Вплив господарської діяльності на ґрунт

Шкідливий антропогенний вплив, а також розгул стихій, природних та посилених людиною, завдають ґрунтам величезної, інколи непоправної шкоди. Це, насамперед, водна і вітрова ерозія, погіршення ґрунтової структури, механічне руйнування та ущільнення ґрунту, постійне збіднення на гумус та поживні речовини, забруднення ґрунту мінеральними добривами, отрутохімікатами, мастилами та пальним, перезволоження та засоленість земель.

Деякі види антропогенних впливів на ґрунти, котрі зумовлюють зміну їхньої родючості, наводяться в табл. 2.11.

Втрата ґрунтами грудкуватої структури у верхньому горизонті відбувається внаслідок постійного зменшення вмісту органічних речовин, механічного руйнування структури різноманітними знаряддями обробітку, а також під впливом опадів, вітру, перепаду температур тощо.

Ще однією причиною втрати родючості є багаторазовий обробіток ґрунтів різними знаряддями за допомогою потужних і важких тракторів. Часто поле протягом року обробляється до 10—12 разів. Не враховується, що добрива, посівний матеріал, зерно і солому, коренеплоди і бульбоплоди завозять на поле та вивозять причепами. Причому часто

Таблиця 2.11. Наслідки антропогенних впливів на грунти

трапляється так, що автотранспорт, уникаючи розкислих доріг, їде полем, через посіви, утворюючи паралельні тимчасові дороги. Такого не буває в жодній іншій країні, де кожне поле має свого справжнього господаря. Висока частота обробітку пояснюється ще і тим, що наше сільське господарство не має знарядь для одночасного обробітку землі і догляду за посівами.

Через частий обробіток землі розпилюється поверхня ґрунту. Один трактор “Беларусь”, працюючи на сухих полях, здіймає 13—14 тонн пилу на кожному гектарі, що і без пилових бур призводить до зносу мільярдів тонн родючого шару ґрунту щорічно.

Через ущільнення ґрунту колесами важких тракторів і комбайнів типу “Дон”, різко знижується родючість. Нормальна об’ємна маса структурного ґрунту — 1,1 1,2 г/см3 — на багатьох полях змінюється аж до 1,6—1,7 г/см3, що значно перевищує критичні величини. У таких ґрунтах майже вдвоє зменшується загальна пористість, різко знижується водопроникна і водоутримуюча здатність, зменшується опірність ґрунту до ерозійних процесів. Колеса трактора “Кировец-700” ущільнюють у колії ґрунт на глибину до 20 см, і врожай на таких смугах удвічі нижчий, ніж на ділянках між ними. Лише за рахунок цього фактора загальний врожай на полі зменшується на 20 %.

Глобальною проблемою сьогодні є постійне зменшення вмісту гумусу, який відіграє провідну роль у формуванні ґрунту, його цінних агрономічних властивостей, забезпеченні рослин поживними речовинами. Однією із основних причин цього є споживацький підхід до землі, намагання якнайбільше з неї взяти і якнайменше їй повернути. А гумус витрачається не тільки на мінералізацію з вивільненням доступних для рослин поживних речовин, а й виноситься з ґрунту в процесі ерозії, з коренеплодами та бульбоплодами, на колесах транспортних засобів, руйнується під впливом різноманітних хімічних речовин.

Нині в Україні кількість гумусу в ґрунті зменшилася в середньому в шість разів і становить приблизно 3 %. Щорічно ґрунти України втрачають за рахунок мінералізації 14 млн т гумусу, за рахунок ерозії — 19 млн т.

Сьогодні дедалі більш відчутними стають негативні наслідки хімізації сільського господарства — погіршуються властивості ґрунту, його стан через нагромадження в ньому великої кількості шкідливих хімічних речовин, що вносились без належних розрахунків і врахування екологічних законів. До таких хімічних речовин, в першу чергу, належать міндобрива та різні отрутохімікати — пестициди.

Внаслідок внесення високих доз мінеральних добрив ґрунт забруднюється баластними речовинами — хлоридами, сульфатами.

Пестициди пригнічують біологічну активність ґрунтів, знищують корисні мікроорганізми, черв’яків, зменшують природну родючість. Крім цього, гинуть комахи — запилювачі, від чого теж різко знижується врожайність, наприклад, гречки, баштанних культур та ін.

Вже сьогодні внаслідок спровокованої людиною пестицид-ної еволюції близько 500 видів комах є стійкими проти застосовуваних інсектицидів. Така стійкість виникає у рослин, молюсків, гризунів, грибів.

Всі без винятку пестициди належать до отрут широкої дії, і тому, потрапляючи в продукти харчування, вони завдають великої шкоди здоров’ю людей. Дослідження в нашій країні засвідчили: там, де інтенсивно застосовуються сільськогосподарські отрутохімікати, у місцевого населення ушкоджуються структури спадковості, розладнується діяльність центральної нервової системи, життєво важливих органів, у жінок частішають випадки ускладнення вагітності, народження неповноцінних або мертвих дітей, виникає алергія. Американські дослідники виявили, що ЗО % інсектицидів, 60 % гербіцидів, 90 % фунгіцидів, що застосовуються в СІЛА, здатні викликати рак. Також встановлено, що пестициди стимулюють розвиток у навколишньому середовищі вірусів, зокрема тих, які збуджують небезпечні захворювання людей, руйнують імунну систему. Площа земель, забруднених залишками отрутохімікатів, сягає 13 млн га.

Ґрунти також забруднюються відпрацьованими газами тракторів, комбайнів, автомобілів, мастилами та пальним, які з них виливаються під час роботи на полях. У ґрунти потрапляють і техногенні забруднення від промислових підприємств — сульфати, окиси азоту, важкі метали та інші сполуки.

Винятково гострою проблемою є вилучення орних земель під забудову різних промислових об’єктів, а також складування промислових та побутових відходів. За останні шістдесят років в Україні під різні види несільськогосподарського використання вилучено родючі землі, площа яких перевищує територію Одеської області (333 тис. кв. км, або 3,3 млн га). Понад 700 тис. га родючих земель затоплено водоймищами на Дніпрі. Відвали промислових відходів поглинули 200 тис. га родючих земель.

