2.2.2. Фактори дефляції 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...

Сгупінь розвигку дефляції ґрунгів залежигь від багатьох факторів (рис. 15), серед яких одним з основних є клімат. Залежність вітрової ерозії ґрунтів від клімату простежується дуже чітко і пов’язана з кількістю опадів (зі зво-ложенням ґрунтів) і температурою, які в сукупності визначають ступінь по-сушливості клімату. Зі зростанням посушливості клімату і зменшенням зволоженості території інтенсивність дефляції Грунтів підвищується.

Фізико-географічні фактори

Ритмічність сонячної активності

 

Ґрунтовий покрив

 

Клімат

 

Рослинність

 

Рельєф

 

 

Вітровий режим

 

Вологоза-

безпече-

ність

 

Теплоза-

безпече-

ність

 

Лісистість території

 

Стан

трав’яного

покриву

 

 

Фізичні

властивості

Грунту

 

Хімічні властиво-сті Грунту

 

 

Макро-           Мезо-  Мікро-рельєф

рельєф            рельєф           

 

 

 

 

Знищення

деревної

рослинності

 

Недоліки організації території

 

Нерегульоване

випасання

худоби

 

Відсутність про-

тидефляційної

агротехніки

 

Помилки у пла-нуванні і розмі-щенні культур

 

Рис. 15. Основні фактори розвитку дефляції грунтів

 

Отже, дефляція ґрунтів має зональний характер. Показником зво-

ложеності території є індекс зволоженості К 3 — відношення кількості

1          .    ._.   . ,„       ,       „      р    _

атмосферних опадів (Р) до випаровуваності (Е), тобто К3 = —. Вели-

чина  обернена зволоженості,   називається   індексом  сухості,  тобто

м, = —. Р

За значенням індексу зволоженості виділяють такі пояси потенцій-но можливої вітрової ерозії: К3 > 1 — пояс, де не буває дефляції; К3 — — 1—0,3 — пояс можливої дефляції; К3 < 0,3 — пояс сильно вираженої дефляції.

Дефляція значною мірою залежить від швидкості вітру. Кліматич-ний фактор (КФ) дефляції ґрунтів у цілому (температура, вологість, швидкість вітру) характеризується таким рівнянням:

т.-     34,483К3

КФ =   —,

(Р — Ь)

де V — швидкість вітру; (Р - Е) — зволоженість території, що дорів-нює різниці між кількістю опадів Р і випаровуванням Е.

У лісостеповій зоні ця різниця (Р - Е) невелика, тому нею інколи нехтують, обчислюючи дію кліматичного фактора ерозії за формулою:

КФ = 34,483 Vі.

Швидкість вітру є одним з найбільш сильних факторів дефляції ґрун-тів. Оскільки кінетична енергія вітру прямо пропорційна кубу його швид-кості, дефляційна робота вітру за його швидкості, наприклад 4 м/с, пере-вищуватиме роботу вітру зі швидкістю 2 м/с не в 2, a у 8 разів.

Залежність кількості переміщуваного ґрунту Q (г/см) від швидкості вітру, за У. Чепілом, вираховується за формулою:

(J = С — V  , g

де С — константа даного ґрунту, яка залежить від його гранулометри-чного складу і стрзтстурного стану та шорсткості поверхні; Р — щіль-ність повітря, г/см3; g — сила гравітації, см/с2; V — швидкість віт-ру, см/с.

Отже, зі збільшенням швидкості вітру після досягнення нею кри-тичного значення рзтінівна енергія зростає надзвичайно швидко.

Масове переміщення вітром дрібнозему, що зноситься з ґрунту, на-зивається вітропіщаним потоком еолового матеріалу Більшість мате-

ріалу (до 90 %) переноситься в приземному шарі повітря на висоті до 10 см. Кількість перенесеного вітром матеріалу зменшується зі збіль-шенням висоти. Вміст у повітрі мінеральних частинок називається не-сучою здатністю вітропіщаного потоку.

