Основні теоретичні положення та проблеми формування системи захисту земель від деградаційних процесів у сучасних агроландшафтах

За частотою та інтенсивністю вітроерозійних процесів територію України поділяють на два ве­ликих пояси: перший — потенційно можливого розвитку вітрової ерозії, охоплює зону Україн­ського Полісся, північно-західні та західні райо­ни республіки. Південна межа його проходить по лінії Чернівці—Житомир—Суми. Тут пилові бурі відмічаються дуже рідко. Однак в останні роки посилився локальний (місце­вий) прояв вітрової ерозії на ділянках осушених торфовищ і на грунтах легкого механічного скла­ду.

Другий пояс — решта території республіки, це район активного прояву вітрової ерозії, його по­діляють на три провінції. Лісостепова — із слаб­кою вітроерозійною активністю. Південна межа її проходить по лінії Кишинів—Кременчук—Хар­ків. Розораність території становить 60—80 %. Ґрунтовий покрив представлений чорноземними грунтами суглинкового механічного складу, сфор­мованими в основному на лесах і лесовидних су­глинках. Плямами зустрічаються сірі лісові та дерново-підзолисті грунти легкого механічного складу. Переважаюча тут місцева вітрова ерозія розвивається при швидкості вітру понад 10 м/с. Найбільша кількість активних ерозійно небезпеч­них вітрів припадає на північно-східні та півден­но-східні напрямки.

Територія ТОВ «Земля» Сенькіської сільської ради Борипільського району Київської області належить до Лісостепової провінції – території, що характеризується слабкою вітроерозійною активністю.

В Українській степовій провінції виражений розвиток вітрової ерозії. Тут, крім вітрової, по­ширена й водна ерозія грунтів. Часто вони зумов­люють одна одну, формуючи відповідну поверхню грунтів. Вітроерозійні процеси спостерігаються в основному в зимовий та ранньовесняний періоди року, особливо у безсніжні зими. Днів з пиловими бурями буває 5—25.

Чорноморсько-Приазовська провінція — ра­йон дуже сильного розвитку вітрової ерозії грун­тів. Кількість днів з пиловими бурями тут ста­новить 20—35.

На Україні збільшення баричних градієнтів та вітру спостерігається переважно в холодний період року. Влітку сильний вітер, як правило, шквалистий, виникає під час проходження гро­зових фронтів. Тривалість сильного вітру звичай­но від 2 до 10—12, на півдні та південному схо­ді—до 143 год.

У південних районах за рік кількість днів з пиловими бурями досягає 40. У північних та північно-східних районах України пилові бурі спостерігаються один раз за 10 років.

Максимум пилових бур у південних районах буває звичайно навесні, що зумовлено більш ран­нім таненням снігового покриву, інтенсивним підвищенням температури і відсутністю зімкну­того травостою. Видування грунтів взимку (чор­ні бурі) відбувається у роки з низькою темпера­турою повітря при слабкому зволоженні грунту з осені і відсутності снігового покриву. Їх трива­лість коливається від чверті години до кількох діб. Найбільш тривалі бурі бувають у степовій зоні, особливо у східній її частині.

Великої шкоди грунтовому покриву завдає місцева вітрова ерозія, що виникає в основному на вітроударних схилах і підвищених елементах рельєфу. Дослідження показали, що на таких елементах рельєфу посилюються вітри невеликої швидкості (менше 6 м/с). Тому локальна (місце­ва) вітрова ерозія найчастіше виникає при за­гальній відсутності пилових бур. Прояв її на одній і тій же ділянці протягом ряду років призво­дить до значної втрати грунту.

Властивості грунтів та вітроерозійні проце­си. Фізична суть вітрової ерозії грунтів полягає в тому, що в результаті дії повітряного потоку в приземному шарі починають рухатися грунтові частинки та агрегати. Встановлено три форми пе­реміщення частинок грунту: перекочування по поверхні, перенесення в повітряному потоці, а та­кож стрибкоподібний рух.

Перекочуванням переміщуються в основному грунтові частинки розміром 0,5—1,2 мм, крупніші структурні агрегати — ураганним та штормовим вітром, а стрибками — частинки розміром 0,1 — 0,5 мм, які для того, щоб відірватися від поверх­ні грунту, повинні пройти шлях у стадії переко­чування. Структурні агрегати розміром менше 0,1 мм по поверхні грунту повітряним шляхом не переміщуються. Їх відрив можливий лише з гребенів або за допомогою частинок розміром — 0,1—0,5 мм, які вибивають дрібніші агрегати у повітряний потік.

Якщо у шарі грунту 0—5 см міститься понад 60 % агрегатів більше 1 мм, то така поверхня вітростійка. При вмісті 50 % агрегатів понад 1 мм поверхня грунту помірно стійка, тому що при сильних вітрах (більш як 17—20 м/с) з неї відчужується до 4—6 т/га грунту.

У весняно-осінній період поверхня більшості грунтів перебуває у вітростійкому стані(грудочкуватість 60—80 %). Взимку і ранньою весною під впливом погодних умов (промерзання, відта­вання, зволоження і висушування) ґрунтозахис­ні агрегати швидко руйнуються до ерозійно не­безпечних розмірів і до періоду сильних вітрів зорані фони стають нестійкими проти вітру (грудочкуватість 30—40 %)

Різні грунти мають притаманні їм властиво­сті, що зумовлюють їх ерозійну стійкість. Однак під впливом обробітків, хімізації та іншої госпо­дарської діяльності ці властивості істотно зміню­ються, що, як правило, знижує ерозійну стійкість грунтів.

Під час ерозійно небезпечного зимово-весня­ного періоду грудочкуватість (вміст агрегатів розміром понад 1 мм) всіх грунтів країни нижча порога вітростійкості. Тому абсолютно стійких проти ерозії грунтів не існує. Сформувати ерозійно стійку поверхню можливо тільки за до­помогою заходу, створеного самою природою,— суцільного покриву живою або відмерлою рос­линністю.

Деякою мірою таким захистом можуть бути посіви багаторічних трав та озимих культур. За існуючих сівозмін і технологій обробітку сільсь­когосподарських культур проективне покриття поверхні грунтів у ерозійно небезпечні періоди становить 20—35 % і лише в липні — серпні во­но досягає задовільного рівня (70—80 %).

Щоб системи землеробства на Україні були ґрунтозахисними, вони повинні задовольняти та­ким вимогам:

-              забезпечувати замкнутий цикл біологічного кругообігу речовин і насамперед позитивний ба­ланс гумусу, а також активного кальцію;

-              формувати оптимальні рівні агрофізичних, аг­рохімічних та інших властивостей грунтів, що зумовлюють продуктивний розвиток рослин, особливо в екстремальних умовах (посухи, сухо­вії, перезволоження тощо);

-              створювати цілорічне проективне покриття, не менше 70—80 %, грунтів живою рослинністю чи рештками, що в поєднанні з іншими заходами забезпечить зниження ерозійних процесів до до­пустимого рівня.

Нині для боротьби з вітровою ерозією засто­совують такі методи:

1)     збільшують на поверхні грунту вміст вітро­стійких агрегатів, а також формують різні нерів­ності з самого грунту (гребені, канави), які зменшують швидкість потоку та уловлюють ча­стинки, що переносяться вітром (короткостроко­вий захід);

2)     створюють захисний екран з живої рослинно­сті чи її решток;

3)     застосовують смугове розміщення ерозійно небезпечних фонів з культурами, які здатні за­хистити грунт;

4)     створюють бар'єри (полезахисні лісові і бу­ферні смуги, куліси).

Ці ж заходи у поєднанні з лісомеліоративни­ми та гідротехнічними застосовують для бороть­би з водною ерозією грунтів.

Ефективність кожного з перерахованих ме­тодів захисту грунтів або їх поєднання залежить від кліматичної зумовленості ерозійних процесів та характеру землекористування.

На Поліссі та в західному Лісостепу (райо­ни   достатнього   та   надмірного   зволоження) структура посівних площ і технології вирощуван­ня культур такі, що під час ранньовесняного пе­ріоду тільки 30 % площ захищено рослинністю. Тому в цих районах особливо важливе значення мають післяукісні та післяжнивні посіви, а та­кож проміжні посіви багаторічних трав.

У Лісостепу в районах з переважанням вод­ної ерозії на схилах крутістю 2° дуже ефектив­на оранка впоперек основного стоку. На круті­ших схилах необхідні такі додаткові заходи, як щілювання, нарізування валів-канав тощо.

За останні роки у районах недостатнього зво­ложення (особливо в лівобережному Лісостепу) з успіхом застосовують технології вирощування сільськогосподарських культур з використанням плоскорізних знарядь і залишенням післяжнив­них решток (стерні) на поверхні грунту. Часто ці технології поєднують переваги як полицевого, так і безполицевого обробітку.

Захисні властивості сільськогосподарських культур залежать від способу їх обробітку та розвитку, що визначають процентом проективно­го покриття і задерніння поверхні грунту. У зи­мово-весняний період найбільш стійкі фони бага­торічних трав та озимих культур у фазі 5—7 ли­стків (проективне покриття понад 80%), посія­них упоперек напрямку основного стоку. На цих фонах, якщо і відбувається стік води, то відчу­ження часток грунту не перевищує допустимих меж. Менш стійка поверхня грунту під озимими після непарових попередників. Як правило, вони припиняють розвиток перед виходом у зиму в фазі 2—4 листків (проективне покриття 40— 60%). Протиерозійну стійкість таких фонів підвищують за допомогою допосівного щілю­вання.