Негативний бік мають і такі важливі для сільського господарства роботи як зрошення й осушення земель. Зрошувані землі дають близько 30 % продукції рослинництва, але створення водойм і зрошення великих територій призводить до підняття рівня ґрунтових вод і зміни їхнього хімічного складу. Відбувається засолення ґрунтів, заболочування, підвищується сейсмічність території. 50 % зрошуваних земель у нашій країні підтоплено, втрачається чи перевитрачається на кожному гектарі 700 куб. м на рік. Перевитрата води, закладена в самій нормі поливу, перевищена на ЗО %. Взагалі довжина зрошувальних меліоративних водоводів України перевищує довжину екватора Землі, а площа затоплених угідь втричі перевищує площу такої держави, як Люксембург (2,6 тис. кв. м).

За двадцять років площа перезволожених земель на Україні збільшилась на 1 млн га. Разом із введенням нових осушених площ понад ЗО % староорних ґрунтів виводиться із сільськогосподарського використання, тобто, якщо щороку вводиться 135 тис. га, то 46 тис. га виводиться із числа меліоративних земель внаслідок їхньої деградації.

Внаслідок осушення зникають болота, міліють річки. Меліорація змінює склад рослинності, місця мешкання тварин, призводить до великих втрат лікарських та харчових рослин. Так, на початку шістдесятих років польські кооператори заготовляли 220 центнерів валеріани на рік, а нині — лише 5 центнерів. Із 47 видів лікарських трав, що росли на Поліссі, тепер збирають 6—7 видів. 20 років тому на Поліссі було 80 тис. га журавлини, яка має надзвичайно цілющі властивості, а нині ця площа скоротилась до 23 тис. га. Катастрофічно знизилась і врожайність цієї цілющої ягоди. На початку шістдесятих заготівельники збирали 900—950 кг журавлини з гектара, а сьогодні — 100.

Таке використання та погіршення якості наших земель вимагає вжиття термінових науково обґрунтованих заходів, що сприятимуть значному підвищенню родючості ґрунтів та отриманню екологічно чистих продуктів харчування.

ЗАХИСТ ҐРУНТІВ ВІД ЕРОЗІЇ І ДЕФЛЯЦІЇ

Термін “ерозія ґрунтів” походить від слів “роз’їдання”, “руйнування”. До недавнього часу його використовували в широкому значенні, розуміючи під ним будь-яке руйнування (деструкцію) і знесення верхньої частини ґрунту, незалежно від того, якими силами вони спричиняються.

Ерозія – процес руйнування ґрунту та підґрунтя під впливом природних тіл або явищ і господарської діяльності людини. Ерозія буває фізична і хімічна. Серед фізичної ерозії розрізняють водну, вітрову, агротехнічну, технічну і пасовищну.

В Україні особливо великої шкоди ріллі завдають водна і вітрова ерозії.

Водна ерозія – фізична ерозія, при якій руйнування ґрунту відбувається під дією талих, дощових або поливних вод. Серед неї виділяють площинну, краплинну, іригаційну.

Ерозія вітрова – фізична ерозія, за якої руйнується ґрунт під впливом вітру в разі відсутності на поверхні рослинного покриву, при значній розпиленості ґрунту, недостатній кількості води в ньому і при швидкості вітру вище від порогової. Більше вона виявляється на легких ґрунтах з частинками діаметром менше 1 мм. Нині уже еродовано понад 15 млн. га, і ерозія продовжує наступати далі на кожний п’ятий гектар із тих, що ще цілі. Проте і на цих землях втрати органічної речовини (гумусу) з ґрунту досягли 25-35%.

За підрахунками, на землях, що розміщуються на схилах крутістю понад 1°, а їх у складі ріллі близько 52%, в Україні без користі для врожаю, а то із шкодою для навколишнього середовища й самого ґрунту втрачається до 60% талих та зливових вод, з якими виноситься в річки, озера і ставки 15-25% біогенних речовин, добрив і пестицидів. Ростуть старі й виникають нові яри, ускладнюється екологічна обстановка.

Внаслідок зростаючої інтенсифікації землеробства, на жаль, розвиваються процеси деградації гумусу ґрунтів і знижується їхня родючість. Аналіз стану їх свідчить, що рівень гуміфікаційних процесів у сучасних агроландшафтах знизився в середньому на 30-50% порівняно з рівнем екстенсивного господарювання. Прискорене розкладання свіжої органічної речовини посилює і мінералізацію гумусу. Відомо, що втрати останнього в чорноземах країни становлять 25-35% вихідних його запасів. Так, чорноземи середньогумусні, які існували до 30-х років, нині трансформувалися в мало-гумусні.

Особливо великі втрати енергії з агроекоситем під впливом інтенсивної водної ерозії. У середньому в Україні з кожного гектара змивається до 15 т ґрунту щороку. Насамперед це явище характерне для Степу і Лісостепу. Внаслідок цього втрачається 500 кг/га гумусу, 500-700 кг елементів живлення, що в 2-3 рази більше, ніж їх вносять з добривами.

На більшій частині Лісостепу, особливо в Західноукраїнській і Дністовсько-Дніпровській фізико-географічних провінціях, за даними О. Г. Тараріко, змив ґрунту на сучасних агроландшафтах становить 31-36 т/га, а в окремі роки під просапними культурами він сягає 200 т/га при допустимому рівні 4-6 т/га. При цьому енергетичний потенціал агроекосистеми знижується, а її функціонування стає нестійким. Загальна площа сільськогосподарських угідь, розміщених на схилах різної крутості, в країні становить майже 20 млн. га, зокрема орних земель – 14 млн. га.

Ерозія відбувається внаслідок розмиву водними потоками поверхні ґрунтів, переведення зміщених часток у завислий стан і перенесення їх на інші ділянки. У місцях, де швидкість потоку спадає, мінеральні частки осідають, утворюючи перевідкладені пролювіальні й делювіальні наноси і намиті ґрунти.

Явище змиву ґрунтів пов’язане з відривом від поверхневого шару окремих часток і цілих агрегатів. Механізм змиву ґрунтів можна представити як взаємодію еродуючої сили потоку у, що діє на частки, із силою зчеплення частки з ґрунтом ¥^ Еродуюча сила потоку, що діє на частку, залежить від швидкості потоку V , товщини шару води h і відношення маси частки до площі її поперечного перерізу 5:

Сила F_р зростає із збільшенням V і h і зменшенням m/S.

