищах якомога бiльшого поголiв’я худоби протягом принаймнi пiвроку. На цих землях, навiть iз урахуванням ГЗ ролi квазiприродної рослинностi, стоковiдвiдне контурно-смугове структурування земель i полезахисна мелiорацiя потрiбнi не менше, нiж на орних землях.

ГЗ‑М упорядкування виступає тут у його пасовищнiй модифiкацiї з певними вiдмінностями вiд орної, наприклад, наорний спосiб створення стоковiдвiдних споруд у виглядi валiв-терас з широкою основою виключається.

С.‑г. використання земель заплавного типу мiсцевостi (мiкрозона Г) (у тому числi і днищ великих балок) передбачає ретельне додержання природоохоронних вимог i урахування потреб  вiдведення значних площ земель саме для природоохоронного використання. Пiсля виконання ГЗ‑М упорядкування АЛ на привододiльних i схилових землях зменшиться надходження в заплави вод поверхневого стоку i ерозiйних наносiв, що полегшить i ГЗ‑М упорядкування на землях цього типу

4. Контрольні питання для самоперевірки

1. Чому грунтозахисно-мелiоративне упорядкування аґроландшафту є  першим етапом аґроландшафтоґенезу?

2. Назвіть основне завдання технологічного блоку агроландшафту.

3. Чим обумовлена необхідність проведення екологічної експертизи будь-якої технологічної операції, технології і технологічного блоку в цілому?

4. Як змінюється оптимальний напрям полезахисних лісових смуг на території України?

5. Назвіть основні напрями сільськогосподарського використання земель заплавного типу мiсцевостi (мiкрозона Г).

5. Список рекомендованої літератури

1. Закон України від 16.02.2017 "Про державний контроль за використанням та охороною земель" [Електронний ресурс] Режим доступу до ресурсу http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/963-15
2.    Закон України "Про охорону земель" від 27.06.2015 [Електронний ресурс] Режим доступу до ресурсу http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/962-15?test=qY4Mfbtc78fVbabUZizauODBHI4V2s80msh8Ie6
3. Закономірності поширення еродованих грунтів на території України [Електронний ресурс] Режим доступу до ресурсу https://studfiles.net/preview/5342226/page:37/
4.  Булигін С.Ю. Формування екологічно сталих агроландшафтів: Навчальний посібник. Харків: Вид-во ХДАУ, 2001.-118 с.
5.  Булигін С.Ю., Бураков В.І., Котова М.М., Новак Б.І., Ачасов А.Б., Барвінський А.В. Проектування ґрунтозахисних та меліоративних заходів в агроландшафтах: Навчальний посібник. -Київ:НАУ, 2004.-114 с.