Ерозія і дефляція грунтів
ЕРОЗІЯ І ДЕФЛЯЦІЯ ПОЧВ
Фактори водної ерозії. Ерозія грунтів залежить від крутизни, довжини, форми і експозиції схилу. Зі збільшенням крутизни схилу змив грунту збільшується, проте інтенсивність його залежить від різноманітного поєднання чинників (опадів, типу грунту, агротехніки). Схил крутіше Г прийнято вважати ерозійно небезпечним.
Великий вплив на прояв ерозії надає довжина схилу. Чим довша схил, тим більше обсяг поверхневого стоку, швидкість течії і шар води. Змив грунту при наростанні довжини схилу різко посилюється при інтенсивних опадах. Але якщо опади випадають малим шаром і грунт має високу інфільтрацією, то поверхневий стік і ерозія можуть не збільшитися.
Інтенсивність водної ерозії грунтів залежить від форми схилу і профілю. Профілі схилу в поздовжньому і поперечному напрямках бувають прямі, опуклі і увігнуті.
Характер впливу поздовжніх і поперечних профілів на стік води і змив грунту різний. На поздовжньо-прямих схилах ерозія посилюється приблизно від їх середини до основи. На поздовжньо-випуклих схилах ерозія більше проявляється в нижній частині, де найбільша крутизна. На поздовжньо-увігнутих схилах ерозія сильніше виражена у верхній, більш крутій частині. Донизу вона зменшується, і навіть відбувається акумуляція змитою грунту.
Поперечні профілі схилів визначають типи водозборів: прямі, що збирають і розсіюють стік води. Їх відносна ерозійна небезпека наближено прийнята такою: поперечно-прямий профіль схилу - 1; поперечно-опуклий (розсіює водозбір) - 0,8; поперечно-увігнутий (збирає водозбір) - 1,2.
Важливим фактором ерозії є експозиція схилів. Її вплив на ерозію проявляється опосередковано в зв'язку з відмінностями мікроклімату території.
Прийнято виділяти позитивні (опуклі) і негативні (увігнуті) елементи рельєфу. Мережа увігнутих елементів рельєфу, за якими відбувається стік поверхневих вод, називають
гідрографічної. Розрізняють древні і сучасні ланки гідрографічної мережі. До древнім відносять улоговини, балки, балки, долини, до сучасних - промоїни і яри.
Улоговина - це лінійна форма рельєфу стародавнього ерозійного походження з пологими схилами і невираженими бровками. Зазвичай включається в сільськогосподарське використання. Улоговина, рівномірно заглиблюючись і розширюючись, переростає в балку.
Лощина має чітко виражену дно, більш високі і круті береги, включає кілька водозборів балок. Вниз по схилу лощина розширюється, поглиблюється і впадає в балку.
Балка - лінійна форма рельєфу стародавнього ерозійного походження з вираженими бровками і широким днищем. Схили зазвичай задерновані і покриті рослинністю. Поступово розширюючись і заглиблюючись, балка впадає в долину річки. Промоїни і яри тісно взаємопов'язані і входять в мережу гідрографії.
Водна ерозія викликається поверхневим стоком, тому найважливішими чинниками, що визначають ерозійну небезпеку земель, є дощові опади, а також режим снегоотложе-ня і сніготанення.
Зливовий стік ерозійно небезпечний, коли при інтенсивних і тривалих зливах грунт не поглинає воду. До зливовим відносяться опади з інтенсивністю більше 0,05 мм / хв. Чим інтенсивніше зливи, тим сильніше виражені процеси ерозії. Посилення ерозії при інтенсивних зливах пов'язано також зі збільшенням розміру крапель дощу, які швидше руйнують грудочки грунту і, ущільнюючи її, знижують всмоктування.
Показником прояву і розвитку зливової ерозії є 30-хвилинна інтенсивність дощу, так як вона тісно пов'язана з реальною тривалістю періоду «добігання» стоку до підошви схилу.
Ерозія грунтів, викликана струмом талих вод, залежить від величини снегозапасов, глибини промерзання і дефіциту вологозапасів в грунті.
Глибина промерзання «сухий» (вологість менше польовий вла-гоемкості) грунту завжди більше, ніж «вологої», при цьому «суха» грунт має кращу вологовбиранням.
Основним фактором протиерозійної стійкості ґрунтів є їх водопроникність.
