2.1.2. Фактори водної ерозії ґрунтів


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 

Загрузка...

Ступінь розвитку водної ерозії на тій чи іншій території залежить від природних і антропогенних факторів, до яких належать: клімат, рельєф, рослинний покрив, тваринний світ, властивості ґрунтів і ґрун-тотворних порід, господарська діяльність людини, соціально-еконо-мічні умови.

Клімат. Небезпека прояву ерозійних процесів зумовлюється, на-самперед, інтенсивністю дощових опадів. Дощі у вигляді мряки навіть величиною понад 50 мм можуть не утворювати стоку, тоді як зливи силою 10—12 мм й інтенсивністю 5—7 мм/хв можуть сприяти інтен-сивному стоку, змиванню та розмиванню ґрунту. При цьому загальна маса ґрунтових частинок, відокремлених дощовими краплями і підня-тих у повітря, може сягати від 10 до 100 т/га. Краплі дощу ущільню-ють поверхню ґрунту, чим різко знижують його інфільтрацію. Сукуп-ний вплив дощових крапель на відрив частинок ґрунту, транспортну здатність струмків та інфільтрацію ґрунтів зумовлює високу еродуючу дію води, яка стікає зі схилів. Якщо не враховувати енергію дощових крапель, змивання ґрунту у разі доброї його водопроникності може бу-ти зменшене у 100 і більше разів (Заславский М.Н., 1984). Зливи за-вдають великої шкоди ґрунту і тоді, коли спричинюють невеликий змив, особливо на полях під чорним паром. Діючи силою удару кра-пель на всю поверхню ґрунту, вони зумовлюють вимивання насампе-ред дрібного пилу (частинок з діаметром 0,005—0,001 мм) і мулу (час-тинок розміром менше 0,001 мм), в яких зосереджена найцінніша частина ґрунту — оксиди заліза, алюмінію, марганцю, каолін, гумусові речовини, фосфати тощо. Дрібному пилу, і особливо мулу, властиві пластичність, липкість і здатність набрякати, а мулу і незначною мі-

рою пилу — коагуляція, що дуже важливо під час оцінювання струк-туротворної ролі зазначених факторів. Прямо впливають на зменшен-ня зливового стоку ступінь щільності поверхневого шару ґрунту, осо-бливо з водотривкою структурою, і вираженість нано- та мікро-рельєфу; густота рослинного покриву і наявність мульчі, а опосеред-ковано — нахил поверхні, розмір і енергія краплин, що падають. На ґрунтах з водотривкою структурою наявність пухкого шару товщиною 6—8 см забезпечує повніше вбирання опадів, а на ґрунтах, схильних до запливання, пухкий шар функціонує недовго, тому його вбирна зда-тність знижується, що призводить до швидкого формування стоку і посилення змиву.

Прояву водної ерозії сприяють великі розміри полів, введення чис-тих парів, використання важкої сільськогосподарської техніки, велике насичення сівозмін просапними культурами, перевага в системі меха-нічного обробітку Грунту оранки, за якої рослинні рештки загортають-ся в Грунт і його поверхня залишається тривалий час незахищеною.

Головними природними факторами, що зумовлюють розмір стоку талих вод, є крутизна схилу, зволоження ґрунту, запаси снігу перед його таненням і глибина промерзання Грунту. Стік формується за обов'язкового поєднання цих факторів.

He вбирає воду мерзлий ґрунт, вологість якого вища НВ, коли його поверхня вирівняна і має дрібногрудочкувату структуру. Основною перешкодою при цьому є найбільш зволожений і ущільнений верхній шар Грунту товщиною 5—7 см. Він насичується водою за рахунок як капілярного руху її з нижніх шарів до поверхні замерзання, так і до-щів, які часто випадають у Степу на мерзлий ґрунт, або танення снігу за відлиг. Внаслідок різкого коливання температур удень і вночі наве-сні вологість замерзаючого шару Грунту може підвищитись за одну ніч на 15—20 %. Причому, більш інтенсивно, нерідко з утворенням льо-дяної кірки на ущільненій ріллі і менш інтенсивно на розпушеному ґрунті, який навіть у разі сильного насичення кригою може зберігати досить високу водопроникність. Керувати цим процесом найбільш до-цільно, створивши ще восени орний шар крупнопористої будови, в якому вода більше нагромаджується в підорному шарі і менше — у верхньому.

На ґрунт і стік талих вод помітно впливає сніговий покрив. За швидкого нагромадження його з початку зими, помірного і слабкого зволоження Грунту з осені останній менше промерзає і краще вбирає воду. В нестійкі зими, коли сніг часто тане, а відлиги нерідко чергу-ються з дощами, можливості Грунту і проведення агротехнічних захо-дів щодо затримання вологи переважно вичерпуються ще взимку. На-весні більшість снігових вод у таких випадках стікає по схилу, спричи-нюючи посилений змив, тому для запобігання йому слід не тільки створювати сприятливі умови для більшого вбирання води ґрунтом, a

 й застосовувати таку систему вирощування культур, яка формувала б поверхню ґрунту, стійку проти розмиву водою. Восени це краще ви-рішується за зяблевого обробітку з мульчуванням, який за глибокого розпушування одночасно забезпечує максимальне вбирання води ґру-нтом і стікання її лишків по стійкій поверхні. Такий обробіток є най-доцільнішим заходом затримування снігу. Для цього важливо зберегти стерню у стоячому положенні. Цей захід особливо ефективний у Сте-пу, де сніговий покрив є неглибоким, а випадання снігу чергується з повним його таненням.

На схилах часто основною причиною сильного змиву ґрунту є не-рівномірне залягання снігу. Він здувається більше, а часто повністю з нижньої частини східних, південно-східних та південних схилів. У та-кому разі під час танення снігу вода, що надходить зверху на оголений ґрунт, внизу інтенсивно розмиває його, що є особливо небезпечним за розміщення озимих та багаторічних трав зверху схилу, а зябу — внизу. Сніг на полях протягом зими майже ніколи не лежить рівним шаром, оскільки під впливом вітру він переміщується і нагромаджується у ви-гляді заметів.