Сила зчеплення ґрунтової частки і 7 , в свою чергу, залежить від її щільності р і міцності зв’язку з іншими частками і 7 , яка залежить від вмісту в ґрунті колоїдів і багатьох інших факторів:

У поширених рівняннях для розмиваючої сили потоку товщина шару води, як правило, не вказується. Проте очевидно, що сила бічного тиску на частки в приземному шарі води при одній і тій самій швидкості зростатиме в міру збільшення рухаючої маси води.

Ерозія відбувається тоді, коли F_р стає більшою від F_ч. Швидкість водного потоку, за якої починається відрив твердих часток від поверхні ґрунту, називається критичною швидкістю потоку у_кр .

При однаковій щільності сумарний поперечний переріз часток на одиницю об’єму зростає в міру зменшення їх часток. Тому критична швидкість потоку менша на ґрунтах з дрібними мікроагрегатними і гранулометричними частками, ніж на ґрунтах з крупними частками.

Таким чином, інтенсивність відриву поверхневим стоком ґрунтових часток і агрегатів тісно пов’язана з текстурою і гранулометричним складом ґрунтів і ґрунтоутво-рюючих порід і з тим, наскільки наявні швидкості поверхневого стоку перевищують критичні (нерозмиваючі) значення для певного ґрунту.

Крім названих факторів, на інтенсивність відриву часток від ґрунту дуже впливає турбулентність потоку, яка пов’язана з нерівністю поверхні ґрунтів. У турбулентному потоці частки, що відірвалися, інтенсивніше піднімаються до поверхні потоку і переносяться далі.

Види ерозії ґрунтів спеціалісти розглядають із двох позицій: за характером впливу на ґрунт, тобто за формою проявлення, і за походженням води, яка надходить на ґрунт.

За формою проявлення розрізняють поверхневу (площинну) ерозію, або змив ґрунту; струменеву ерозію; розмив ґрунту, або яружну ерозію. Результати проявлення цих форм ерозії можна бачити на окремих масивах земель, але часто вони спостерігаються сумісно.

Площинна (поверхнева) ерозія – водна ерозія, при якій руйнується верхній, найбагатший на поживні речовини, шар ґрунту і переноситься водою в інше місце. Спостерігається цей вид ерозії на вирівняних схилах, що характеризуються рівномірним розподілом стану. Вона призводить до рівномірного по території змиву ґрунту. В результаті площинної ерозії відбувається “зрізання” верхніх родючих шарів і укорочення профілю ґрунтів.

Інтенсивність ерозії ( вимірюється втратою ґрунтом його маси т з одиниці площі 5 за одиницю часу і і виражається в т/га або мм/год:

У цих самих одиницях вимірюють і швидкість ґрунтоутворення. Тому із зіставлення швидкості ерозії і швидкості ґрунтоутворення судять про ступінь ерозійної небезпеки ґрунтів. Ерозійно небезпечними ґрунти вважають тоді, коли швидкість ерозії перевищує швидкість розвитку ґрунтового профілю в глибину. У тому ж випадку, коли швидкість ерозії ґрунтів виявляється меншою, ніж швидкість ґрунтоутворення, ґрунти не вважають ерозійно небезпечними, а ерозію називають нормальною.

Швидкість росту гумусового профілю при формуванні різних ґрунтів дещо різна, проте в середньому її вважають рівною 0,2 мм/рік. Виходячи з цього, при інтенсивності ерозії, що не перевищує 0,2 мм/рік, або 2-3 т/га за рік, її вважають нормальною. У цьому випадку ерозію не беруть до уваги. При втраті ґрунтами 3-6 т/га за рік ерозію відносять до середньої, при втраті 5-10 т/га за рік – до великої, а при знесенні дрібнозему в кількості, що перевищує 12 т/га за рік, – до дуже великої.

Струменева ерозія виникає тоді, коли по схилу стік перерозподіляється і утворює струмені різної інтенсивності, які призводять до появи вимоїн глибиною до 0,5-1 м. Іншими словами, до струменевих форм ерозії відносять розмив ґрунту з утворенням малих негативних форм рельєфу, які усуваються обробітком ґрунту.

Форми струменевої ерозії завдають великих збитків сільсько-господарському виробництву не тільки тим, що призводять до змиву родючого гумусового шару, а й тим, що руйнують поверхню ріллі, утруднюють обробіток ґрунту. За відсутності заходів захисту ця форма ерозії переростає в яружну.

Яружна ерозія – форма лінійної ерозії, коли вимоїни досягають глибини понад 1 м і за їх наявності відсутня можливість суцільного обробітку поля. На відміну від форм струменевої ерозії, яри мають свій поздовжній профіль, що відрізняється від профілю поверхні, в яку він врізаний. Яри особливо шкідливі тим, що руйнують поверхню ландшафту і виводять із сільськогосподарського використання землі не тільки на місці самих ярів, а й на прилеглих територіях.

Інтенсивна ерозія ґрунтів, яка нині спостерігається, зумовлена головним чином діяльністю людини, тому її називають антропогенною. Крім антропогенної, виділяють геологічну ерозію, яка розвивається на незораних територіях повільніше.

Антропогенна ерозія виникла з появою скотарства і особливо з початком землеробства, коли природний рослинний покрив спасувався худобою або зводився повністю, а земля зорювалася.

Ерозія ґрунтів, як було відмічено вище, виникає за наявності стоку, тобто для її проявлення необхідні поява на поверхні ґрунту шару води і схил, що забезпечує її стік. Залежно від специфіки появи стоку на поверхні ґрунту розрізняють три види ерозії: талих вод, зливову, іригаційну. Кожний із цих видів ерозії може породжувати площинну, струменеву та яружну ерозію.

Ерозія від талих вод – змив ґрунту водами, які надходять при таненні снігу. Вона характеризується великою тривалістю процесу, охоплює великі території, але, як правило, відзначається невеликою інтенсивністю, оскільки в період сніготанення ґрунт більшу частину часу перебуває в мерзлому стані і не піддається помітному знесенню.