Для визначення протиерозійної стійкості ґрунтів використовують розмиває швидкість, швидкість розмиву грунту струменем води, кількість змитою грунту, віднесеної до шару опадів або стоку.
Орні горизонти будь-яких грунтів без рослинності при щільності 1,2 г / см3 мають низьку протиерозійну стійкість (розмиває швидкість 0,1 м / с). Розмивають швидкості зональних грунтів бореального поясу знаходяться в діапазоні 0,14-0,19 м / с (Кузнецов, 1981).
Протиерозійна стійкість грунтів залежить від їх фізичних властивостей і змінюється разом з останніми під впливом погодних, біотичних і антропогенних факторов.Так, після багаторазового промерзання і отгаіванія розмиває швидкість зменшується в 1,3 рази в порівнянні з грунтом в початковому стані. Ще більший вплив робить вологість грунту; розмиває швидкість грунтів в повітряно-сухому стані в 1,5-3 рази менше, ніж при повному насиченні водою.
Протиерозійна стійкість, яка визначається кількістю змитою грунту, також виявляє тісну залежність від стану ґрунту. Так, глибистой поверхню значно підвищує протиерозійну стійкість. При збільшенні щільності в шарі грунту 0-10 см з 0,99 до 1,40 г / см3 змив збільшується в 5-6 разів за рахунок зниження водопроникності.
Встановлено порівняльна стійкість до змиву різних грунтів. Наприклад, за ступенем зниження протиерозійної стійкості чорноземи утворюють наступний ряд: типові, вилужені, опідзолені, звичайні, карбонатні, південні.
Здатність грунту протистояти змиву і розмиву в великій мірі залежить від фізико-хімічних, водно-фізичних властивостей, гранулометричного складу. З фізико-хімічних властивостей найважливішими є склад поглинаючогокомплексу і гумусний стан грунтів. Встановлено, що чим більше гумусу в грунті і краще його якість, тим вище її водопроникність.
Отже, поповнення грунту органічною речовиною - одне з найважливіших умов захисту грунтів від ерозії.
Фактори вітрової ерозії. Вітрова ерозія (дефляція) залежить від швидкості, напрямки і повторюваності вітру, кількості опадів, температури і вологості повітря, стійкості ґрунтів і рельєфу. Вона частіше спостерігається днем, що визначається добовими змінами швидкості вітру. Грунти найбільш податливі видування в зимовий і весняний періоди, коли вітри мають високу швидкість, а поверхня ґрунту розпушена і недостатньо покрита рослинністю. Розрізняють зимові, ранньо-, поздневесенніе, літні та осінні пилові бурі
Зимові бурі можуть проявлятися переважно в лісостеповій та степовій зонах при швидкості вітру більше 17 м / с, ранньовесняні - поширені на чорноземних і темно-каштанових грунтах. Літні та осінні пилові бурі відбуваються в основному на каштанових грунтах при швидкості вітру до 10 м / с.
Швидкість вітру, при якій починається рух фракцій грунту, називають порогової. З великим навантаженням гранулометричного складу грунтів порогова швидкість зростає. Так, на висоті 0- 15 см вона становить для темно-каштанової супесчаной грунту 3 4 м / с, темно-каштанової легкосуглинистой - 5, а для чорнозему карбонатного тяжелосуглинистого - 5,5-7 м / с.
Вологість і температура повітря побічно впливають на Дефла-цію. Висока температура і низька вологість повітря сприяють інтенсивному випаровуванню вологи з ґрунту і посилюють тим самим руйнівний вплив вітру на грунт.
Важливим фактором вітрової ерозії є розмір ґрунтових частинок. Вітрова ерозія починається з переміщення частинок грунту діаметром 0,1-0,5 мм. Б'ючись об грунт під кутом 6-12 °, ці частинки піднімають в повітря частинки діаметром менше 0,1 мм, які вітром переносяться на значні відстані. Частинки діаметром понад 0,5 мм пересуваються перекочування. При швидкості вітру більше 40 м / с можливе пересування частинок діаметром до 1 мм в підвішеному стані. Прийнято вважати, що частинки грунту діаметром менше 1 мм ерозійно небезпечні, більше 1 мм - вітростійкі, грунтозахисні.
Стійкість грунту проти вітрової ерозії оцінюють по грудкуваті поверхні, т. Е. За наявністю грудочок більше 1 мм в шарі грунту 0-5 см, вираженого у відсотках Воздушносухой маси. При змісті менш 50% грудочок грунту більше 1 мм настає процес видування. Поріг стійкості грунту до вітрової ерозії (якщо на поверхні немає пожнивних залишків) знаходиться в межах 50-55%. Тому дуже важливо, щоб грунтообробні та посівні машини не розпорошували грунт.
Якщо в процесі обробки зруйновано 2% грунтозахисних грудочок, то їх потрібно відшкодувати 20 стернінкамі на 1 м2. Встановлено, що стерня в горизонтальному положенні більш ефективно знижує швидкість вітру і гальмує перекочування грунтових фракцій, ніж при вертикальному стані.
Розміри водної та вітрової ерозії залежать від виду культури, її розвитку та густоти стояння рослин. Рослини поділяють на добре-, середньо- і слабозашіщающіе грунт від ерозії. До першої групи належать багаторічні трави, до другої - зернові та однорічні трави, до третьої - просапні і технічні, кормові та овочеві культури, плодові насадження і виноградники.
Для зменшення інтенсивності водної та вітрової ерозії перспективно обробіток просапних культур з проміжними: підсівних, пожнивними і озимими. Якщо підсівне і пожнивні ярі культури через нестачу вологи в другій половині літа часто найменш надійно захищають грунт, то озимі жито і ріпак вирішують цю задачу в різних природно-клімат-чеських умовах.
Застосування однорічних озимих культур має велике почвозащитное значення. При кількості опадів більше 400 мм проміжні озимі культури розміщують у сівозмінах перед пізніми: кукурудзою, сорго, суданської травою, просом, які обробляють поукосних. Перевагою проміжних озимих культур є також їх здатність давати ранній зелений
корм. Стійкість грунту до змиву і видування залежить від наявності на ній рослинності і пожнивних залишків.
Вітрова ерозія проявляється в будь-яких умовах рельєфу. Але найбільша загибель посівів від пилових бур спостерігається на височинах і прилеглих до них територіях.
Антропогенні чинники ерозії. Розвиток і поширення прискореної водної та вітрової ерозії пов'язано з порушенням природної рівноваги між кліматом, грунтом і рослинністю. Порушення цієї рівноваги відбувається внаслідок знищення рослинності, розорювання земель, надмірного випасу худоби. До розвитку землеробства в усіх природних зонах головну грунтозахисну роль грала трав'яниста рослинність. Для сучасних систем землеробства характерно невелика кількість фонів, зміна яких викликається введенням сівозміни, чергуванням культур, обробітком ґрунту, розвитком фаз рослин.
В даний час для більшості регіонів країни типово поширення антропогенних комплексів: лісова смуга - поле. Однак при цій системі не виключаються умови прояву водної (вітрової) ерозії.
Посиленню процесів водної ерозії і дефляції сприяє погіршення структури грунту, викликане багаторазовими механічними обробками і збільшенням маси техніки на великих просторах.
Протиерозійна ефективність культурних рослин значно гірше, ніж природної рослинності, через рідкісного травостою і щорічного відчуження під час прибирання всієї біомаси (табл. 70).
70. Показники стійкості агротехнічних фонів до ерозії і дефляції
(По Лопирьова, Рябову)
Травостій, особливо на пасовищах, поріжу, перетравлен в результаті нерегульованого випасання худоби, має малу проективним покриттям, що призводить до змивання і значною Еродій-вання грунту, посилення ерозійних процесів. Цьому сприяє і не адекватна особливостям рельєфу протиерозійна організація території. Розташування лісових смуг, доріг вздовж схилів викликає лавиноподібний стік і змив грунту, а також прояв дефляції.
Збиток від ерозії. Продуктивність еродованих грунтів тісно пов'язана з розподілом родючості грунтів за профілем. Особливо різко знижується продуктивність підзолистих, дерново-підзолистих, коричневих і подзолисто-желтоземних грунтів, родючість яких визначається в основному продуктивної здатністю акумулятивних горизонтів. Врожайність зернових культур на грунті з горизонту 20-40 см становить 28-46% рівня врожайності орного горизонту. Чорноземи південні та каштанові грунти відрізняються більш високою родючістю горизонту 20-40 см - 78%. Сірі лісові грунти, чорноземи звичайні розрізняються за ступенем родючості орного і підорного шарів.