Товщина снігового покриву на схилах за інших однакових умов бі-льше залежить від їх форми та експозиції. На увігнутому схилі вона біля підніжжя, у долині часто в кілька разів більша, ніж на вершині схилу або його вододілі.

На випуклих, особливо вітроударних, схилах снігу менше внизу і більше вгорі. Найменш стійким сніговий покрив є на південних і схі-дних схилах. Навесні сніг на них сходить рано, тому мікроклімат більш континентальний, і Грунт сильніше зазнає дії водної та вітрової ерозії.

Нерівномірне, як і прискорене, танення снігу дренує сніговий по-крив, знижує шар води в ньому, концентрує її у місцях вимоїн, де вода нагрівається, прориває перемички снігу і концентрованим струменем стікає зі схилів. У разі нерівномірного снігового покриву сніг тане швидіпе, що є дуже небажаним не тільки з огляду на можливість роз-витку ерозійних процесів, а й для нагромадження вологи. Мерзлий Грунт має низьку водопроникність, і у разі швидкого танення снігу бі-льшість води витрачається на стік, прискорюючи змивання ґрунту.

Ф.Т. Моргун, М.К. Шикула, О.Г. Тарарико (1988) довели, що в Лі-состепу ерозійно небезпечні опади з добовою сумою понад 10 мм ви-падають порівняно часто. Найбільше їх випадає на заході зони, най-менше — на сході. Аналіз кількості днів з ерозійно загрозливими опадами по сезонах показав, що найбільше дощів випадає влітку (58 % — більше 10 мм, 66 % — понад 20 мм), значно менше навесні і восени (відповідно 23 і 19 % — понад 10 мм і 16 та 18 % — понад 20 мм).

Стік талих і зливових вод є тією енергетичною силою, яка руйнує ґрунт і транспортує змулений у воді дрібнозем. Величина середньорі-

чного поверхневого стоку залежить від зони і становить: у Лісостепу — 50—70 мм і більше; в північному та центральному Степу — 30—50; південному— 10—30 мм.

Ерозійна небезпека від опадів є неоднаковою на території Лісосте-пу. У правобережній частині зони вона вища, ніж у лівобережній. Особливо висока вона в регіоні, що охоплює центральну частину Пра-вобережного Лісостепу. Західна низовинна частина Лівобережного Лі-состепу (старовинні тераси Дніпра) характеризується найменшою еро-зійною небезпекою дощових опадів, а далі на схід, у районі відрогу Середньоруської височини, вона зростає.

Ерозійна сила зливових опадів, що визначаєгься їх енергетичною харак-теристикою, на території України має певні особливості. Збільшення чи зменшення енергії опадів в окремих районах пов'язане переважно із впли-вом рельєфу Так, райони Прикарпатгя, де енергетичні характеристики опа-дів підвищені, перебувають під впливом місцевого циклогенезу, зумовле-ного орографічними та особливими термічними умовами.

У рівнинній частині Лісостепу й Степу ерозійна дія опадів пов'язана переважно з холодними фронтами, які відзначаються висо-кою активністю. На Лівобережжі України загострення холодних фрон-тів відбувається під впливом Донецького кряжа, Приазовської та від-рогів Середньоруської височин, тому на фоні зменшення сумарної кінетичної енергії опадів за теплий період із заходу до південного схо-ду й півдня енергія зливових опадів за добу в Степу, наприклад, з віро-гідністю повторення раз на 10 років (10 % забезпеченість) є не ниж-чою, ніж у Лісостепу і на Поліссі.

Запаси води в сніговому покриві на початку весняного танення сні-гу, які значною мірою визначають величину стоку талих вод і волого-забезпеченість Грунту у весняний період, становлять у середньому 20—40 мм з відхиленнями від 10 мм у південному Степу до 70 мм і бі-льше — на Поліссі. Висота снігового покриву і запаси води в ньому зменшуються з північного заходу на південний схід.

Велику роль у розвитку ерозії ґрунтів у Лісостепу та північному Степу відіграє та обставина, що значна кількість рідких опадів тут на ґрунт надходить навесні та рано влітку за відсутності розвиненого ро-слинного покриву. Оголений Грунт швидко руйнується дощем переду-сім тому, що зазнає дії дощових крапель, які розбивають ґрунтові аг-регати і призводять до значного погіршення структурного стану Грунту. На ділянках із рослинністю удари дощових крапель пом'якшу-ються рослинним покривом. Крім того, інтенсивність ерозії в цей час велика ще й тому, що агрегати Грунту під слаборозвиненими рослина-ми недостатньо скріплені їх кореневою системою.

У Степу дощі часто випадають у вигляді злив. За один-два дні тут може випадати середньомісячна норма опадів, яка становить 40—50 мм. Ґрунт, звичайно, не встигає увібрати таку велику кількість води, і над-

лишок її починає стікати по схилах. Так, за інтенсивності дощу 0,25; 0,5; 1,0 і 2 мм/хв стік води на сірому лісовому ґрунті становив відпові-дно 5, 19, 56 і 61 % від кількості опадів, а змив ґрунту — 0,22; 0,75; 6,6 і 35 т/га (Толчельников Ю.С., 1990).

На інтенсивність ерозії сильно впливає розмір дощових крапель, який залежить від інтенсивності дощу (рис. 7).

 

Рис. 7. Розподіл крапель (в %) за діаметром у разі випадання

дощів різної інтенсивності: 1 — 65—115 мм/год;

2 — 115—165 мм/год; 3 — понад 165 мм/год.

Діаметр крапель затяжних опадів становить 1—1,5 а зливових — 3—5 мм. Маса останніх у 5—15 разів, а швидкість у приземному шарі повітря є удвічі більшими. Отже, сила удару крапель за зливових опа-дів у 10—30 разів більша, ніж затяжних. Крім того, швидкість падіння крапель, а отже їх руйнівна сила зростає до певних меж зі збільшенням діаметра крапель (рис. 8).