Незважаючи на відносно малу інтенсивність ерозії від талих вод з розрахунку на одиницю об’єму стоку, в цілому за певних природних умов (особливо на зябу і під посівом озимих) вона може досягати значної величини і завдавати великих збитків сільськогосподарському виробництву.

Зливова ерозія – змив ґрунту водами, що з’являються на поверхні при випаданні дощів. Тривалість її дії на ґрунт вимірюється годинами і хвилинами. Проте кількість змитого ґрунту при цьому, як правило, більша, ніж при сніготаненні, і досягає 10-100 т/га за рік.

При зливовій ерозії руйнування ґрунтів відбувається з двох причин: в результаті змиву і розмиву ґрунтів потоками стікаючих по поверхні вод, що не встигли увібратися в ґрунт, і внаслідок руйнування ґрунтових агрегатів краплями дощу. Потужність розмиваючого потоку поверхневих вод залежить від інтенсивності дощу і його тривалості, а також від довжини схилу та інших факторів. Руйнуюча дія дощу на ґрунтові агрегати визначається кількістю крапель, що надходять за одиницю часу, та їхніми розмірами. Чим крупніша крапля, тим більшу швидкість і кінетичну енергію вона має і тим більше руйнування спричинює. При ударі крапля руйнує ґрунтовий агрегат і частки ґрунту разом бризками потрапляють у струминки води на поверхні ґрунту і виносяться з поля. Ерозійна роль дощу велика, оскільки дощові краплі при зливах мають велику енергію. Про це свідчить те, що бризки від дощових крапель, які вдаряються об ґрунт, разом з мінеральними частками піднімаються на висоту 40-60 см. Крім того, крупні краплі створюють турбулентність тимчасових потоків і збільшують їхню транспортуючу і “риючу” здатність.

Іригаційна ерозія виникає при зрошенні. Залежно від способу зрошення вона поділяється на підвиди: ерозія при поливі по борознах, при поливі по смугах, при поливі по чеках, при поливі дощуванням.

При різних способах поливу кількість знесеного ґрунту істотно відрізняється. Найменша ерозія спостерігається при поливі дощуванням і по чеках, а найбільша – при поливі по борознах, коли вона може бути набагато інтенсивнішою, ніж дощова ерозія чи ерозія від сніготанення. Тому полив по борознах намагаються замінити поливом дощуванням, який при правильній його організації забезпечує мінімальний стік. Ерозія в сухі сезони за такого способу поливу взагалі виникати не повинна. Вона з’являється лише за неправильного поливу, коли швидкість надходження води на ґрунт перевищує швидкість її вбирання ґрунтом, яка змінюється в міру набухання і руйнування ґрунтових агрегатів.

Утворення стоку пов’язане з нездатністю ґрунтів увібрати всю воду, що подається при поливі дощування. Запобігти цим негативним явищам на значно поширених слабкооструктурених ґрунтах чорноземного і каштанового типів можна тільки в результаті застосування ґрунтозахисної технології поливу, яка ґрунтується на використанні ерозійно допустимих поливних норм, застосуванні агротехнічних заходів, спрямованих на збільшення вбирної здатності ґрунтів, дотримання оптимальних строків поливу.

Збільшення вбирної здатності ґрунтів (а отже, ерозійно гранично допустимих поливних норм) досягається включенням у систему основного обробітку ґрунту безпо-лицевого розпушування культиватором КПГ-250 або ГУН-4 на глибину 30-35 см, проведенням передполивних культивацій просапних і овочевих культур, внесенням високих (до 100-200 т/га) норм органічних добрив.

Крім ерозії, існують інші форми деструкції ґрунтів: дефляція, суффозія, карст, соліфлюкція, техногенне руйнування та ін.

Дефляція – це руйнування ґрунту і перенесення дрібнозему вітром. Необхідна умова проявлення дефляції – наявність вітру із швидкістю, достатньою для перенесення ґрунтових часток. Максимальне проявлення дефляції спостерігається під час ураганних вітрів, коли в повітря піднімається велика маса пилоподібних часток. Дефляція – це другий за величиною після ерозії негативний вплив на ґрунтовий покрив, що призводить до знищення родючих ґрунтів на величезних територіях. Це явище часто супроводжує ерозію.

Дефляція є двох видів: повсякденна і пилові (чорні) бурі.

Повсякденна дефляція виникає при вітрах малих швидкостей (5 м/с і більше). Вона протікає непомітно, але тим не менше шкідлива, оскільки повільно і постійно руйнує і виснажує ґрунт. При цьому виді ерозії може спостерігатися оголення насіння, загорнутого в ґрунт, і пошкодження молодих сходів рослин. Особливо повсякденна дефляція проявляється на вітроударних схилах, позбавлених рослинності.

Пилові бурі – найбільш активний і шкідливий вид дефляції, за якої дуже сильно руйнується ґрунт. За короткий строк пилові бурі, що спричинюються сильним вітром (швидкість понад 12-15 м/с), можуть поширитися на велику територію, знищити посіви на сотнях тисяч гектарів, знести значну частину ґрунту.

Із зіставлення обох видів дефляції випливає, що для проявлення пилових бур необхідна більш-менш тривала робота повсякденної дефляції. Пилові бурі не можуть сформуватися над вітростійкою поверхнею, вони є лише показником ступеня руйнування ґрунту за час, що передував пиловій бурі. Іншими словами, пилові бурі – не причина, а наслідок руйнування ґрунту. Але виникнувши, вони самі стають фактором великої руйнівної сили. За темпами проявлення ерозію ґрунтів і дефляцію поділяють на нормальну і прискорену. За нормальної ерозії ґрунтів і дефляції втрати дрібнозему не перевищують природного ходу ґрунтоутворення.

Прискорена ерозія ґрунтів відбувається в результаті господарської діяльності людини, при цьому втрати ґрунту перевищують темпи ґрунтоутворення. За розрахунками М. М. Шелякіна та ін., у Степу і Лісостепу щорічно в середньому з 1 га схи-лових земель відчужується водою і вітром 17-22 т дрібнозему.