У міру віддалення від краю дефлюючого поля вітропіщаний потік дедалі більше насичується дрібноземом. Таке насичення не безмежне, а відбувається до певного значення. Максимальне насичення вітропі-щаного потоку, як зазначає Ю. С. Толчельніков (1990), становить 36,2 т/га за годину. Це значення є постійним для кожного типу ґрунту. Після досягнення насичення вітропіщаного потоку матеріал випадає в осад, тому на дефльованому полі ділянки знесення ґрунту чергуються з ді-лянками наносів. Відстань, на якій відбуваються насичення і розван-таження піщаного потоку, для ґрунтів різного гранулометричного складу є різною і становить: для глинистих — 2000 м, важкосуглинко-вих — 1500, середньосуглинкових — 1000, легкосуглинкових — 500, супіщаних — 250 м.

Еоловий матеріал у межах вітропіщаного потоку переміщується по-різному. Розрізняють 5 типів переміщення частинок Грунту, що відповідають певним формам дефляції: ефлюкція — пересування сере-дньопилуватих частинок (0,1—0,5 мм) волочінням та стрибкоподібно; екструзія — пересування більш крупних частинок (агрегатів) переко-чуванням за рахунок ударів (бомбардування) дрібними частинками; детрузія — зсування, зісковзування з підвищених мікроділянок (брил, валиків, гребенів); ефляція — пфесування за рахунок підіймання в по-вітря; абразія — руйнування грудочок від ударів більш дрібними час-тинками.

Рельєф. На відміну від водної ерозії, дефляція спостерігається як на схилах, так і на рівних ділянках. Аналізуючи вплив рельєфу на де-фляцію, слід розглядати його макро-, мезо- і мікроформи.

Добре відомий переважанням західних і східних вітрів Армавірсь-кий коридор, в якому потоки повітря досягають величезної швидкості, викликаючи дефляцію. Він має вигляд рівнини, яка простягається між Ставропольською височиною і Донецьким кряжем. Подібні явища спостерігаються і у великих річкових долинах, розташованих між ви-сокими берегами.

У гірських масивах можлива зміна напряму вітрів протягом доби: вдень вітер дме у бік гір, уночі — вниз із гірських схилів. Це явище (гірсько-долинні вітри) також стимулює дефляцію ґрунтів.

Мезорельєф (підвищення від 1—5 до 30—50 м) істотно впливає на дефляцію ґрунтів різних ділянок окремих полів. Він зумовлює більш інтенсивну дефляцію вітроударних схилів, які характеризуються різ-ким збільшенням розвіваючої сили вітрового потоку, і меншу дефля-цію на завітряних схилах, де швидкість і несуча здатність вітру змен-шуються і відбувається відкладання еолового матеріалу.  Особливо

сильна дефлююча дія вітрового потоку на ґрунти виявляється на верх-ніх частинах схилів та вершинах пагорбів і бровках річкових долин.

Вплив рельєфу на повітряний потік підпорядкований законам аеро-динаміки, згідно з якими форми мезо-, мікро-, і нанорельєфу є елемен-тами шорсткості, які справляють гальмівну дію на повітряний потік, тому швидкість вітру біля поверхні ґрунтів нижча, ніж на деякій від-стані від неї.

Зміни швидкості вітру зі збільшенням висоти над кожним елемен-том рельєфу різні. Мікронерівності впливають на повітряний потік на невеликій висоті, тоді як великі перешкоди спричинюють зміни швид-кості великих шарів повітряного потоку.

Мікрорельєф, лісосмуги та інші перешкоди впливають на приземний шар повітряного потоку, посилюючи швидкість вітру і його несучу здат-ність в напрямі вершини схилу і зменшуючи униз по схилу. Це поясню-ється зменшенням діаметру повітряного потоку, що рухається до верхньої частини схилу, і зростанням його під час руху вниз по схилу. Через це на-вітряні схили, особливо їх верхні частини, виявляються сильно дефльова-ними, а завітряні — не порушені дефляційними процесами.

3 цієї ж причини в районах горбисто-улоговинних пісків вітровий по-тік, що піднімає частинки піску з днищ улоговин видування, із дедалі зро-стаючою силою піднімає їх по схилу до вершини пагорбів, а досягнувши її, змінює напрямок на горизонтальний і знову збільшує свій діаметр. Внаслідок цього вітер тут різко втрачає швидкість і несучу здатність та розвантажує піщаний матеріал на вершині пагорба і верхній частині заві-тряного схилу. Цим явищем пояснюється наявність горбисто-улоговин-ного рельєфу, елементи якого не тільки руйнуються, а й безперервно рос-туть. Зі збільшенням швидкості вітру у верхній частині навітряного схилу дефльованість Грунтів зростає від підніжжя пагорба до його вершини, тоді як здатність ґрунтів до водної ерозії в цьому напрямі зменшується. Більш сильна дефльованість вершин мезорельєфу пояснюється також меншою вологістю на них ґрунтів і зрідженістю рослшшого покриву.