 

Рис. 8. Залежність кінцевої (приземної) швидкості дощу від діаметра крапель

Таким  чином,  водна  ерозія  ґрунтів  зумовлюється  руйнівною енергією опадів, їх стоком, а також станом поверхні ґрунту. Енер-

гетична характеристика зливових опадів на території України (160—2500 Дж/м2) така, що навіть цілинні ґрунти, якщо вони по-збавлені рослинності, не здатні протистояти такій енергії руйну-вання. Краплі зливових опадів вибивають Грунтові частинки й агре-гати на висоту до 1 м і на відстань 1—4 м. Енергія крапельного руйнування значно вища за енергію відриву і перенесення ґрунто-вого матеріалу стоком. Маса винесеного Грунтового матеріалу може досягати 25—130 т/га і більше.

Слід зазначити, що добре протиерозійне покриття Грунту створю-ють зернові культури — озима пшениця, ячмінь. Найбільш ерозійно небезпечними культурами є просапні — картопля й кукурудза на зер-но. Ерозійна небезпечність цукрових буряків із квітня до червня низь-ка, а в наступні місяці у зв'язку з наростанням потужної листкової по-верхні підвищується на тривалий період (до жовтня).

Для проектування протиерозійних заходів важливим показником поряд із сумарними величинами є характеристики окремих дощів. Внутрішньорічний розподіл ерозійно небезпечних дощів (інтенсивніс-тю понад 10 мм/год) неоднаковий за фізико-географічними провінція-ми. Найвищим значення цього показника є в Західноукраїнській фізи-ко-географічній провінції, коли дощі в цей період є ерозійно найнебез-печнішими. Найбільша кількість їх припадає на перші й останні місяці теплого періоду року, коли захищеність Грунтів сільськогоспо-дарськими культурами є низькою. Значно менше ерозійно небезпечних дощів випадає в Середньоруській фізико-географічній провінції — від 0,1 в перші і останні місяці теплого періоду року до 1,5 у червні-липні; найбільше у Західноукраїнській провінції — 9 (за квітень-жовтень). Проміжне місце за цим показником займають Дністровсько-Дніп-ровська та Лівобережно-Дніпровська провінції, де за квітень-жовтень випадає в середньому відповідно 7,5 і 6,3 ерозійно небезпечних дощів. Ерозійно найнебезпечніші поодинокі зливи спостерігаються в Полтав-ській області і в підвищеній частині правобережного Лісостепу (Mop-

ГУНЙль'еф! вГоасобливТо?тГрКел^фу заіжить значною мірою інтен-сивність водної ерозії, розмір і швидкість поверхневого стоку, а отже — швидкість руйнування і знесення Грунту. Перш ніж розглядати вплив рельєфу на ерозію ґрунтів, зазначимо, що інтенсивність її, під якою розуміють кількість ґрунтового матеріалу, який змивається за одиницю часу (t), зростає зі збільшенням швидкості потоку (v). У разі малої швидкості потік не справляє відчутної руйнівної дії на ґрунт (рис. 9). Ерозія в цьому випадку є незначною і дорівнює допустимій або нормальній.

Швидкість течії води, за якої починається її руйнівна дія на ґрунт, називається критичною швидкістю (vKP). Для змиву частинок різного розміру існує своя критична швидкість.

 

Рис. 9. Залежність інтенсивності змиву грунту Q від швидкості потоку V

Критична швидкість потоку води або вітру для частинок діаметром d виражається рівнянням:

1    \d(j~jn)

V    = —          — • q ,

де К — емпіричний коефіцієнт; d — діаметр частинок; у — щільність час-тинок; /0 — щільність середовища, що рухається; q — сила гравітації.

Особливості рельєфу по-різному впливають на швидкість потоку та інтенсивність ерозії. Найбільше швидкість потоку залежить від крутизни схилу а, зі збільшенням якої швидкість потоку різко зростає (рис. 10).

 

Рис. 10. Залежність крутизни схилу а від перевищення місцевості h на одиницю довжини L

Крутизну схилу виражають співвідношенням різниці висоти двох то-чок А і В схилу Ah і горизонтальної проекції^С відстані між ними (L).

Крутизну середніх і крутих схилів звичайно виражають у градусах. На місцевості крутизну схилів визначають за допомогою екліметрів, а в каме-ральних умовах — за висотою перерізу горизонталей і відстанню між ними.

Малі кути схилу характеризуються також співвідношенням пере-вищення (у метрах) на кілометр відстані h, тобто виражають у тисяч-них частках довжини схилу.

За крутизною схили, які використовуються в землеробстві, поді-ляють на пологі, спадисті, круті та обривисті.

На вирівняних ділянках земної поверхні кути схилу малі — менше 1°, на пологих схилах — 1—2°, спадистих — 2—5°, крутих — 5—10°. Ділянки схилів із крутизною понад 10° вважаються дуже крутими. Ta¬xi схили без проведення спеціальних меліоративних заходів у сільсь-кому господарстві не використовують.

Ерозійні процеси безпосередньо залежать від крутизни схилів. Крути-зна схилів передусім визначає ступінь змитості ґрунтів (табл. 31).

Таблиця 31

СТУПІНЬ ЗМИТОСТІ ҐРУНТІВ ЗАЛЕЖНО ВІД КРУТИЗНИ СХИЛУ

 

Характеристика схилів         Крутизна, градус       Можливий ступінь змитості

Рівні ділянки  До 1    —

Пологі схили  1—2    Слабкий

Спадні            2—5    Середній

Круті   5—10  Сильний

Про ступінь загрози ерозії ґрунтів певного природного масиву в цілому дає уявлення коефіцієнт (густота) ерозійної розчленованості території:

„    a К = —,

де a — довжина всіх ярів і балок певної території, м; S — площа масиву, м2.

За коефіцієнтом ерозійної розчленованості можна визначити хара-ктер рельєфу місцевості, найдоцільніше її використання та необхідні протиерозійні заходи. За густотою розчленування територію поділя-ють на райони: розчленовані слабко (К< 0,5), середньо (К— 0,5 - 1) і сильно (К> 1).

