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

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.