Допустимі норми ерозії (втрат ґрунту при ерозійних процесах, т/га за рік), як правило, розраховують за швидкістю ґрунтоутворення за певний період (США, 50 років) і можливості компенсації втрати продуктивності за економічно обґрунтованими нормативами.

Останнім часом запропоновано допустиму ерозію встановлювати за швидкістю гумусоутворення у верхньому шарі ґрунту і за потребою для цих цілей органічного матеріалу. Норма ерозії – це та гранична інтенсивність ерозії, яка компенсується ґрунтоутворенням, а точніше, як зазначає М. М. Заславський, гумусонагромадженням.

М. К. Шикула, А. Г. Рожков і П. С. Трегубов установили для різних ґрунтів такі норми: дерново-підзолисті – 1 т/га, сірі і світло-сірі лісові – 2, темно-сірі лісові – 3, чорноземи вилуговані – 5, чорноземи глибокі – 6, чорноземи звичайні – 4, чорноземи південні й темно-каштанові ґрунти -3 т/га.

Проте А. Райн, узагальнюючи дані міжнародного союзу охорони природи і природних ресурсів, указує, що в природних умовах потрібно 1-2 тис. років для створення високородючого шару товщиною 25 мм. У цьому випадку допустима річна норма ерозії буде не більшою ніж 150-300 кг/га.

Допустимі втрати ґрунту не повинні перевищувати 0,2-0,5 т/га за рік: 0,2 – на менш родючих ґрунтах і до 0,5 – на найбільш родючих. Річні втрати ґрунту класифікують за такою шкалою: незначні – до 0,5 т/га; слабкі – 0,5-1 т/га; середні – 1-1,5; сильні – 5-10; дуже сильні – понад 10 т/га.

Перенесення часток ґрунту вітром (дефляція) починається під впливом взаємодії динамічних і статистичних сил, які виникають при обтіканні їх повітряним потоком. При русі потоку повітря на кулясту частку, яка лежить вільно на поверхні ґрунту, діє декілька сил: тяжіння, лобового напору повітря, атмосферного тиску, зчеплення, підіймальна сила.

Якщо сумарне значення сили тяжіння часток, атмосферного тиску і сили зчеплення виявиться приблизно рівним силі лобового напору повітря, частка починає рухатися, тягтися по поверхні. Якщо сума сили тяжіння частки, атмосферного тиску і зчеплення буде меншою за підіймальну силу, то частка піднімається в повітря.

Підіймальна сила частки виникає внаслідок того, що в межах висоти, рівної діаметру частки, швидкість руху повітря різна. Потік, що надходить під нижню частку кулястої грудочки, через шорсткість поверхні ґрунту має меншу швидкість і більшу щільність. Внаслідок цього над часткою утворюється область зниженого тиску, під нею – підвищеного. Виникає піднімальна сила, що діє на частку.

Мінімальна швидкість вітру, при якій починаються відрив, підйом і перенесення в повітряному потоці часток ґрунту, називається критичною (граничною) швидкістю вітру.

Найлегше по поверхні переміщуються ґрунтові агрегати розміром 0,1-0,5 мм у діаметрі, які під впливом вітру набирають руху з частотою обертання 200-1000 хв -1 . Агрегати від 0,6 до 1 мм пересуваються, перекочуючись, труться один об одного, співударяються, руйнуються і кількість грудочок, найбільш ерозійно активних, розміром 0,1-0,5 мм, збільшується.

Для пересування агрегатів ґрунту, крупніших за 1 мм, необхідна швидкість вітру понад 11 м/с на висоті 0-15 см. Швидкість повітряного потоку, за якої починають пересуватися ґрунтові агрегати розміром 0,25; 0,25-0,5; 0,5-1; 1-2; 2-3 і 3-5 мм у діаметрі, становить відповідно 3,8; 5,3; 6,8; 11,2; 13,1 і 17,6 м/с.

Слід зазначити, що на граничну швидкість вітру, а значить, і на інтенсивність дефляції, впливає багато факторів: кліматичні умови, гранулометричний склад ґрунту, щільність мінеральних часток (питома маса твердої фази), сила зчеплення з іншими частками, захищеність поверхні ґрунтів, господарська діяльність людини.

Залежність критичної швидкості вітру, або швидкість дефляції ґрунтів, від розміру мінеральних часток (гранулометричного складу) ґрунтів складна, оскільки, крім прямого впливу розміру часток на опірність ґрунту дефляції, існує багато побічних взаємозалежностей, які можуть призводити до прямо протилежного ефекту. Зупинимося спочатку на чисто фізичних закономірностях залежності критичної швидкості вітру від ряду факторів.

Критична швидкість вітру (м/с), за М.І. Долгілевичем, виражається таким рівнянням:

де d – діаметр частинок, м;

у – щільність частинок, г/см 3 ;

g – прискорення вільного падіння, 9,8 м/с 2 ;

Р₀ – атмосферний тиск, г/см 2 ;

Р – сила зчеплення частинок, г/см 2 ;

К₀ і К_р – коефіцієнти, які визначаються експериментально.

Більш просте вираження критичної швидкості вітру (м/с) дав У. Чепіл:

де d – питома маса частинок; R – діаметр частинок.

Наведені формули справедливі для ґрунтових часток діаметром понад 0,05 мм. Для часток діаметром менше 0,05 мм ця залежність має інший вигляд, а саме, зі зменшенням діаметра часток критична швидкість вітру знову починає збільшуватись. Це явище пов’язане із збільшенням сил зчеплення між малими частками.

Різною критичною швидкістю вітру для часток різного діаметра пояснюється сортування мінеральних часток за їх діаметром в аридних районах. Це сортування призводить до утворення піщаних і глинистих пустель, а також лесових відкладів на оточуючих пустелі територіях. Прикладом можуть бути пустелі Середньої Азії. Сортування відкладів за гранулометричним складом на піски і глини пояснюється тим, що при переважаючій швидкості вітру в Каракумах від 2 до 5 м/с на місці залишаються частки менші ніж 0,01 і більші за 1 мм, а крупнопилуваті частки розміром 0,01-0,05 мм виносяться з території на велику відстань, що вимірюється сотнями і тисячами кілометрів, і осідають у вигляді лесів. Саме в результаті такого сортування утворилися відклади лесів на периферії пустель. При сильних вітрах частки крупніші за 0,5 мм переміщуються на незначну відстань, внаслідок чого утворюються піщані бугри і бархани, а дрібні глинисті частки через велику силу зчеплення утворюють щільні кірки і залишаються на місці між буграми. Вони можуть переміщуватися лише з водними потоками в найнижчі місця. Це явище спостерігається в період весняних і осінніх дощів. Саме так на місці розливів каламутних потоків утворюються такири – глинисті відклади з плоскою поверхнею.