Математично виразити залежність інтенсивності ерозії від нахилу можна формулою:

Є

тутп = К1 ,

де Q — інтенсивність ерозії, т/га за рік; К — коефіцієнт пропорційнос-ті; / — нахил, tg a; п — емпіричний показник.

За крутизною схилів визначають систему протиерозійних заходів і спосіб використання території. Орієнтовно залежність ступеня прояву ерозії і способу використання території від крутизни схилів можна охарактеризувати так:

а)         до 1° — ґрунт не зазнає змиву, ділянки його не потребують ні-

яких протиерозійних заходів; можна використовувати їх під будь-які

культури;

б)         1—3° — можливий слабкий змив ґрунтів, для їх захисту від еро-

зії оранку слід проводити упоперек схилів, а під пар і зяб — безполи-

цевий обробіток;

в)         3—5° — спостерігається середній змив Грунтів; доцільно впро-

ваджувати Грунтозахисні сівозміни кормового напряму з великим на-

сиченням багаторічними травами;

г)         від 5 до 8° — можливий сильний змив ґрунтів; такі ділянки об-

межено використовують у сільському господарстві, необхідним є за-

луження на бровках балок і ярів;

д)         понад 8° — ґрунти сильно змиваються, їх вважають неорнопри-

датними, вони підлягають залуженню та закріпленню в окремих міс-

цях штучними спорудами;

е)         понад 15° — не використовують у сільському господарстві без

проведення спеціальних заходів.

На ерозію ґрунтів впливає не тільки крутизна схилу, a і його дов-жина (рис. 11). За великої довжини схилу на його нижню частину при-падає більше поверхневих вод, ніж на верхню і середню частини, і Грунти довгих схилів еродуються значно сильніше, ніж ґрунти корот-ких схилів за тієї ж крутизни. Саме з цієї причини виникають яружна ерозія, зсуви та обвали в нижній частині схилів пагорбкуватих терито-рій та міжгірських понижень. Залежність інтенсивності ерозії Q від довжини схилів виражається рівнянням:

Q = K (L)m,

 

*■        >■

L

Рис. 11. Залежність інтенсивності ерозії Q від довжини схилу L

де К — коефіцієнт пропорційності; L — довжина схилу; т — емпірич-ний коефіцієнт, який дорівнює 1—2,5.

Залежність інтенсивності ерозії від довжини схилу особливо відчутно спостерігається в гірських районах, де долини мають довгі схили. Навіть за середньої інтенсивності дощу (за добу випадає 20—30 мм) внаслідок стоку з довгого схилу на його нижню частину надходить велика кількість води, яка може призвести до катастро-фічних наслідків. У гірських районах невеликі річки після дощу се-редньої інтенсивності тривалістю понад добу перетворюються на вируючі каламутні потоки, які несуть змитий зі схилів Грунт, вико-рчувані з корінням чагарники й дерева і розливаються по вулицях селищ та міст. Такі явища в гірських районах виникають тому, що на довгих схилах утворюються великі водозбірні площі, з яких у долини надходять величезні маси води. За рівнинних умов на коро-тких схилах такі великі водозбори не утворюються, тому біля пі-дошов схилів нагромаджується значно менше води.

Довжина схилів визначає розмір водозбірної площі, а отже — площі, з якої зноситься дрібнозем, та кількість осадового матеріалу, який надходить на заплаву. За однакової крутизни схилів зі збіль-шенням площі водозбору кількість матеріалу, що надходить з нього, різко зростає.

Слід зазначити, що збільшення довжини схилу, коли ґрунт не ме-рзлий, сприяє зростанню його реальної водопроникності та погли-нанню води в цілому. 3 просуванням вниз по схилу товщина шару води, яка стікає, і площа затоплення поступово збільшуються, вна-слідок чого зростає інтенсивність вбирання води, зменшується об'єм стоку. Ця закономірність чітко виявляється на добре водопроникно-му ґрунті. На ущільненому (багаторічні трави й озимі) та вирівняно-му (паровий і напівпаровий обробіток) ґрунті вплив довжини схилу на вбирання води незначний або його зовсім немає. Таке ж значення має і крутизна схилу. З'ясування цієї закономірності має важливе практичне значення, оскільки вона показує, що на ущільнених фонах небезпека ерозії на довгих схилах є більшою і меншою — на корот-ких. На рівнині її, звичайно, не враховують і застосовують агротех-ніку, яка посилює втрати снігових вод із поверхневим стоком. За на-півпарового обробітку зябу (оранка чи безполицевий обробіток з наступними боронуваннями і культиваціями) втрати води на стік на будь-якому схилі досягають 70—90 %. На полях зі схилами крутиз-ною до 1° (відносно рівних) поверхневий стік талих вод має меншу швидкість, але розширюється і захоплює більшу поверхню ґрунту. За певних умов змив у цьому разі може бути значно більшим, ніж на схилі або елементі його крутизною 5—7°, що і підтверджується до-слідженнями.

Отже, попшрення еродованих Грунтів тісно пов’язане із крутизною, довжиною та експозицією схилів. Так, всебічний аналіз Грунтових карт, складений філіями Інституту «Укрземпроект», показав, що зі збі-

льшенням крутизни схилів ступінь еродованості ґрунтів зростає, а від-носний відсоток слабоеродованих Грунтів є найбільшим на схилах крутизною 1—3 і 3—5°.

На схилах крутизною понад 5° нееродованих ґрунтів практично немає, а кількість середньо- та сильноеродованих різко зростає. Отже, і коефіцієнт еродованості ґрунтового покриву зі збільшенням крутизни схилів підвищується. Однак, довжина і крутизна схилів перебувають у зворотній залежності. Якщо, наприклад, схили крутизною до 1° мають середню довжину близько 628 м, то схили крутизною понад 12° — 123 м, тобто коротші у 5 разів.

Зі збільшенням довжини схилу шар води, що утворюється внаслі-док випадання інтенсивних дощів або танення снігу, стає з нагрома-дженням води потужнішим і набуває великої швидкості під час сті-кання, через що відбувається інтенсивне змивання та розмивання ґрунту.

В умовах Степу і Лісостепу між довжиною схилів та кількістю еродованих ґрунтів існує чіткий зворотний зв’язок (Шелякін М.М., Джамаль В.А., 1986).