Просапні культури за ґрунтозахисною ефек­тивністю у 2—3 рази поступаються культурам су­цільного посіву. Щоб утворити ерозійностійку поверхню, їх вирощують по стерньових фонах (соняшник) або в смугах між культурами суціль­ного посіву (озима пшениця, багаторічні трави). Не рекомендується розміщувати просапні на схи­лах понад 3°.

Ґрунтозахисна здатність післяжнивних реш­ток залежить від їх кількості та положення. Для захисту грунтів від зливової ерозії необхідно 600—700 шт./м2 післяжнивних решток колосових культур довжиною 18—22 см. Найбільш ефектив­на стерня, розміщена у рядках впоперек схилу. Стерня заввишки 7—8 см знижує еродованість лише у 3—4 рази. При такій висоті зрізу на полі залишається тільки 200—300 шт./м2 післяжнив­них решток, що практично нижче кількості, необ­хідної для формування вітрозахисної поверхні (250—300 шт./м2). За осінньо-зимовий період стерня сильно мінералізується (30—50 % вихід­ної кількості). Збирання зернових колосових культур на низькому зрізі призводить до того, що в ерозійно небезпечний період на поверхні грунту міститься лише 100—150 шт./м2 після­жнивних решток.

Навесні на схилах можливий частковий або повний змив напіврозкладеної стерні талими і дощовими водами, що призводить до значного розвитку ерозійних процесів. Тому на стерньових фонах потрібні заходи, які запобігають розвитку стоку.

Відкриті парові та зяблеві фони після просап­них культур не вдається захистити від ерозії без додаткових прийомів, а саме: сівба куліс, буфер­них смуг, а також смугове розміщення відкри­тих фонів між смугами багаторічних трав, ози­мих або стерні.

Допустимі параметри смуг залежно від ступе­ня потенційної небезпеки вітрової ерозії наведе­но у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Допустимі параметри смуг для захисту грунтів від вітрової ерозії

У районах, де поряд з вітровою проявляється ще й водна ерозія, ширину смуг визначають за нормативами для захисту грунтів від водної еро­зії. Смуги розміщують упоперек стоку, тобто близько до горизонталей, водотоки залужують.

Для захисту грунтів від вітрової ерозії захис­на зона дії буферних смуг і куліс на рівних ді­лянках без лісових смуг повинна становити де­сять висот бар'єра. На вітроударних схилах дальність захисної дії бар'єрів зменшується. Так, на схилах до 5° вона знижується на 20—30 %, а на крутіших — на 50—60 %. Оптимальну орієн­тацію бар'єрів визначають з врахуванням на­прямку ерозійно небезпечних вітрів.

Велике значення має правильне розміщення та формування вітрозахисних бар'єрів, а також полів, зайнятих озимими культурами і багато­річними травами. Їх розміщують рівномірно по території землекористування, не зосереджуючи на одній ділянці [16].

Модель вітрової ерозії має вигляд:

, т/га за рік   (3.5)

де a, b - коефіцієнти, які залежать від генезису, гранулометричного                             складу, фізичних і фізико-хімічних властивостей грунтів;

              bk - грудкуватість поверхневого шару грунту, % (d>1 мм, %);

              Ks - коефіцієнт руйнування грунтових агрегатів;

              t - кількість годин з проявленням вітрової ерозії в середньому за               рік;

              Vmax - середня максимальна швидкість вітру під час пилових бур;

              Vаер - швидкість повітряного потоку в аеродинамічній трубі в                                           перекладі на стандартну величину (10 м) флюгеру (постійна                                           величина, яка дорівнює 23 м/сек).

Визначаємо потенційно можливі втрати грунту від вітрової ерозії для кожного масиву.

1 масив

33-г - сірі опідзолені глеюваті легкосуглинкові

      Vmax      = 6 м/с

        t = 1 год

       а= 3,0052

       b= 0,0252

       к = 48,2

       Ks=0,5

       Vаер  = 23м/с

= 0,055 т/га

Норма ерозії за рік = 3,0 т/га

0,055/3,0 =  0,018 – вітрова ерозія на 1 масиві відсутня.

ПНЕ – перевищення потенційно можливих втратгрунту над нормою ерозії в 0-20 разів.

Згідно нормативу якісно різних ступенів небезпеки вітроерозійних процесів та посух, транзитного пилу та опустелювання на даній території нормальний сприятливий стан. Методи покращення ситуації – звичайні грунтозахисні технології, система лісосмуг за конструкціями.