У перезволоженому стані такирна маса не піддається руйнівній дії вітру, а при висушуванні такири набувають зцементованості і також не знають дефляції. Саме з цими властивостями пов’язане стійке співіснування в пустинях такирів і рухомих піщаних ґрунтів.

Проте в нашій країні немає таких контрастних умов, що характеризуються різкою зміною висушування і зволоження, а поверхня ґрунту покрита рослинністю. Тому різкої диференції ґрунтів за гранулометричним складом – на глинисті й піщані згідно з формами рельєфу – не спостерігається. Внаслідок цього на практиці при розрахунку критичної швидкості вітру специфічну поведінку часток, діаметром менше за 0,01 мм, не беруть до уваги, а беруть середній їх діаметр.

Частки ґрунту, менше 1 мм в діаметрі, ерозійно небезпечні, крупніші 1 мм – вітростійкі, ґрунтозахисні. Стійкість ґрунту проти ерозії можна оцінювати за грудоч-куватістю поверхні, тобто за наявністю вітростійких агрегатів. При вмісті ґрунтозахисних агрегатів менше ніж 50% від маси повітряно-сухого ґрунту настає процес видування, тому цей ступінь грудочкуватості вважають критичним, тобто ерозійно небезпечним. Поріг стійкості ґрунту проти вітрової ерозії, якщо на поверхні його немає післяжнивних решток, перебуває в ступені грудочкуватості в межах 50-55%, при співвідношенні у верхньому шарі ґрунту ґрунтозахисних і ерозійно небезпечних агрегатів 1:1.

Дефляційна стійкість часток залежить від їхніх розмірів та вмісту гумусу в ґрунті. Швидкість дефляції сильно гумусованих ґрунтів може зростати. Особливо велика швидкість руйнування вітром осушених торфовиків, які після розорювання інтенсивно розвіюються.

Таким чином, вітрова ерозія залежить від ступеня розпорошення верхнього шару ґрунту і швидкості вітру. Сильне розпорошення 5-сантиметрового шару ґрунту є наслідком надмірного механічного обробітку і перетирання ґрунтових часток ходовими системами тракторів, комбайнів і автомобілів під час проведення польових робіт.

Суфозія – руйнування ґрунтового покриву в результаті осідання, що виникає в процесі розчинення і винесення із ґрунту та з підстилаючої породи гіпсу і карбонатів. Внаслідок локальності осідання при суфозії на поверхні ґрунту утворюються мікро-зниження глибиною 10-100 см.

Карст – руйнування ґрунтового покриву в результаті осідання, що виникає при розчиненні підстилаючих ґрунт вапняків з утворенням у них порожнин. Карстування вапняків призводить до утворення на поверхні ґрунтів карстових ям глибиною до 1-5 м.

Техногенна деструкція – руйнування і зміщення гумусового горизонту ґрунтів сільськогосподарською оброблювальною технікою. Вона найчастіше спостерігається в районах розвитку мікрорельєфу. В цьому випадку з мікропідвищень висотою 0,30,5 м і діаметром 10-20 м під час оранки і боронування тракторні причіпні знаряддя стягують гумусовану частину ґрунту в мікрозниження. До техногенної ерозії ґрунтів належать також усі види руйнування їх і підґрунтової товщі, зумовлені будівельними роботами, видобуванням корисних копалин відкритими способом та ін.

Найбільшої шкоди сільському господарству завдають ерозія і дефляція. Решта форм деструкції ґрунтового покриву носять локальний характер. Вони розвиваються на крутих схилах, в районах із засоленими або карбонатними породами, на гірничо-добуваючих промислових об’єктах, які мають невелике значення для сільського господарства.

Охорона ґрунтів: актуальність та шляхи вирішення проблеми. Реферат

Важливою властивістю ґрунтів є їх родючість. Завдяки їй ґрунти є основним засобом виробництва в сільському та лісовому господарствах, головним джерелом сільськогосподарських продуктів та інших рослинних ресурсів, основою забезпечення добробуту населення. Тому охорона ґрунтів, раціональне використання, збереження та підвищення їх родючості – неодмінна умова дальшого економічного прогресу суспільства.

Охорона ґрунтів стає нині особливо актуальною в зв’язку із зростаючим приростом населення Землі та продовольчою проблемою, яка для багатьох країн і, насамперед для країн Азії, Африки та Південної Америки, що економічно розвиваються, є досить гострою.

Світові продовольчі ресурси складаються з рослинних продуктів, продуктів тваринництва і біологічних запасів морів. Збільшення продуктів перших двох груп можливе лише при раціональному землекористуванні.

Тим часом людство використовує для сільського господарства лише 1,43 млрд. га орних земель, що становить близько 10,4% суші, або 2,95% всієї поверхні земної кулі. Нагадаємо, що пустині (гарячі і холодні) займають 45% суші. За агрикультурний період втрати земельних ресурсів внаслідок ерозії, засолення, будівництва міст і населених пунктів, доріг і промислових комплексів досягли в світі величезних розмірів – до 2 млрд. га, тобто вони набагато перевищують сучасну орну площу планети. Зараз щороку з обороту випадає 5-7 млн. га різних земельних угідь. Тому охорона ґрунтів – основна народногосподарська проблема для всіх країн світу.

Основоположником вчення про ґрунти є відомий російський учений В. В. Докучаєв. Він сформулював основні закони ґрунтоутворення, встановив географічні закономірності поширення ґрунтів. Створив науку про раціональне використання ґрунтів для потреб землеробства. (“Головними факторами ґрунтоутворення є материнська порода, кліматичні умови, рослинні і тваринні організми, рельєф і вік країни та господарська діяльність людини.