В Україні найбільш еродованими за кількістю і за ступенем еродо-ваності є короткі схили (до 200 м). Зі збільшенням довжини схилів до 400 м кількість еродованих ґрунтів і коефіцієнт еродованості зменшу-ються і надалі практично не змінюються. Отже, зі збільшенням дов-жини схилів зменшується крутизна їх, тому М.М. Шелякін, В.А. Джа-маль (1986) роблять висновок про те, що на інтенсивність ерозійних процесів впливає насамперед крутизна схилів.

В умовах Степу й Лісостепу найбільше зазнають ерозії схили північної, найменше — західної експозицій. Схили південної та східної експозицій еродуються однаково (Шелякін М.М., Джа-мальВ.А., 1986).

На еродованість Грунтів України експозиція схилу впливає менше, ніж крутизна та довжина, тому за ступенем впливу на інтенсивність ерозії в напрямку його зменшення геоморфологічні показники можна розмістити у такому порядку: крутизна > довжина > експозиція.

На інтенсивність ерозії впливає також форма схилів, яка буває прямою, випуклою та ввігнутою (рис.12). Це пов’язано з утворенням внаслідок ерозійних процесів форм зі стійким ерозійним профілем. Останній у розрізі має ввігнуту форму, а його основа знаходиться на площині базису ерозії. Оскільки профіль випуклих схилів більш відда-лений від стійкого ерозійного профілю, такі схили зазнають більш си-льного ерозійного впливу. Знесення Грунтів і гірських порід триває не безмежно. Максимальна глибина ерозійних урізів не може бути ниж-чою за певний рівень — базис ерозії.

 

a          б          в

Рис. 12. Форма схилів: a — пряма; б — випукла; в — увігнута

Базисом ерозії називається горизонтальна поверхня, на рівні якої при-пиняється ерозія, тобто нижче якої води поверхневого стоку не опуска-ються. Базис ерозії збігається з рівнем водної поверхні водоприймача, розміщеного в нижній частині схилу, або якої-небудь западини, не запов-неної водою. Такі западини часто трапляються в сухих районах.

Розрізняють місцевий і загальний базиси ерозії. Місцевим базисом є найбільш понижені елементи місцевості, наприклад, для яру, що від-кривається в долину річки, базисом ерозії є рівень води в ній. Загаль-ним базисом ерозії є рівень Світового океану.

Перевищення вододільного простору над рівнем базису ерозії на-зивається глибиною базису ерозії. Чим глибший базис ерозії, тим біль-ша швидкість потоку і сильніша ерозія Грунтів.

Інтенсивність ерозії залежить також від експозиції схилу, яка впливає на швидкість ерозії ґрунтів, оскільки Грунти схилів різної екс-позиції отримують різну кількість сонячної теплоти. Внаслідок цього у них неоднакові зволоження, тепловий режим, амплітуда температур-них коливань, швидкість вивітрювання і склад природного рослинного покриву. Через це на схилах різної експозиції швидкість ерозії ґрунтів неоднакова, яка в Північній півкулі є більшою на схилах південної експозиції. Найбільше експозиція схилів впливає на ерозію Грунтів на-весні, коли на південних схилах сніг сходить швидше і талі води, ру-хаючись по оголеному талому Грунту, спричинюють його ерозію. Ґру-нти схилів північної експозиції в цей час ще перебувають у мерзлому стані, прикриті снігом, тому не зазнають ерозії.

Із факторів змиву мерзлого ґрунту найважливішими є температура, швидкість руху і турбулентність води, що стікає. Чим тепліша вода, тим менша її в’язкість, більша швидкість руху і дія на відтаювання ґрунту. Особливо небезпечні в цьому відношенні дощі в Степу, які ча-сто випадають узимку і навесні на сильно зволожений і мерзлий ґрунт. Каламутність води, що стікає по зябу і слабко розвинених посівах, за температури дощу 8—10 °С може сягати 400 г/л і більше. Керувати

цим процесом певною мірою можна, застосовуючи мульчування Грун-ту. На ґрунті з мульчею і добре розвиненими озимими посівами потік води розпадається на малі струмки. В’язкість у разі доторкання її до підстилаючої поверхні, де під мульчею холодніше, підвищується, а за-вдяки механічному гальмуванню втрачається швидкість її руху. В ре-зультаті помітно підвищується кольматуюча дія фону, а змив ґрунту за межі поля зменшується в 5 разів і більше.

Стійкість Грунту проти площинного змиву талими водами вища тоді, коли мульча менше змішується з ґрунтом і нею покрита більша поверхня поля. Для зменшення інтенсивності лінійної ерозії ґрунт розпушують восени на глибину 20 см і більше. При цьому більшість води просочується у ґрунт, і енергія водного потоку послаблюється (ЛомакінМ.М.,1988).

Підрахунки показують, що для змиву 1 т ґрунту по зябу відкритої ріллі потрібно в 4—7 разів менше води, ніж із посівів озимої пшениці, і більш як у 20 разів — з багаторічних трав. 3 1т незарегульованих та-лих вод, за даними Інституту зернового господарства УААН, змива-ється 129 кг ґрунту по зябу, 16—33 кг — з посівів озимих, 6 кг — із

^Р^Ї^То^їГвЙїд^е1992)шву роль у захисті Грунтів від ерозії. Вплив його на швидкість ерозії різнобічний. Коренева сис-тема рослин передусім скріплює структурні елементи Грунту і цим пе-решкоджає його розмиванню і змиванню. У багатьох природних рос-линних угруповань (степових, лучних, гірсько-лучних) коренева система розвинена значно більше, ніж надземна частина. На типових чорноземах, наприклад, зелена маса у сухому стані становить 3— 4 т/га, а коренева — близько 20 т/га, тобто маса коріння перевищує масу надземної частини в 5—6 разів. У Сухому Степу це перевищення досягає 10—12, а на гірських луках — майже 100 разів. На гірських лу-ках потужна коренева система рослин утворює своєрідний панцир, який запобігає розмиванню і знесенню ґрунту, тому знищення приро-дної рослинності в горах, внаслідок випасання худоби, призводить до катастрофічно швидкого руйнування і знесення Грунту.

У сільськогосподарських культур (крім багаторічних трав) співвідно-шення між надземною і кореневою масами інше. У зернових за врожай-ності зерна 3 т/га надземна маса становить 6 т/га, а підземна — 2—3 т/га. Через це коренева система більшості зернових і зернобобових не може ефективно захищати ґрунт від ерозії. Тим більше, цього не можна очіку-вати на ділянках, зайнятих просапними культурами, та на парових полях.

Завдяки кореневим системам рослин збільшується пористість і фі-льтраційна здатність Грунтів. У ґрунтах, густо пронизаних корінням, краще вбирається волога, зменшується ерозія. За рахунок кореневих систем щільність дернини в 1,2—1,7 раз менша, ніж решти гумусового горизонту.

У природних рослинних угрупованнях поверхня ґрунту покрита шаром напіврозкладеного опалого листя. Це лісова підстилка або сте-пова повсть. Вони мають добру водопроникність і вологоємність, тому під пологом лісу або в цілинному степу не утворюється поверхневий стік. Під час розорювання ґрунтів цей фактор зниження ерозії зникає. Опале листя і стебла рослин збільшують шорсткість поверхні Грунтів, завдяки чому підвищується вбирна здатність їх і зменшується ерозія. Крім того, рослинність, прикриваючи поверхню ґрунту, є фізичним за-хистом від руйнівної дії дощових крапель.

Відомо, що знищення тропічних лісів та розорювання ґрунтів спричинюють надзвичайно швидке руйнування ґрунтового покриву тропіків внаслідок ерозії. Місцеве населення для боротьби з цим яви-щем здавна застосовує особливу систему вирощування польових куль-тур, використовуючи властивість лісу захищати ґрунт. Корисні куль-тури (наприклад, кукурудзу) вони вирощують на невеликих ділянках — між куртинами, що залишаються після вирубування лісу, або між посадженими деревними рослинами, наприклад, бананами.

Сільськогосподарські культури по-різному захищають ґрунт від водної ерозії. Найменшу ґрунтозахисну дію мають просапні культури, найвищу — багаторічні трави. Пшениця озима і жито озиме краще за-хищають ґрунт від ерозії, ніж ярі ячмінь і овес.

Чим краще розвинена надземна маса рослин, тим вища їх ґрунтоза-хисна дія, оскільки густий рослинний покрив послаблює руйнівну дію крапель дощу на ґрунт. Крім того, у разі більшої надземної маси в од-нієї і тієї ж культури більша маса коріння, завдяки якій дрібні грудоч-ки ґрунту набувають водотривкої структури. Таким чином, у разі за-безпечення земними і по можливості космічними факторами життя в оптимальній кількості культури не тільки формують високу продукти-вність, а й захищають ґрунт від ерозії.

Тваринний світ може істотно впливати на протиерозійну стійкість ґрунтів. В одних умовах вони посилюють ерозію, в інших — істотно змен-шують її. Наприклад, у районах напівпустель і сухих степів колишнього СРСР різке збільшення стада сайгаків після введення закону про їх охорону призвело до посиленого розвитку ярів на цій території внаслідок поїдання ними природної рослшшості. У багатьох районах Каракумів до таких же наслідків призводить надмірне навантаження на пасовища за збільшення поголів'я овець. Зменшенню ерозійних процесів сприяють землерийкові — ховрахи, байбаки, які розпушують Грунт і створюють нори та пагорбки. Дощові черв'яки також зменшують ерозію, збільшуючи фільтраційну здат-ність ґрунтів та поліпшуючи його структурний стан і будову.

Властивостіґрунтів.Здатність Грунтів протистояти ерозії називаєть-ся протиерозійною стійкістю і є величиною, зворотною еродованості: чим вона вища, тим менша швидкість ерозії. На території України найбі-льшу протиерозійну стійкість мають чорноземи. Ця здатність ґрунтів за-

лежить від багатьох їх властивостей і насамперед — від гранулометрич-ного складу. Ґрунти різного гранулометричного складу починають зазна-вати розмивання за різної швидкості потоку, тобто критична швидкість потоку (мінімальна швидкість, за якої частинки починають відриватися від ґрунту) для різних ґрунтів є неоднаковою. Найменша вона у ґрунтів, багатих на пилуваті частинки розміром 0,001—0,05 мм.

Залежність протиерозійної стійкості Грунтів від їх гранулометрич-ного складу є складною, багатогранною і недостатньо дослідженою. Здавалося б, зі зменшенням розміру частинок Грунту має збільшува-тись інтенсивність ерозії, оскільки питома поверхня частинок, що за-знає бокового натиску води, при цьому зростає. Насправді ж, як пра-вило, спостерігається протилежне: зі збільшенням розмірів частинок Грунту його протиерозійна стійкість знижується. Пояснюється це тим, що на ерозійні процеси більшою мірою, ніж розмір частинок, впливає міцність зв’язку між частинками і фільтраційна здатність ґрунтів. Чим сильніше частинки зв’язані між собою і чим вища водотривкість агре-гатів, тим більшу протиерозійну стійкість мають Грунти.

Фільтраційна здатність ґрунтів різного гранулометричного складу неоднакова: у піщаних ґрунтів вона у багато разів вища, ніж у безс-труктурних глинистих і суглинкових. Проте, за доброго окультурення глинистих ґрунтів вони набувають водотривкої структури і достатньо високої фільтраційної здатності. В цілому ж легкі ґрунти більшою мі-рою зазнають ерозії. Особливо інтенсивно розвивається на них яружна ерозія (яри, промоїни, баюри).

Від гранулометричного складу залежать також ерозійні форми мік-рорельєфу. На супісках і пісках внаслідок ерозії утворюються круто-стінні V-подібні промоїни і яри, на глинистих і суглинкових відкладах — пологі коритоподібні улоговини, які майже непомітно переходять у плоскі нееродовані ділянки. На лесах внаслідок вертикальної пористо-сті і тріщинуватості формуються ящикоподібні яри з прямовисними стінками і плоским днищем.