Мікрорельєф і нанорельєф, незважаючи на малі розміри їх елемен-тів, істотно впливають на дефляцію ґрунтів. їх дія на дефляцію пов'язана із впливом на швидкість вітру в приземному шарі повітря. Взаємодія їх із повітряним потоком подібна до впливу інших елемен-тів шорсткості поверхні: агрегатів ґрунтової структури, стерні, сходів рослин та ін. Біля поверхні гребенистої ріллі швидкість вітру в 3,5 ра-зи нижча, ніж поблизу прикоткованого ґрунту. Внаслідок зниження швидкості вітрового потоку елементами поверхні ріллі (гребені, мік-роборозни та ін.) дефляція ґрунтів, на яких були проведені спеціальні заходи механічного обробітку, різко зменшується.

Елементи мікрорельєфу чинять опір вітровому потоку, що призво-дить до утворення із завітряної сторони вихорів, які з часом розсію-ються. Внаслідок цього частина кінетичної енергії повітряного потоку

після взаємодії з виступами мікро- і нанорельєфу (гребені, брили, гру-дки) переходить у теплову, частина її витрачається на роботу, пов'язану з відривом і переміщенням частинок ґрунту в мікроборозни між гребенями на зораному полі.

Роль мікро- і нанорельєфу, створюваного полицевими знаряддями (оранкою), в захисті Грунтів від дефляції полягає в осадженні дрібно-зему, що переноситься по полю. Це явище спостерігається, коли шви-дкість повітряного потоку поблизу вершини гребеня ріллі чи іншого виступу лише дещо перевищує критичну силу опору ґрунту дефляції. Коли критична енергія опору ґрунту дефляції лише дещо перевищує критичну силу повітряного потоку, дрібнозем з вершин гребенів ріллі надходить у пониження між ними й осідає там.

У цьому випадку дефляційне перенесення матеріалу з ріллі не від-бувається. За сильного вітру гребені ріллі не можуть протистояти роз-биваючій силі вітру і захистити Грунт від перенесення матеріалу. Дрі-бнозем не осідає між гребенями ріллі, і в разі їх руйнування зноситься з поля, тобто відбувається дефляція ґрунтів.

Водна ерозія і дефляція часто виявляються на одних і тих самих масивах ріллі, особливо на підвищених ділянках — бровках долин, випуклих частинах схилів. Це пояснюється не тільки великою вітро-ударною силою повітряного потоку, який ущільнюється на схилах під-вищень, а й більшою податливістю еродованих Грунтів дефляції. Саме з цим явищем пов'язаний той факт, що незважаючи на велику розмив-ну силу потоку води в нижніх частинах довгих схилів, найбільш еро-

нтах, покритих цілинною рослинністю, дефляції практично не буває. Позитивний вплив рослинності виявляється в тому, що вона знижує швидкість вітру в приземному шарі повітря, очищає повітряний потік від мінеральних частинок і позбавляє їх бомбардувальної енергії, скрі-плює Грунт корінням. Деревна рослинність запобігає дефляції повніс-тю, трав'яниста — різко знижує. Деревні насадження охороняють Грунт від дефляції не тільки на території їх розміщення, а й знижуючи швидкість вітру на деякій відстані від місця росту. 3 урахуванням цьо-го й формуються системи полезахисних лісосмуг.

Захисна дія трав'янистої рослинності поширюється на меншу від-стань, ніж деревних насаджень. Головне полезахисне призначення по-лів із посівами трав полягає в запобіганні дефляції ґрунтів на зайнятій ними території. Чим густіший трав'янистий покрив, чим потужніша коренева система трав і більша їх висота, тим краще трави захищають ґрунт від дефляції.

Властивості ґрунтів. Доведено, що швидкість дефляції грунтів за-лежить від багатьох факторів, пов'язаних із властивостями самих ґру-нтів, і насамперед від тих, які впливають на їх вітростійкість.

Вітростійкість ґрунтів — це властивість, зворотна дефльованості (схильності до дефляції). Вона характеризується критичною швидкіс-тю вітру, за якої починається перенесення ґрунтових частинок, а також кількістю еолового матеріалу, що переноситься у вітропіщаному пото-ці за одиницю часу. Вітростійкість поверхні Грунту визначають за фо-рмулою:

e= 10a-bK-cS,

де Q — еродованість, г за 5 хвилин експозиції; К — грудочкуватість шару 0—5 CM; S — кількість умовної стерні, екз/м2; а,Ь, с — коефіціє-нти регресії, значення яких знаходяться в таких межах: a — 3,2—4; Ь — 0,02—0.04; с — 0,002—0,005.

Вітростійкість ґрунтів пов’язана, передусім, з їх гранулометричним складом і структурним станом, вмістом карбонатів, складом вбирних основ, солонцюватістю. Вітростійкість різних фракцій гранулометри-чного складу є неоднаковою. Підвищення вмісту мулу (частинок роз-міром 0,001—0,0001 мм) збільшує водотривкість агрегатів і вітростій-кість Грунтів, середньо- і крупнопилуваті фракції помітно не впливають на вітростійкість, а пісок (частинки розміром 1—0,05 мм) справляє на неї негативну дію (рис. 16).

 

Рис. 16. Інтенсивність видування грунтів Q різного

гранулометричного складу зал^жно від ширини дефлюючого

поля В: 1 — важка глина; 2 — легкий суглинок;

3 — важкий суглинок; 4 — супісок

У стійкості Грунтів проти дефляції головну роль відіграють грудочку-ватість верхнього (0—5 см) шару, міцність стійких проти видування агре-гатів розміром понад 1 мм і кількість умовної стерні на поверхні. Для бі-

льшості ґрунтів за вмісту у верхньому (0—5 см) шарі грудочок діаметром більш як 1 мм понад 60 % від його сухої маси останні досить стійкі проти видування і сильно дефлюють, якщо їх менше 50 %.

Слід зазначити, що після зяблевого обробітку грудочкуватість верхньо-го шару більшості суглинкових Грунтів становить 60—80 %. Наприкінці зими і навесні під впливом змін погоди (промерзання, відтаювання, зволо-ження, висушування) афегати Грунту швидко руйнуються до дефляційно небезпечних розмірів і грудочкуватість знижується до 30—40 %. За таких умов для запобігання видуванню ґрунту потрібно на кожний відсоток зни-ження грудочкуватості верхнього шару мати додатково 8—10 шт./м2 умов-ної стерні. 3 практичного погляду це має становити не менше як 200 шт./м2, або 0,4—0,5 кг/м2 післяжнивних решток зернових колосових, 0,75— 1,20 кг/м2 соняшнику чи кукурудзи (Пабат І.А., 1992).

Склад увібраних основ також значною мірою впливає на протиеро-зійну стійкість ґрунтів. Ґрунти з вбирним комплексом, який насичений катіонами кальцію, характеризується середньою опірністю вітру. Ґру-нти, вбирний комплекс яких насичений катіонами натрію, мають вели-ку здатність до набухання у вологому стані і до утворення злитої бри-листої структури за наступного висушування. Такі солонцюваті ґрунти більш дефляційно стійкі, проте малостійкі проти водної ерозії.

Уміст легкорозчинних солей у ґрунті зменшує стійкість його проти дефляції. Наприклад, легкорозчинна сіль Na2SO4'10H2O у разі криста-лізації приєднує 10 молекул води. Кристали таких солей різко збіль-шуються в об'ємі і сильно розсувають частинки ґрунту, поверхня яко-го стає розпушеною, податливою до дефляції. Жителям південних районів країни добре відоме явище, коли на місці пухких солончаків утворюються глибокі засолені котловини — шори.

Інтенсивність дефляції залежить і від вмісту вологи у ґрунті. Най-більш інтенсивної дефляції зазнають сухі ґрунти, вологість яких бли-зька до величини максимальної гігроскопічності. У разі збільшення вологості дефльованість Грунтів знижується, а за досягнення Грунтом вологості, що відповідає найменшій (польовій) вологоємності (НВ), дефляція практично припиняється.