Світличний О.О., Чорний С.Г.
Основи ерозієзнавства

Визначення припустимих норм ерозії на підставі емпіричних моделей грунтоутворення

Очевидно, що метою раціонального землекористування на схилових землях є автохтонний тренд грунтоутворення, при якому швидкість утворення гумусового горизонту має бути більшою за швидкість ерозії (Таргулян, 1982). Тільки в цьому сенсі швидкість грунтоутворення (або утворення гумусового шару грунту) є припустимою нормою ерозії.

У той же час визначення швидкостей утворення гумусового горизонту є однією з найбільш складних проблем грунтознавства та ерозієзнавства і, крім певної суб'єктивності в підходах, має ще і суто методичні обмеження. Справа в тому, що для розробки прогнозної моделі розрахунку ПНЕ практично неможливо здійснити прямі спостереження за швидкостями утворення грунту в сучасних виробничих умовах. Це пов'язано як з порівняно невеликими значеннями цієї величини (частки міліметра на рік), так і з принциповою неможливістю точного урахування при таких вимірах сучасних величин ерозії, швидкість якої набагато перевищує темп грунтоутворення.

З огляду на викладене слід вважати, що єдиним способом кількісної оцінки швидкості сучасного грунтоутворення є використання даних за швидкостями утворення гумусового горизонту в природних умовах за голоцен.

Для умов Степу України така швидкість для вододілів (G, мм/рік) дорівнює (Чорний, 1999):

G = λ·(1,3·Q2,1 - НГ), (7.17)

де НГ – вихідна потужність гумусового горизонту, мм;
Q – річні енергетичні витрати на грунтоутворення, ккал/см2 на рік;
λ – параметр, що дорівнює 0,00027.

Рівняння (7.17) отримано диференціюванням залежності потужності гумусового горизонту від часу грунтоутворення за голоцен та енергетичних витрат на грунтоутворення, отриманого на основі узагальнення емпіричних даних Ф.М. Лисецьким (1990).

Річні енергетичні витрати на грунтоутворення можуть бути розраховані за В.Р. Волобуєвим (1974):

Q = R·exp[-18,8·(R0,73/P)], (7.18)

де R – радіаційний баланс, ккал/см2 на рік;
Р – середньорічна сума опадів, мм.

Рівняння (7.17) при відносно постійному впливі кліматичної складової, гранулометричному складі, реакції грунтового розчину, біохімічного складу рослинних залишків тощо, по суті, описує тільки швидкість одного процесу, а саме: швидкість процесу сорбування гумусових частинок поверхнею грунтоутворюючої породи і одночасно розкладання алюмоферосилікатних мінералів. Згодом сумарна поверхня частинок грунтового субстрату зменшується, швидкість процесу добору і закріплення найбільш стійких гумусових речовин – гумінових кислот – згасає, грунт досягає стану квазіклімаксу. За цей період зростає гумусовий шар, потужність якого обмежується інтенсивністю мікробіологічної діяльності і кількістю придатних для гуміфікації рослинних залишків.

Аналогічний процес грунтоутворення відбувається в сучасних еродованих грунтах. Але швидкість утворення гумусового горизонту цих грунтів у сучасних умовах сільськогосподарського виробництва буде відрізнятися від аналогічного процесу в умовах цілини насамперед тим, що її величина буде регулюватися обсягом, і якістю придатних для гуміфікації рослинних решток та (або) органічних добрив. У той же час очевидно, що їх щорічна кількість за ступенем впливу на швидкість утворення гумусового горизонту не повинна бути більшою від еквівалентної кількості середнього багаторічного рослинного опаду в умовах цілини.

Очевидно також, що утворення гумусового горизонту на схилах істотно відрізняється від цього процесу на рівнинних ділянках, описаних рівнянням (7.17). Рельєф є важливим чинником перерозподілу енергії і речовини, який впливає на тепловий і водний режим грунту. Адаптація рівняння (7.17) до схилових умов може бути проведена через зміни величини радіаційного балансу та опадів у формулі (7.18). Такий підхід дозволяє розрахувати швидкість схилового грунтоутворення GC.

При протиерозійному проектуванні необхідно оперувати середньозваженою за довжиною схилу (L, м) величиною GC, а тому остаточний вираз для умов Степу України матиме такий вигляд (Чорний, 1996, 1999):

Річні енергетичні витрати на грунтоутворення (7.19)

де т – кількість сегментів lj на схилі довжиною L, м, Σlj = L;
β – показник, що враховує невідповідність модельованого процесу утворення гумусового шару природному і залежить від середньої багаторічної величини цілинного опаду;
М – середня багаторічна кількість рослинних рештків та (або) органічних добрив у перерахуванні на рослинні рештки з урахуванням їхнього біохімічного складу, що надходять у грунт за контрольований період, т/га.