Протиерозійна стійкість ґрунтів дуже залежить від їх структури. Фільтраційна здатність Грунтів з дрібнозернистою структурою в 10— 30 разів вища, ніж безструктурних ґрунтів, тому протиерозійна стій-кість структурних Грунтів у багато разів вища. Проте, структура ґрун-тів залежить від їх гранулометричного складу. Залежність протиеро-зійної стійкості Грунтів від їх структури і гранулометричного складу можна виразити рівнянням, з якого видно, що коефіцієнт протиерозій-ної стійкості (К) прямо пропорційний коефіцієнту гранулометричної структурності G і обернено пропорційний коефіцієнту дисперсної грунтової структури:

„    G ■ 100

к =       .,

Q

де G — коефіцієнт гранулометричної структурності (Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986), який дорівнює відношенню вмісту частинок ді-аметром менше 0,001 мм до вмісту частинок більш крупних фракцій за механічного аналізу ґрунтів (Качинський Н.А., 1965); Q — коефіцієнт дисперсності, який визначають за відношенням вмісту частинок діаме-тром менше 0,001 мм за мікроагрегатного аналізу до вмісту частинок такого ж розміру за механічного аналізу.

Протиерозійна стійкість Грунтів підвищується зі збільшенням у них вмісту гумусу, оскільки від нього залежить ступінь їх оструктуреності. Найвищий вміст гумусу й оструктуреність чорноземів забезпечують їм найбільшу ерозійну стійкість, порівняно з іншими типами ґрунтів.

Істотно впливає на швидкість ерозії Грунтів склад увібраних основ. У разі переважання в ньому катіонів кальцію збільшується водотрив-кість агрегатів і знижується еродованість Грунтів. Наявність у складі поглинутих основ великої кількості катіонів натрію і магнію спричи-нює солонцюватість Грунтів, посилює струменеву і площинну ерозію, призводить до формування продовгуватих улоговин, що утворюються за повільного стікання розмоклої тістоподібної маси. Це явище пояс-нюється тим, що під час дощу солонцевий горизонт сильно набухає, втрачає здатність фільтрувати воду і через відсутність у ньому водо-тривких агрегатів швидко переходить у розріджений текучий стан, за-знаючи інтенсивної площинної ерозії.

За вмісту в ґрунті легкорозчинних солей також знижується його протиерозійна стійкість. У разі висихання Грунтів солі випадають з розчину у вигляді кристалів, приєднуючи велику кількість молекул води і розсовуючи ґрунтові частинки, розпушують Грунтову масу. За випадання дощів солі розчиняються у воді, поверхневий шар перехо-дить у розпушений, нестійкий проти ерозії стан. На відміну від солон-цевих «текучих» Грунтів, засолені Грунти зазнають розмивної ерозії, яка утворює промоїни і яри з вертикальними стінами.

На протиерозійну стійкість Грунтів впливає також їх вологість. Структура сухих Грунтів більш тривка, ніж вологих, тому повторні опади ерозійно більш небезпечні, ніж перші. Сила їх дії зростає ще й тому, що вологі ґрунти менше здатні вбирати й утримувати вологу і зумовлюють більш інтенсивний стік.

Соціально-економічні умови. Ерозія земель — це історичний наслі-док неправильного господарського їх використання без урахування при-родних умов та загальних закономірностей водного режиму ґрунтів. У природних умовах сам процес змиву є малопомітним, оскільки існує стій-ка рівновага між поверхневим стоком і рельєфом місцевості, тобто змив ґрунту балансується Грунтоутворенням (Арманд ДА., 1966).

Нині господарська, особливо землеробська, діяльність людей повніс-тю визначає розвиток та інтенсивність ерозійних процесів. Ерозія завжди була супутником нераціонального землеробства і тваринництва. Розвиток

ерозійних процесів у всіх без винятку регіонах нерозривно пов’язаний із землеробством, тобто з господарською діяльністю людей.

Від недооцінки згубної дії ерозії у свій час гинули давні цивіліза-ції. Вирубування лісів у передгірних і гірських районах, надмірне ви-пасання худоби, розорювання цілинних земель завжди супроводжува-лось інтенсивним розвитком ерозії. Месопотамія, Мала і Середня Азія, Великі рівнини Америки — ось приклади спустошливої ерозії внаслі-док неправильної господарської діяльності лю’ей.

До розорювання степових просторів травяниста рослинність пе-решкоджала бурхливому розвитку ерозійних процесів. Племена хоза-рів, печенігів, половців, татар кочували по степових просторах і не за-ймалися землеробством. Після падіння Кримського ханства зникла небезпека їх спустошливих набігів і степи почали поступово заселяти-ся. Освоєнню степових просторів, інтенсивному їх розорюванню особ-ливо сприяло скасування кріпосного права.

Розвиток капіталізму в Росії наприкінці XIX — на початку XX ст. викликав швидке зростання виробництва зерна. Зростання чисельності промислових робітників і населення міст підвищило попит на сільсь-когосподарську продукцію. Великий попит на світовому ринку на українську пшеницю і близькість морських портів (Одеса, Маріуполь) зумовили збільшення її посівних площ. Землі розорювалися надзви-чайно швидкими темпами. Особливо цьому сприяла столипінська ре-форма 1906 р.

Розорювання земель призвело до зростання масштабів антропоген-ної ерозії (як площинної, так і лінійної), диференціації земель за родю-чістю. Почали розвиватися яри, збільшилась кількість кам’янисто-щебенистих Грунтів і виходів щільних порід. Розорані круті схили пе-ретворилися на малопридатні землі.

Після 1917 р. сталися значні зміни в системі землекористування. Важливими заходами запобігання ерозії були впровадження сівозмін і правильна організація території. Оснащення колгоспів і радгоспів тех-нікою дало змогу поглибити орний шар, належно обробляти чисті па-ри. Все це збільшувало вологоємність чорноземів, зменшувало коефі-цієнт схилового стоку і змиву Грунтів. Ці заходи, а також широке застосування добрив, сівба сортовим насінням значно підвищили уро-жайність сільськогосподарських культур, що сприяло зниженню інте-нсивності ерозії завдяки більш густому стеблостою рослин. Зниженню ерозії сприяв також обробіток ґрунту впоперек схилів.