Урожайність сільськогосподарських культур знижується на слабосмитих грунтах в середньому на 10-20%, на среднесмитие - на 30-40, на сільносмитие - на 50-60% в порівнянні з урожайністю на повнопрофільних грунтах. На дефлірованних грунтах різного ступеня деградації величина зниження врожайності на 10-25% менше. Сільськогосподарські культури по-різному реагують на зниження ґрунтової родючості в результаті ерозійних процесів. В результаті ерозії втрачається величезна кількість води, погіршується її якість. Навесні в лісостеповій, степовій зоні через ерозійних процесів з ріллі йде до 28,1 км води, що порівнянно з річним стоком води в р. Дон (29,1 км на рік). Це резерви вологи, які необхідно використовувати в землеробстві, тим більше що саме брак вологи в названих зонах лімітує отримання високих і стабільних врожаїв сільськогосподарських культур. У ЦЧЗ яри і примикають до них прибалкові і межовражние ділянки виводять з інтенсивного використання приблизно 500 тис. Га родючих земель. В окремі роки відчуження сільськогосподарських угідь за рахунок зростання ярів становить від 2 до 9 тис. Га.
Близько 30% грунту, змивається з ріллі і виноситься з ярів, надходить безпосередньо в річкову мережу. За рахунок цього відбуваються обміління середніх і відмирання малих річок і струмків, загасання джерел. У басейні Верхнього Дону скорочення сумарної протяжності річок становить 0,2% на рік, а на Середньому Дону 0,4-0,45%. Підраховано, що великі яри поблизу Полтаваа викидають в Волгу до 5 млн м3 землі в рік. Більшість струмків і малих річок, глибина яких менше 1 м, повністю замулились або істотно обміліли, а їх заплави перейшли в стадію заболочування.
Протиерозійні заходи. У зв'язку зі шкодою, яка заподіюється ерозією, необхідно провести систему заходів, за допомогою яких можна запобігти або звести до мінімуму ерозійні процеси. Найбільший успіх забезпечує освоєння не окремих грунтозахисних прийомів, а протиерозійного комплексу. Протиерозійний комплекс включає систему організаційних, агротехнічних, фітомеліоративної і гідротехнічних заходів.
Агротехнічні заходи - системи обробки ґрунтів, заміна традиційної відвальної основного обробітку на систему диференційованої обробки грунту з урахуванням біологічних особливостей вирощуваних культур, їх попередників, погодних і грунтових умов.
Нова система обробки передбачає поєднання (чергування) в сівозміні відвальної, плоскорезной і поверхневої обробок, застосування протиерозійних прийомів: щелеваніе, грунтопоглиблення, формування мікрорельєфу, посів кулісних рослин, регулювання сніговідкладень і сніготанення, поліпшення водно-фізичних властивостей ґрунтів і в першу чергу водопроникності, їх протиерозійної стійкості.
Фітомеліоративні заходи - проведення корінного і поверхневого поліпшення природних сіножатей і пасовищ та яружно-балкових земель шляхом виполажіванія ярів і засіву їх травосмесями багаторічних бобових і злакових трав; пристрій і залуження водотоків для відведення води від вершини ярів; посадка полезахисних 2-3-рядних лісових смуг, посилених в протиерозійних щодо канавами, і т. д.
Гідротехнічні заходи - влаштування на ріллі системи водовідвідних і водозатримуючих валів, валів з широкою основою, валів-терас, водотоків, водойм і т. П.
Основа протіводефляціонних заходів - створення перешкод на шляху повітряного потоку і запобігання крошения грунтових агрегатів на частки менше 1 мм. Тому в систему протіводефляціонних заходів входять: 1) збереження на поверхні грунту протягом усього року рослин або їх залишків (стерня, мульча і т. Д.), В зв'язку з цим обробка грунту в районах прояву вітрової ерозії повинна бути безвідвальної; 2) полосное розміщення культур суцільного посіву з просапними культурами і чорним паром, при цьому довгі сторони смуг повинні бути розташовані поперек напрямку ерозійно небезпечних вітрів; 3) вирощування куліс з високостеблових культур; 4) со-будівля системи лісових полезахисних смуг; 5) прийоми поліпшення агрофізичних властивостей ґрунтів, в першу чергу структури (обробіток багаторічних трав, внесення органічних добрив, щадна обробка, застосування штучних структуро-просвітників і т. Д.).