Материнська, або ґрунтоутворююча порода, входить до складу ґрунту як його мінеральна частина, впливаючи тим самим на процес ґрунтоутворення, на наявність поживних речовин, на фізичні й хімічні властивості ґрунтів. На багатих на зольні речовини материнських породах – продуктах звітрювання доломітів, діабазів, глинистих сланців, вапняків – формуються родючі ґрунти, на пісковиках, кремнистих породах – ґрунти, бідні на поживні речовини.

Клімат впливає на процес ґрунтоутворення дією температури і вологи. Температура діє на фізичні, хімічні, біохімічні і біологічні процеси ґрунтів. Вона зумовлює також фізичне звітрювання материнських порід, впливає на режим випаровування вологи з ґрунту.

Опади впливають на ґрунт як механічно, так і хімічно. Вони руйнують структуру ґрунту, вимивають з ґрунту органічні та інші поживні речовини, зумовлюють процес опідзолення. Підземна волога також впливає на процес ґрунтоутворення. Високий рівень ґрунтових вод спричиняє утворення горизонту, несприятливого за своїми фізико-хімічними та біологічними особливостями для росту рослин.

Рослини і тварини внаслідок активного біологічного впливу є найважливішим фактором ґрунтоутворення. В цьому процесі беруть участь як вищі, так і нижчі рослини й тварини – бактерії, водорості, гриби, дощові черви та інші представники ґрунтової флори і фауни. На процес ґрунтоутворення впливають органічні рештки рослин, за рахунок яких утворюється гумусовий – найбільш родючий шар ґрунтового профілю, діяльність кореневих систем. Останні спричиняють біологічне вивітрювання материнських порід і є важливим фактором, що впливає на структуру ґрунту. За допомогою рослинного покриву можна поліпшувати фізико-хімічні властивості ґрунтів, впливати на їхню родючість.

Рельєф місцевості впливає на процес ґрунтоутворення дією експозиції та висоти над рівнем моря. На схилах звичайно формуються менш потужні ґрунти, ніж у підніжжі гір. Характер рельєфу впливає на поверхневий геохімічний стік. Так, на крутих схилах ґрунт змивається інтенсивніше, ніж на рівнинах.

Важливим фактором ґрунтоутворення є вік країни. Багато тисячоліть минуло відтоді, як утворилися основні типи ґрунтів, адже процес ґрунтоутворення в природі відбувається надзвичайно повільно.

Ґрунтознавці встановили, що при доброму рослинному покриві й за сприятливих кліматичних умов для утворення шару ґрунту завтовшки 2-3 см у різних кліматичних зонах потрібно від 200 до 700 років. На твердих материнських породах процес ґрунтоутворення відбувається повільніше, ніж на таких, що швидко вивітрюються.

На процес ґрунтоутворення значною мірою впливає господарська діяльність людини. Цей вплив може бути як безпосередній – спосіб обробітку ґрунту, меліоративні заходи, збирання лісової підстилки тощо, так і побічний, наприклад вирубування лісів на крутосхилах, що веде до ерозії, безсистемне випасання худоби, вогнева система землеробства тощо. Господарська діяльність людини має спрямовуватися на раціональне використання земель, підтримання й збільшення їхньої продуктивності.

При всіх способах землекористування найбільшої шкоди сільському господарству завдає ерозія ґрунтів. Неправильне землекористування посилює дію еродуючи факторів. Ерозія ґрунтів відбувається на всіх континентах світу.

Залежно від характеру й тривалості процесів руйнування верхніх шарів ґрунту та материнської породи розрізняють геологічну ерозію і ерозію прискорену. Остання часто посилюється в зв’язку з господарською діяльністю людини.

Геологічна ерозія – це природний процес, який відбувається протягом геологічних епох і завдяки якому сформувався сучасний характер земної поверхні. Головні фактори, що зумовлюють геологічну ерозію – опади, вітер, крутизна схилу, температурні коливання, фізичні властивості порід, часткове підняття земної кори і землетруси. В наших широтах ця ерозія не є небезпечною для сільського чи лісового господарства, бо швидкість процесу руйнування ґрунту дорівнює швидкості процесу ґрунтоутворення. Більш небезпечний цей вид ерозії в пустинях, де відсутній рослинний покрив, і ніщо не може перешкодити вітру, який зносить верхні шари ґрунту.

Шкоди народному господарству завдає водна та вітрова ерозія.

Водна ерозія буває внаслідок змивання й вимивання частин ґрунту опадами, талими та проточними водами. Вона залежить від кількості й інтенсивності опадів, рельєфу, властивостей ґрунту, рослинного покриву.

Небезпека водної ерозії полягає не лише в зниженні родючості орного горизонту, а й замулюванні річок, ставків, водойм, заплавних земель. Цей вид ерозії поширений на схилах, переважно розораних, і найбільш небезпечний у гірських ландшафтах, в яких знищений лісовий покрив.

Дуже небезпечна яружна ерозія. Ліквідувати її можна лише залісненням та будівництвом спеціальних гідротехнічних споруд. Значних успіхів у боротьбі з яружною ерозією досягла Ржищівська гідролісомеліоративна станція в Київській області, яка застосувала комплекс агротехнічних, гідротехнічних і лісомеліоративних заходів: захисні лісонасадження, спорудження водорегулюючих і водозатримуючих валів, донних загат. Завдяки застосуванню науково обґрунтованої системи захисних заходів вдалося припинити дальше розмивання багатьох ярів і зберегти таким чином великі площі орних земель.

При річковій ерозії внаслідок швидкої течії води зноситься ґрунт з дна річок і незакріплених берегів. Щоб запобігти цьому, треба оберігати лісові насадження в прирусловій смузі, закріплювати береги за допомогою спеціальних гідротехнічних прийомів.

Захисна роль лісів, особливо на гірських схилах, винятково важлива, її не можна замінити ніякими гідротехнічними спорудами.

Отже, збереження ґрунту, рослинного покриву й вологи тісно зв’язані між собою. Рослинність переводить поверхневий стік вологи у внутрішньоґрунтовий і тим самим сприяє кращому збереженню й використанню вологи, нормалізує гідрологічний режим водних артерій, перешкоджає виникненню ерозійних процесів. У районах з мало порушеним рослинним покривом руйнівна дія водної ерозії незначна.

Вітрова ерозія поширена там, де немає перешкод сильним вітрам, і де відсутній природний рослинний покрив, що захищає поверхневі шари ґрунту, розораного на великих площах. Локальна вітрова ерозія спостерігається і на безструктурних піщаних ґрунтах. Особливо небезпечні піски біля озер та на узбережжях морів, де часто дмуть сильні вітри.

Причиною вітрової ерозії, крім несприятливих кліматичних умов, є руйнування зернистої структури ґрунту внаслідок неправильного обробітку та відсутності надійного його захисту. Надмірне випасання худоби в посушливих степах, яке призводить до знищення дернини, теж може спричинити вітрову ерозію.

Залежно від швидкості вітер видуває різної величини дрібнозем (іноді діаметром до 1 мм) і переносить його на значну відстань. При інтенсивній вітровій ерозії виникають так звані чорні бурі, під час яких у повітря піднімаються мільйони тонн ґрунту. Чорні бурі катастрофічне знижують родючість ґрунту не тільки в тих місцях, де вони виникають, а й завдають шкоди сільському господарству в тих районах, де відкладаються пилові маси.

На Україні найбільш небезпечні щодо виникнення вітрової ерозії степові та деякі лісостепові райони. Причини цих ерозійних процесів не лише в несприятливих породних умовах, а й у знищенні в минулому ґрунто-закріплюючої рослинності, руйнуванні структури ґрунтів, зменшенні загальної лісистості.

Крім водної та вітрової ерозії, іноді на схилах різної крутості спостерігається спливна ерозія. Ґрунтовий покрив перенасичений ґрунтовими або талими водами, може поступово або й раптово спливати, внаслідок чого зносяться його родючі шари. Пізніше це може призвести до яружної ерозії.

Останнім часом у деяких районах зрошування спостерігається іригаційна ерозія від зрошування ґрунту напуском води й, зокрема, від його дощування. Неправильне зрошування може призвести до засолювання ґрунтів. Ґрунтові води піднімаються до поверхні. Після випаровування води розчинні солі, що містяться в ній, залишаються в приповерхневих шарах, що зумовлює їх засолення. Щоб запобігти цим явищам, треба проводити хімічний аналіз вод і відповідно визначати спосіб зрошування.

Завдання охорони ґрунтів полягають у втіленні в життя науково обґрунтованої системи організаційно-господарських, агротехнічних лісомеліоративних та гідротехнічних заходів, спрямованих на раціональне використання земельних ресурсів, збереження й підвищення родючості ґрунтів, відтворення їхньої продуктивності з метою найкращого використання всіх біологічних можливостей наземних екосистем. Ефективність цих заходів залежить від глибини якісних змін у ґрунтовому покриві, викликаних стихійним або антропічним впливом, а також від фізико-географічних і насамперед ґрунтово-кліматичних умов.

Організаційно-господарські заходи передбачають вирощування на крутосхилах лісів, які їх надійно захищають, або садів. Вздовж водних артерій виділяються спеціальні захисні ліси водорегулюючого значення. На схилах з малопотужним ґрунтом, що легко руйнується, не можна вирощувати просапні культури, не допускається випас худоби на легких, слабко закріплених дерниною ґрунтах.

Агротехнічні заходи визначаються видом ерозії ґрунтів і типом ландшафту. Так, на землях, які зазнають водної ерозії, оранку, сівбу, культивацію ґрунту проводять поперек схилу. Така оранка зменшує в 3-4 і більше раз поверхневий стік.

Ефективним способом боротьби з водною ерозією є розміщення борозен і рядів рослин під прямим кутом до поверхневого стоку. З цією метою в умовах слабо-розсіченого рельєфу застосовують контурний обробіток ґрунту. Добрі протиерозійні результати дають ґрунтозахисні сівозміни, розміщення сільськогосподарських культур смугами, поперек схилу, залуження ґрунтів на схилах. Дуже еродовані землі треба переводити з орних на луки.

У районах поширення вітрової ерозії застосовують ґрунтозахисні сівозміни, розміщують смугами посіви й пари, висівають буферні смуги з багаторічних трав, проводять снігозатримання, безвідвальний обробіток ґрунту із залишенням стерні на поверхні полів, залуження еродованих земель. Істотне значення для боротьби з вітровою ерозією має поліпшення структури ґрунту.

Для боротьби з водною або вітровою ерозіями з успіхом застосовують мульчування ґрунтів. Матеріалом для мульчі може бути стерня, післяжнивні та післязбиральні рештки, стружка, тирса, спеціальний папір, пластмасова плівка тощо.

Для охорони ґрунтів від вітрової ерозії останнім часом застосовують і хімічні методи, які полягають у захисті поверхневого шару спеціальними хімічними речовинами.

У гірських районах протиерозійні заходи полягають у терасуванні схилів, їх залуженні (в посушливих районах), будівництві протисельових споруд, регулюванні випасання худоби. Особливе значення має збереження лісових фітоценозів, вирощування мішаних насаджень, практикування вибіркових і насіннєво-лісосічних рубок лісу.

Агролісомеліоративні заходи мають важливе значення для поліпшення мікрокліматичних умов, снігозатримання та боротьби з вітровою ерозією. На роль полезахисного лісорозведення в боротьбі із засухою та ерозійними процесами вказував ще В. В. Докучаєв. За радянський період у країні створено систему полезахисних лісових смуг, яка захищає посіви від суховіїв і чорних бур, поліпшує водний режим ґрунтів і запобігає ерозії. Урожайність зернових на захищених смугами полях підвищується на 2-3 ц/га.

Щоб зменшити руйнівну дію зливових і талих вод на полях, що прилягають до балок і ярів, створюють прибалкові і прияружні лісові смуги. Яружні системи заліснюються кущовими породами, які своїм корінням захищають ґрунт від дальшого розмивання.

Гідротехнічні споруди для боротьби з ерозією ґрунтів застосовують у тих випадках, коли інші заходи не дають належного ефекту. Вони створюються в комплексі з протиерозійними насадженнями. Для перехоплення зливових вод споруджуються спеціальні колектори, які відводять поверхневий стік. У руслах річок, де швидка течія води руйнує береги, використовують берегозакріплюючі бетонні плити, блоки тощо.