3 1930 р. робляться спроби спинити дію ерозії лісомеліоративними заходами. Проте, без поєднання з агротехнічними протиерозійними заходами вони часто не давали належного ефекту. У 1940 р. почали проводити агротехнічні протиерозійні заходи. Оранка вздовж схилу, яка сприяє змиванню ґрунтів, була заборонена в законодавчому по-рядку. Для боротьби з ерозією розширюються площі під багаторічни-

ми травами, проводиться снігозатримання, збільшується глибина ора-нки. Проте, одночасно з усуненням традиційних причин ерозії з розви-тком потужного індустріального «соціалістичного» сільського госпо-дарства з'явилися нові. У великих «соціалістичних» сільськогоспо-дарських підприємствах організацію території часто пристосовували до механічного обробітку полів важкою технікою, і неповною мірою враховували умови стоку та загрозу розвитку ерозії. У багатьох госпо-дарствах землевпорядкуванням займалися малокваліфіковані праців-ники, які намагалися створити передусім кращі умови для більш про-дуктивної роботи сільськогосподарських машин. У результаті цього поля в господарствах розбивали на ділянки однакового розміру — 100 га, які часто розміщували не тільки на рівних природороздільних просто-рах, а й на пересіченій місцевості. Межі таких полів нарізали, як пра-вило, прямолінійно, без урахування рельєфу, стоку та ерозії. Уздовж цих меж створювали полезахисні лісові смуги. Прямолінійність меж полів, лісосмуг та інших елементів організації території в багатьох го-сподарствах була основним принципом землевпорядкування. Через це територія господарств була покрита мережею різних прямолінійних рубежів, які в багатьох випадках сприяли розвитку ерозійних процесів.

Вимога механізаторів нарізати максимально великі ділянки при-зводила до включення в ріллю площ, які не підлягали розорюванню (схилів, верхів’їв балок та ін.).

Нині практично вся територія лісостепової і степової зон нашої країни розорана і є придатною для сільськогосподарського виробництва. Розора-ність чорноземів в Україні перевищує 85 %, а в деяких областях — 89— 90 %. Розорані також чорноземи на схилах крутизною 15° і більше, a агротехніка лишається попередньою, як і для схилів крутизною менше 8°.

Протиерозійні агротехнічні заходи, розроблені для схилів крутиз-ною 5—6°, не захищають ґрунт від змивання на більш крутих схилах. Наприклад, 80 % споруджених на схилах крутизною 6—8° наорних валів-терас руйнуються стоком талих вод. Внаслідок цього на полях через кожні 50—100 м утворюються промоїни глибиною від 0,3 до 1 м. Інколи лісосмуги та інші прямолінійні елементи організації території в господарствах розміщені під різними кутами до напряму схилу з нахи-лами уздовж цих схилів до 27° і більше.

Обробіток Грунту і сівба сільськогосподарських культур проводяться, як правило, уздовж довгих меж полів. За розміщенням меж полів визначають напрям обробітку ґрунту і довжину робочих ходів, від яких залежать стік і ерозія. На зораному полі більшість зайвої води стікає в борозни, утворені на межі полів під час оранки. Доведено, що швидкість потоку по борознах у 2—3 рази вища, ніж на рівному схилі такої ж крутизни, а ерозійна енергія потоку в 6—7 разів вища, ніж на ділянках, які не мають борозен.

Розміщення довгих меж полів під кутом до напряму схилу робить неможливим або нераціональним обробіток ґрунту впоперек схилу. За

такого планування полів гребені меншою мірою впливають на стік і вбирання води ґрунтом. Зі збільшенням довжини гону вздовж схилу або під кутом до нього зростає площа водозбору борозен, а отже — й об'єм води, яка протікає по борознах, і руйнівна сила потоку.

Полезахисні лісосмуги за нарізання 100-гектарних полів також ін-коли розміщували без урахування форм рельєфу і напряму вітрів. У чорноземній зоні країни через розміщення лісових смуг під кутом до напряму схилу потоки води, що утворюються від танення кучугур сні-гу на узліссях, надходять не в лісосмугу, а рухаються вздовж неї і ски-даються в балки та яри. Нарізування великих полів на розчленованому рельєфі призводить до місцевої концентрації стоку штучними рубежа-ми (лісосмуги, дороги, межі полів), що сприяє розвитку ерозії. У таких випадках розмивання і змивання ґрунту часто буває там, де в природ-них умовах розподіл і скидання стоку не викликають ерозії. Напри-клад, яри утворювалися в байрачних лісах у місцях скидання потоків води, які збиралися по межах лісосмуги придорожніми канавами.

Посиленню ерозії ґрунтів сприяє їх надмірно інтенсивний механічний обробіток, застосування важкої Грунтообробної, меліоративної і збиральної техніки, порушення оптимальних строків обробітку ґрунту, що призводить до погіршення його структурного стану, переущільнення, злитності, змен-шення фільтраційної здатності і біологічної активності. Ерозія посилюєгься також у разі порушення оптимальної структури посівних площ сільського-сподарських культур і науково обґрунтованих сівозмін.

Господарська діяльність людини дуже позначилась на розвитку ерозій-них процесів в Україні. Внаслідок неправильного використання землі утво-рились яри, які сильно дренують місцевість і змінюють рослшшість, що при-зводить до погіршення її Грунтозахисних властивостей і посилює ерозійні процеси. Проте, було б неправильним твердження, що господарська діяль-ність людей сприяє лише розвитку ерозійних процесів. Адже спрямованим агротехнічним вгшивом на Грунт, реіулюванням рослшшого покриву, пра-вильною протиерозійною організацією території люди можуть припинити ерозію і значно підвищити родючість еродованих земель. Отже, господарсь-ка діяльність може і повинна бути спрямована на організацію захисту ґрун-тів від ерозії. Вона є основним фактором припинення дії ерозійних процесів.