Рівняння вигляду (7.19) дозволяє враховувати ступінь еродованості грунту і зміну величини надходження рослинних рештків у грунт залежно від еродованості. Воно дає можливість врахування: експозиції, довжини та ухилу конкретного схилу, рівня агротехніки і структури сівозмін, ступеня еродованості грунту.

Цей підхід, таким чином, дозволяє перейти від визначення ПНЕ на рівні грунтового типу або підтипу до визначення індивідуальної ПНЕ для кожного конкретного схилу або агроландшафту.

У той же час для практичного використання рівняння (7.19) повинні бути розраховані нормативні величини для типових ситуацій. У якості останніх доцільно використовувати три рівні агротехніки – високий, середній і низький (через урожайність сільськогосподарських культур) і два варіанти сівозмін – польовий і кормовий (грунтозахисний).

Усереднені результати розрахунків при щільності грунту в 1,2 г/см3 наведені в табл. 7.4.

У таблиці прийняті рівні врожайності

  • по озимій пшениці:
    • високий > 5 т/га,
    • середній 2-5 т/га,
    • низький < 2 т/га;
  • по кукурудзі (зерно) відповідно:
    • > 6 т/га,
    • 3-6 т/га,
    • < 3 т/га,
  • по гороху (зерно), відповідно:
    • > 4 т/га,
    • 2-4 т/га,
    • < 2 т/га,
  • по багаторічних травах (зелена маса), відповідно:
    • > 30 т/га,
    • 10-30 т/га,
    • < 10 т/га.
Таблиця 7.4. Припустимі норми ерозії для грунтів Степу України (т/га/рік) (чисельник – північна експозиція; знаменник – південна експозиція)
ГрунтиСтупінь еродованості **Польові сівозміниКормові (грунтозахисні) сівозміни
Рівень агротехніки *Рівень агротехніки *
123123
Чорноземи звичайні 1 0,1/0,1 0,1/0,1 0,1/0,1 0,1/0,1 0,1/0,1 0,1/0,1
2 0,3/0,2 0,3/0,2 0,1/0,1 0,4/0,3 0,3/0,2 0,2/0,1
3 1,1/0,9 0,7/0,6 0,2/0,1 1,2/0,9 0,9/0,8 0,4/0,3
4 1,6/1,4 1,1/1,0 0,2/0,2 1,7/1,5 1,4/1,3 0,4/0,4
Чорноземи південні 1 0,2/0,2 0,2/0,2 0,1/0,1 0,2/0,2 0,2/0,2 0,1/0,1
2 0,6/0,3 0,5/0,3 0,1/0,1 0,7/0,3 0,5/0,3 0,2/0,1
3 1,1/0,8 0,8/0,6 0,2/0,1 1,2/0,8 1,0/0,7 0,3/0,2
4 1,7/1,4 1,2/1,1 0,1/0,1 1,8/1,5 1,4/1,2 0,4/0,4
Темно-каштанові 1 0,2/0,2 0,2/0,2 0,1/0,1 0,2/0,2 0,2/0,2 0,1/0,1
2 1,0/0,6 0,8/0,5 0,2/0,2 1,1/0,6 0,9/0,5 0,4/0,2
3 1,2/0,9 0,9/0,8 0,3/0,2 1,3/0,9 1,1/0,8 0,4/0,3
4 1,6/1,3 1,2/1,1 0,2/0,2 1,7/1,3 1,4/1,2 0,4/0,3

* Рівень агротехніки:
1 – високий,
2 – середній,
3 – низький.

** Ступінь еродованості:
1 – незмиті,
2 – слабкозмиті,
3 – середньозмиті,
4 – сильнозмиті.

Для перших двох рівнів агротехніки в розрахунок бралися середні багаторічні величини гною – 7 і 4 т на гектар сівозмінної площі. Враховувалося також зниження врожайності сільськогосподарських культур на змитих грунтах. Розрахунки проведені по сівозмінах, які рекомендуються для Степу України.

Дані табл. 7.4 показують, що швидкість утворення гумусового горизонту за інших рівних умов зростає разом із збільшенням еродованості грунтів, що збігається з результатами досліджень темпів грунтоутворення інших авторів (Иенни, 1948; Роде, 1984; Лисецкий, 1990, 2000 та ін.). Значний вплив на швидкість утворення гумусового горизонту (а отже, на ПНЕ) має рівень агротехніки і тип сівозмін. Збільшення кількості органічної речовини також стимулює зростання швидкості утворення гумусового шару еродованих грунтів.

Факт зміни темпів утворення гумусового шару еродованих грунтів залежно від кількості органічної речовини, що надходять у грунт, має важливе значення.для вирішення проблем протиерозійної облаштованості схилових агроландшафтів. Це дає можливість регулювання співвідношення «ерозія – утворення гумусового горизонту (ПНЕ)» не тільки шляхом упровадження протиерозійних заходів, але й шляхом стимуляції темпів грунтоутворення, внесення в грунт високих норм органічних добрив і надходження рослинних рештків, кількість яких залежить від рівня врожайності.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом