ТРАНСФОРМАЦІЯ ЯКОСТІ ЗЕМЕЛЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ПРИЗНАЧЕННЯ ПІД ВПЛИВОМ ДЕГРАДАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ

Вплив ерозії на стан сільськогосподарських угідь та прогноз їх якості

Критерії і показники оцінки ерозійних процесів

Водна ерозія

Кількісна оцінка водної ерозії передбачає дві системи критеріїв:

• 1) за фактичною еродованістю грунтового покриву;
• 2) за потенційною небезпекою ерозії при певному рівні імовірності дії факторів ерозії (світовий досвід організації протиерозійного захисту вказує на те, що достатнім є розрахунок на 10%-ву забезпеченість).

Карти прояву і небезпеки ерозії та дефляції грунтів виконані на замовлення Держкомзему України колективом науковців ННЦ "ІГА ім. О.Н. Соколовського" НААН України за методикою і науковим керівництвом академіка С.Ю. Булигіна (2001) (рис. 1-10 додатків до розділу 4).

Кількісна інформація щодо фактичної еродованості має статус офіційної. Вперше системні дані щодо еродованості грунтів України одержані після крупномасштабного грунтового обстеження в 1957- 1961 роках. На підставі цих матеріалів колектив науковців під керівництвом професора К.Л. Холупяка опрацював карту еродованості грунтів України. Після створення Державного Комітету по земельним ресурсам відомості про еродованість ґрунтів в офіційних звітах подавалися цією установою. Тобто одержати такі дані можна без істотних ускладнень, але при їх використанні необхідно мати на увазі, що ця інформація може не завжди бути об'єктивною. Еродовані ґрунти північних схилів можуть діагностуватися як повнопрофільні, а короткопрофільні нееродовані грунти південних схилів як еродовані. Такі грубі помилки витікають з методики діагностики ступеня еродованості схилових грунтів шляхом порівняння їх потужності з гілакорним аналогом (контролем), яка застосовувалася при крупномасштабному грунтовому картографуванні і при проведенні ґрунтових коригувань. Тому, не дивлячись на офіційний характер даних щодо еродованості грунтів, вони не можуть вважатися цілком достовірними. Вимоги до об'єктивності інформації щодо еродованості грунтового покриву для цілей безпосереднього проектування протиерозійного упорядкування певної території значно підвищуються.

Необхідно мати коректні дані щодо фактичного розвитку ерозії на конкретній території. Застосування методики визначення ступеня еродованості грунтів, про яку вище йшла мова, просто не допустимо. Цілком імовірна подвійна помилка: будуть захищатися нееродовані малорозвинені низькопродуктивні грунти, а найбільш цінні, вже фактично в значній мірі еродовані грунти, будуть ще більш інтенсивно використовуватися без достатнього протиерозійного захисту. Тому необхідна принципово нова методика обстеження території, яку передбачається протиерозійно упорядковувати. Ця робота повинна виконуватися на передпроектній стадії. Певні перспективи надає застосування методики, яка базується на визначенні теоретичного розрахункового аналога (контролю) нееродованого ґрунту для будь-якої точки в ландшафті (Булигін С.Ю., 2005). Кількісними параметрами, які залучені до моделі, є експозиція (азимут), ухил (градуси), гранулометричний склад (вміст фізичної глини, %), материнська порода (вміст неагрегованих елементарних грунтових часток або ефективна поверхня, г/м2).

Математична статистика, яка є основним робочим засобом, дозволяє визначити діапазон вірогідності розбіжностей між фактичною потужністю ґрунту та її розрахунковим значенням. Якщо розбіжності виходять за межі цього діапазону, є підстави для висновку про наявність у грунті еродованості чи намивання. При цьому чітко визначається шар, що ерозійно втрачений чи делювіально намитий.

Помилки щодо еродованості грунтів зменшуються у , разі використання показників середньорічних втрат грунту, які визначаються методом порівняльною аналізу ґрунтових карт території, одержаних за певний проміжок часу. Тому показники ерозійних втрат ґрунту є більш коректними для діагностування ступеня еродованості ґрунтів, якщо початок сільськогосподарського використання певної території і перша ґрунтова карта збігаються у часі. Показники середньорічних ерозійних втрат ґрунту можуть бути обчислені на підставі математичної моделі ерозії, але вони будуть мати меншу точність. Довготермінові гідрологічні спостереження в умовах стаціонарних водобалансових станцій, обліки водозбірного стоку і польові експедиційні тимчасові заміри дозволили досить ретельно визначити імовірні рівні поверхневого стоку. Для європейської частини колишнього Радянського Союзу опрацьована серія відповідних карт.

Найбільш доцільно використовувати значення потенційного поверхневого стоку (ПС) 10%-вого рівня імовірності перевищення діагностичного стоку над розрахунковим. Значення ПС має самостійну інформаційну цінність і використовується для обчислення показника прояву ерозії грунтів (ППЕГ). який характеризує виконану роботу поверхневого стоку. Коефіцієнт еродованості ґрунтового покриву обчислюється як середньозважена величина для кожного ґрунту на підставі коефіцієнтів:

• – нееродований – 1;
• – слабоеродований – 1,2;
• – середньоеродований – 1,4;
• – сильноеродований – 1,6.

Вони вказують на відповідне зниження родючост і у порівнянні з повнопрофільним ґрунтом. Коефіцієнт еродованості разом з даними розподілу еродованих ґрунтів за градаціями ступеня еродованості можна використати як важливі якісні характеристики грунтового покриву.

Таким чином, інформація щодо фактичної еродованості грунтів с необхідною, але не достатньою умовою ні для наукового обгрунтування стратегії охорони ґрунтів від ерозії (розробити Генерального плану протиерозійних заходів, Національної програми охорони грунтів і взагалі інвестиційної ґрунтоохоронної політики), ні для конструювання протиерозійного захисту на певній території. Така інформація може бути прийнята лише у якості однієї осі системи координат алгоритму протиерозійного захисту.

Друга вісь – це кількісна оцінка потенційної ерозійної небезпеки. Така оцінка можлива за наявності характеристик природних факторів ерозії. Теоретичною підставою обчислення потенційної ерозійної небезпеки є припущення про те, що єдиною причиною сучасної ерозії є діяльність людини, а природні фактори ерозії (обставини) – лише її передумови. Норматив прояву ерозії повинен дорівнювати швидкості грунтоутворювального процесу. Тобто, є якийсь максимум, вище якого ерозійні втрати в конкретній точці простору і часі бути не можуть. Достатнім рівнем прийнято вважати, як вже згадувалось, 10%-ву забезпеченість. В такому випадку розрахункове значення потенційного річного змиву грунту 10%-ої забезпеченості є необхідним показником потенційної небезпеки ерозії. Проте на грунтах різної вихідної потужності профілю однакові ерозійні втрати грунту приведуть до різних наслідків.

Тому кількісний показник ерозійної небезпеки повинен враховувати цей суттєвий аспект. В такому контексті досить інформативним показником щодо потенційної ерозійної небезпеки є індекс збереження грунтів (ІЗГ), який визначається із співвідношення потужності (маси) гумусового горизонту (Н, т/га) і імовірних ерозійних втрат (змив грунту 10%-вої забезпеченості, т/га). Він показує, за скільки років можливо втратити гумусовий горизонт (Н), якщо в середньому кожного року буде ерозія на рівні 10%-ої забезпеченості.

Індекс збереження грунтів – кількісний показник ерозійної небезпеки. Для його розрахунку необхідно, по-перше, . мати математичну верифіковану модель ерозії, а по-друге, усі параметри цієї моделі, що характеризують природні фактори ерозії на рівні як мінімум 10%-вої забезпеченості.

Для розрахунку показника небезпеки ерозії можливо запропонувати різні підходи. Усі вони базуються на оцінці рівня антропогенного втручання в природні ландшафти. Показниками щодо антропогенного навантаження можуть бути розораність території, співвідношення ерозійно небезпечних (рілля, сади тощо) і сталих (сінокоси, культурні пасовища, цілина, ліс, тощо) агрофонів щодо еродування грунтів. Передбачається бальна оцінка небезпеки ерозії для кожного показника. Таким чином, в перелік критеріїв оцінки проявлення і небезпеки водної ерозії увійшли:

• а) Оцінка потенційної ерозійної небезпеки:
  • 1) Індекс збереження ґрунтів (ІЗГ) як кількість років, потрібних для змиву грунту, визначається із відношення маси гумусового горизонту (Н) до маси імовірних ерозійних втрат грунту 10 %-вої забезпеченості (обидва показника в тоннах на гектар).
  • 2) Оцінка ерозійної небезпеки за непрямими показниками (розораність території і інші, наведені в табл. 4.3.).
• б) Оцінка фактичного стану:
  • 1) Інтенсивність фактичних середньорічних втрат грунту, т/га.
  • 2) Фактична еродованість, що має місце на певній території у розрізі основних категорій земельних ресурсів, %.
  • 3) Шар потенційного поверхневого рідкого стоку (ПС), мм за рік.
  • 4) Коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН), який розраховується як співвідношення фактичних середньорічних втрат ґрунту до ймовірних ерозійних втрат грунту 10 %-вої забезпеченості.

Нормування параметрів водно-ерозійної небезпеки здійснюється за такими показниками:

• 1) Норма еродованості n=0,1Н, де Н – потужність (маса) верхнього гумусового горизонту повнопрофільного грунту, мм або т/га (табл. 4.1), відповідно до обраних одиниць виміру отримуємо норматив змиву або шару ґрунту (мм) або загальної кількості ґрунту (т/га);
• 2) Коефіцієнт зниження родючості еродованих грунтів, або коефіцієнт еродованості грунтового покриву (Кегп). Відносно повнопрофільного ґрунту він складає: для слабоеродованих ґрунтів – 1,2, середньоеродованих – 1,4, сильноеродованих – 1,6. Для конкретної території Кег„ визначається як середньозважена величина. Наприклад, якщо на конкретній території 70 % ґрунтів нееродовані, 20% – слабоеродовані і 10% середньоеродовані, К = (70×1 + 20×1,2 + 10×1,4): 100 – 1,08 (табл. 4.1);
• 3) Об'єм потенційного рідкого стоку (ПС), мм (табл. 4. 1);
• 4) Коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН). Градація значень КРЕН має сім класів (додатки до розділу 4 (4-Г));
• 5) Індекс збереження ґрунтів (ІЗГ), роки (табл. 4.2);

Таблиця 4.1

Нормативи водно-ерозійних процесів

6) Група непрямих показників. Оцінка ерозійної небезпеки на підставі непрямих показників проводиться шляхом ранжування фактичних даних за критеріями, наведеними в табл. 4.3 та виведення для конкретної території сумарного бала ерозійної небезпеки.

Таблиця 4.2

Класифікація ерозійної небезпеки

Таблиця 4.3

Нормативи для непрямої оцінки ерозійної небезпеки

Фактична еродованість грунтового покриву може бути в достатній мірі представлена показниками ступеня еродованості і значенням ерозійно втраченого шару грунту чи середньорічним модулем змиву.

Градація середньозваженого ерозійного зменшення потужності грунтового профілю (dН), запропонована С.Ю. Булигіним (2005), на підставі аналізу фактичних ерозійних втрат грунту, що відбулися в Україні за 30 років (1961-1990), за своєю суттю відповідає шкалі інтенсивності ерозійних втрат, яка була опрацьована МК. Шикулою зі співавторами (2001) (Рис. 1. додатків до розділу 4 (4-Г)):

• 1 клас – ерозія відсутня (втрати за 30 років становлять 0-0,8 см, тобто < 0,26 мм/рік);
• 2 клас – слабке проявлення ерозії (втрати 0,8-2,4 см , тобто 0,26- 0,8 мм/рік);
• 3 клас – середнє проявлення ерозії (втрати 2,4-4,0 см , тобто 0,8- 1,3 мм/рік);
• 4 клас – сильне проявлення ерозії (втрати 4-6 см ,; тобто 1,3- 2,0 мм/рік);
• 5 клас – катастрофічна ерозійна втрата грунтового покриву (втрати за ЗО років перевищують 6 см, тобто > 2,0 мм/рік).

Перший клас dH виділяє райони, де середньорічна ерозійна втрата грунту не перевищувала швидкості грунтоутворення. Тобто грунти на цих територіях, за період 1961- 1990 pp. не знизили своєї потужності. Якщо пригадати, що термін "ерозія" в перекладі з латинської мови означає роз'їдання, а термін "нормальна ерозія", на думку С.Ю. Булигіна, не має достатніх підстав на існування, можна констатувати відсутність ерозійних процесів у грунтах цієї території (0,8:30=0,26 мм або 2,6 т/га максимум ерозійних втрат грунту).

Аналіз еродованості грунтів показує відсутність процесів еродування фунтів за 1961-1990 pp. в Українському Поліссі і Сухому Степу, слабкий прояв ерозії в Південному Степу, в Полтавській області і ще на деяких територіях.

Слабкий прояв ерозії в Полтавській області, на думку С.Ю. Булигіна (2005), не залежить від безплужної системи обробітку, що; широко тут застосовувалась протягом 70-х і першої половини 80-х років XX століття. Середньосуглинковий гранулометричний склад чорноземів, що обумовлює їх високу водопроникність, і відповідно, достатнє ґрунтове поглинання атмосферних опадів на фоні значної ерозійної стійкості цих грунтів і "спокійного" ерозійнобезпечного рельєфу – це основні природні фактори-передумови низької активності ерозійних процесів у Полтавській області.

Вищезазначене підтверджує значення dH в Лохвицькому і Решетилівському районах цієї області, де воно відповідно за ЗО років дорівнювало 3,8 і 3,2 см. У той же час, як тільки рельєф стає помітнішим, ерозійні втрати грунту збільшуються. Тобто безполицева система обробітку грунту сама по собі не може захистити Грунт від ерозії. В умовах "безкрайніх" полів сама тільки агротехніка не може захистити ґрунт від ерозії, особливо, коли рекомендується напівпаровий обробіток, як це було при широкомасштабному полтавському експерименті. Це була дійсно безплужна система обробітку, але не протиерозійна. Вона була притаманна більшій частині території Полтавської області, тут її можна широко використовувати і агроекономічні показники це підтверджують. На жаль, ці роботи були зупинені;

Але досвід полтавського експерименту не можна бездумно копіювати на іншій території. Найбільшу стурбованість викликає швидкість еродування грунтів, які відносяться до п'ятого класу. Це район Донбасу і смуга вздовж межі Лісостепу з Північним Степом. Крім того, це також Малий Лісостеп і ще деякі окремі райони. На підставі розгляду dH можна впевнено констатувати, що вся сільськогосподарська територія з катастрофічним проявленням ерозії експлуатувалася буквально по-варварському. Почалося це з хрущовських експериментів по розширенню посівів кукурудзи без будь-якого протиерозійного захисту. Потім була кампанія з так званого укрупнення полів (в окремих районах розмір одного поля перевищував 600 га). До того ж полезахисні лісосмуги, які створено згідно Постанови 1948 року, були розташовані переважно упоперек південних і південно-східних суховіїв, як правило, вздовж схилу, чи ще гірше, під кутом до горизонталей близько до 45-50°, а тому призвели до катастрофічних ерозійних втрат. Така орієнтація лісосмуг, коли довга сторона полів розташовувалась вздовж схилу, викликала такий же напрямок основного обробітку і посівів просапних культур і, як наслідок, значну ерозію грунту.

Відомо, що модуль змиву ґрунту функціонально пов'язаний із ступенем еродованості. Справа тільки у вихідній (до початку еродування) потужності профілю грунту. Найбільші площі еродованої ріллі знаходяться в східних областях України (65-85%); найменш еродована рілля – в Поліссі. Цей показник дає загальну інформацію щодо еродованості ріллі, але не дає уявлення щодо диференціації еродованості за ступенем її прояву. Таке істотне доповнення дає коефіцієнт еродованості земель. Він відображає якісну оцінку стану грунтового покриву стосовно інтенсивності проявлення ерозії. Порівняння коефіцієнта еродованості з показниками dH дозволяє виявити між ними тісний зв'язок. Це означає, що, по-перше, підтверджується давно відоме правило, що по мірі посилення ступеня еродованості зростає і річний модуль змиву, тобто прискорюються процеси ерозії; по-друге, має місце і зворотній зв'язок, тобто "спалах" ерозійних процесів, який почався в 60-ті роки минулого століття вже обумовлює подальше істотне зниження потужності профілю.

Для визначення змісту ґрунтоохоронної політики дані про небезпеку ерозії навіть більш важливі, ніж показники її фактичного прояву. Класифікація індексу збереження грунтів (ІЗГ), за значенням якого оцінюється ерозійна небезпека, протилежна попереднім показникам. Перший клас (<50 років) означає катастрофічну небезпеку ерозії. Останній клас (>300 років) вказує на відсутність ерозійної небезпеки. Виходячи з цих даних є підстави вважати, що гіпотеза про можливість формування верхнього гумусового горизонту Н за 1000 років має під собою надійне наукове обґрунтування. Тому запропоновано спрощений метод визначення допустимих ерозійних втрат грунту, які дорівнюють 0,1%Н, тобто 1/1000 частина. Метод знайшов підтвердження після аналізу публікацій (Ф.М. Лісецький, С.Г. Чорний), що присвячені цій проблемі. Відомо, що для Європейської частини колишнього СРСР коефіцієнт переходу з величини змиву 10%-вої забезпеченості до медіанних його значень (тобто середньорічних) дорівнює 3-4 (В.П. Герасименко). Таким чином, легко обчислюється величина ІЗГ, яка дорівнює 300 років. Тобто, при значенні ІЗГ>300 ерозійна небезпека, яка визначається природними факторами ерозії, відсутня (імовірність ерозійного зниження потужності профілю грунтів наближається до нуля). Перший клас ІЗГ (<50 років) показує на можливість втрати горизонту Н на очах одного покоління.

На підставі районування території країни за ІЗГ можна констатувати, що Правобережний і Західний Лісостеп характеризуються високою (найбільшою) ерозійною небезпекою. Співставлення цього районування з районуванням за попередніми показниками виявляє на значній території України розбіжності між фактичною еродованістю та її потенційною небезпекою. Особливо це стосується Північного Степу. Тому вважаємо, що головним аргументом для формування грунтоохоронної політики і стратегії протиерозійного захисту є оцінка саме небезпеки прояву ерозії. Підтвердженням цього можуть бути як мінімум два положення.

По-перше, планування грунтоохоронних заходів на підставі даних фактичної еродованості веде до боротьби з наслідками, а не до усунення причин ерозійного руйнування грунтів.

По-друге, виникають досить обгрунтовані сумніви відносно коректності методики визначення еродованості грунтів, яка покладена в основу відповідної офіційної інформації. Можна вважати, що однією з першочергових задач моніторингу земельних ресурсів є визначення дійсного їх стану щодо еродованості.

Достовірним показником, який дає кількісне уявлення про співвідношення фактичних і потенційних ерозійних втрат, що обумовлені природними факторами, є коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН). Градація значень КРЕН має сім класів. На територіях, які віднесені до шостого та сьомого класів, фактичні ерозійні втрати грунту за останні 30 років перевищили потенційні. Це означає, що тут господарська діяльність виступає не тільки причиною ерозії, а є домінуючим її фактором. Значення КРЕН може використовуватися для кількісної оцінки системи землеробства. В районах, де ця величина перевищує 1, необхідна докорінна зміна систем землеробства і взагалі землекористування. Найбільш загрозливий стан склався в Донбасі і в 100-300 кілометровій смузі, що розташована на межі Лісостепу зі Степом.

Для непрямої оцінки стану земельних ресурсів стосовно водно- ерозійних процесів фахівцям для розрахунків необхідна інформація про частку ріллі на ухилах 0-2° (%), еродованість ріллі на ухилах 0-2° (%), середньозважену довжину схилу (м) та сільськогосподарську освоєність території (%).

Таким чином, є підстави для формування узагальнюючого висновку про стан земельних ресурсів щодо водно-ерозійних процесів відповідно до обраних критеріїв і нормативів. Треба розрізняти поняття фактичного проявлення еродованості (еродування грунтів) та поняття небезпеки ерозії.

Перше поняття використовується для виявлення регіонів, які перебувають у кризовому, стані і де необхідно терміново впроваджувати відповідні "реанімаційні" заходи щодо врятування Грунтів і ландшафтів в цілому, Це, насамперед – регіони Донбасу, Малого Лісостепу, досить істотна смуга, яка розташована близько межі Лісостепової і Степової зон. В цих районах має місце значне зниження родючості грунтового покриву і високі середньорічні ерозійні втрати грунту. Тут треба радикально змінювати систему землеробства шляхом його максимальної екологізації.

Друге поняття (кількісна оцінка ерозійної небезпеки), як вже відмічалось, – база для формування протиерозійної стратегії заходів і відповідної інвестиційної політики. Чим вище небезпека, тим більш надійним повинен бути протиерозійний захист. Перш за все, заходів постійної дії і відповідних капітальних витрат потребують землі Вінницької, Тернопільської, Хмельницької областей. Причому протиерозійний захист в регіонах, де має місце катастрофічна небезпека ерозії, повинен бути розрахований на захист грунтів від змиву 10%-вої забезпеченості. Слід підкреслити, що особливо тут (як і на всій орній землі) вкрай необхідне створення мережі моніторингових спостережень за ерозійними процесами та їх факторами.

Роберт Хортон вважає, що процес водної ерозії можна розділити на три групи елементарних процесів:

1) зміщення або відрив матеріалу і переведення його у рухливий

стан;

• 2) транспортування матеріалу в рідинному потоці;
• 3) відкладення перенесеного матеріалу.

Кожен з елементарних процесів відрізняється факторами, які мають сильну динамічність у часі і варіабельність у просторі, чим визначаються більш ніж скромні успіхи в математичному моделюванні ерозії ґрунтів. Г.І. Швебс слушно відмічає, що водна ерозія ґрунтів є складним процесом взаємодії водних потоків і грунту, який визначається характером стоку, його транспортуючими можливостями, що пов'язане з водністю, морфологічними умовами поверхні і властивостями підґрунтя.

Інтенсивні дослідження ерозії американськими науковцями дозволили їм окреслити загальну схему ерозійного процесу. Руйнування ґрунту водою починається, головним чином, завдяки процесам удару краплі і надходження матеріалу в струмки поверхневого стоку. Струмкові ґрунтові втрати у точці схилу можна описати системою балансу між кількістю відірваних часток ґрунту і каламутністю потоку, яка лімітується здатністю потоку транспортувати дрібнозем.

Роботи цілої низки вчених колишнього СРСР внесли значний вклад у розкриття механізму ерозійних процесів. До них слід віднести таких грандів науки, як В.Б. Гуссак, Ц.Є. Мірцхулава, М.С. Кузнецов, ГЛ. Швебс, Х.Л. Холуп'як, М.Н. Заславський, МЛ. Маккавеев, Т.О. Ларіонов, Г.В. Байраков, В.П. Герасименко. Але, починаючи з кінця 80-х років XX століття, у справі вивчення механізму ерозії почали домінувати американські науковці, які опрацювали концепцію розподілу на струмкові і міжструмкові ерозійні області, що є конструктивним, хоча і дещо сумнівним, підходом до математичного моделювання ерозії. В оригінальному описі області схилу диференціюються на зони з домінуючим площинним мілким потоком і відповідно прямого впливу дощових крапель та зони з маленьких "каналів", де концентруються потоки, які мають назву струмків. Такий підхід надає істотні переваги для моделювання, дослідження процесів ерозії і математичної обробки. Але він базується на точному визначенні розподілу домінуючих процесів. Насправді ж вони перекриваються. Глибина потоку може більш вірно описана через показники частотного розподілу глибини потоку. При цьому процес має тенденцію до формування струмкових або міжструмкових зон в залежності від глибини потоку. Але не дивлячись на це, вихідна концепція струмкових-міжструмкових зон, які є джерелом седиментів, на сьогодні є базовою у сучасних дослідженнях ерозії і опрацюванні моделей імітації ерозійних процесів. Струмочки розглядаються як основні елементи інфраструктури транспортування седиментів вздовж схилу. Глибина потоку в струмках вважається відносно великою (порядку сантиметрів) у порівнянні з глибиною широких площинних потоків (порядку міліметрів). Руйнування грунту в струмках здійснюється, головним чином, за рахунок розмиву, тоді як основний механізм руйнування у міжструмковій області обумовлений енергією крапель дощу. Міжструмкові області розглядаються як головний постачальник седиментів в струмкові області.

Для випадку незмінних умов з використанням струмкової- міжструмкової концепції ерозії рівняння формування седиментів може мати такий вигляд:

(4.1)

де:

G – кількість седиментів на одиницю потоку, кг/м2;

– величина струмкової ерозії на одиницю площі струмкової мережі, кг/м ,

– надходження седиментів з міжструмкової області в струмок (як і для струмкової ерозії, на одиницю площі струмкової області), кг/м2.

На базі означеної концепції розроблена модель ерозії WEPP (Water Erosion Prediction Project), в якій дане рівняння застосовується для струмків, які гідравлічно описані як невеличкі краплі прямокутної форми. Foster (1982) отримав функцію струмкового руйнування на підставі даних Meyer та інших (1975). Ця залежність була отримана в результаті обробки даних по струмковій ерозії (а не за точковими даними) і на основі припущення про рівномірний ухил. Рівняння функцій використовується в моделі WEPP для розрахунку руйнування струмками:

(4.2) де:

– параметр струмкової еродованості, кг/с; r – тиск зсуву, н/м2;

– значення критичного тиску зсуву, н/м .

Залежність величини міжструмкової ерозії (, кг/м2×с) від ефективної інтенсивності дощу (/. мм/год.) описується рівнянням:

(4.3) де:

– емпіричний коефіцієнт міжструмкової ерозійної

стійкості;

І – інтенсивність дощу, мм/год; р – коефіцієнт регресії;

– фактор ухилу, який розраховується за рівнянням, яке використовується в моделі WEPP: .

Швидкість руйнування грунту водним потоком є функцією кількості седиментів в потоці. Цей найважливіший аспект потрібно враховувати в рівнянні балансу седиментів. В кожній точці простору і часу водний потік має певну кількість енергії. Енергія потоку витрачається як на руйнування грунту, так і на транспортування седиментів. Два екстремальних випадки ілюструють вплив навантаження седиментів в потоці на потенційну швидкість руйнування грунту:

• а) чистий водний потік: G/Tc=0;
• б) кількість седиментів досягає транспортуючої (Тс) здатності потоку: G/Tc=l.

У випадку руху потоку чистої води по відкритій поверхні грунту уся можлива енергія може бути витрачена на руйнування грунту, тобто швидкість руйнування грунту буде максимальною. Ця енергія має назву ємності руйнування (Drc). Другим екстремумом є випадок, коли ємність руйнування потоку досягає насичення і вся його енергія витрачається на транспортування седиментів, які вже знаходяться у потоці. При цьому неможливе подальше руйнування грунту і, відповідно, швидкість руйнування Dr=0. В інтервалі між цими двома екстремумами D, змінюється від 0 до Drc. Означене описується рівнянням, яке являє собою зворотну залежність між швидкістю струмкового руйнування і використовується в моделі WEPP: Dr=Drc×(l-G/TC).

Модель ерозії WEPP є теоретичною і, на думку С.Ю. Булигіна, найбільш досконалою, але практичне її використання ще не можливе через відсутність розробок щодо її адаптації і верифікації в умовах України. Безперечно, без математичної моделі ерозії говорити про інженерне створення грунтоохоронного агроландшафту неможливо.

Ерозіознавцями колишнього СРСР напрацьована достатня кількість математичних, логіко-математичних і фізичних моделей, які можна використовувати для прогнозування інтенсивності ерозії грунту. Вони досить докладно представлені в монографіях Г.Л. Швебса і Г.О. Ларіонова. З цих моделей ерозії, враховуючи сучасний рівень вивченості природи і механізмів ерозійних процесів, з метою одержання кількісних характеристик ефективності протиерозійного упорядкування агроландшафтів найбільш доцільним буде застосування гідромеханічної моделі ерозії Ц.Е. Мірцхулави. Але ця модель у тому вигляді, в якому представив її автор, має також певні істотні недоліки, які в достатній мірі можна усунути введенням в її зміст і алгоритм деяких модифікацій, запропонованих академіком С.Ю. Булигіним. їх необхідність, насамперед, обумовлена тим, що прогнозування (а розрахунок конструкції протиерозійного захисту агроландшафтів – це теж саме, що прогнозування ерозії при різних рівнях напруженості протиерозійних заходів з урахуванням певної імовірності проявлення її факторів) не є спробою передбачити дрібниці майбутнього. При прогнозуванні необхідно виходити з діалектичної детермінації явищ майбутнього, з того, що необхідність проторує собі шлях через випадковість, і тому до явищ майбутнього потрібен тільки імовірнісний підхід з урахуванням широкого набору можливих варіантів. Тільки при такому підході прогнозування може бути ефективно використано для вибору найбільш бажаного оптимального варіанту при обгрунтуванні мети, програми проекту, рішення взагалі.

Перевага гідромеханічної моделі ерозії полягає в тому, що вона досить повно відбиває фізичну суть ерозійних процесів і, у порівнянні з іншими вітчизняними моделями, найбільш адекватно враховує вплив грунтового фактору на інтенсивність ерозії, тому що виходячи з функціонального завдання протиерозійного захисту, грунт, як фактор ерозії, повинен вважатися центральною ланкою в його конструкції.

Основні питання, що мають бути вирішені на базі гідромеханічної моделі для прогнозу ерозії:

• – величини параметрів, які обумовлюють початок ерозії, особливо придонну швидкість, за якої відриваються грунтові частки-агрегати;
• – інтенсивність ерозії;
• – кількість грунту, яка змита за певний термін;
• – прогнозування поясу відсутності і інтенсивної ерозії на схилі.

При вирішенні цих питань можна не враховувати цілу низку другорядних факторів і можливі деякі припущення:

• – грунти на певній ділянці схилу мають однакові властивості, оброблені за єдиною технологією, що обумовлює однорідність рослинності і нанорельєфу, постійність гідрологічних і кліматичних факторів як на всьому схилі, так і у часі; інфільтраційна здатність не змінюється і дорівнює середньому значенню на розрахунковій ділянці і в певному інтервалі часу;
• - на певну територію випадає рівномірна кількість опадів; інтенсивність опадів приймається постійною, яка дорівнює середньому значенню за розрахунковий термін;
• – на схилах, що не мають рослинності і довжина яких перевищує 10 м, переміщення вниз по схилу грунтових часток і агрегатів у процесі "розбризкування" під ударною дією крапель (у якості агента переносу) можна не враховувати;
• – при прогнозуванні змиву грунту на період сніготанення розрахунок проводиться на шар стоку з імовірністю перебільшення Р=10% і максимальну інтенсивність за годину з імовірністю перебільшення Р=1%, які можна визначати за спеціальними гідрологічними картами (це дозволить не ускладнювати розрахунки введенням коефіцієнтів, які враховують промерзання, вологість і інфільтраційну здатність грунту, через те, що розрахунок ведеться на ситуацію, яка наближається до екстремально небезпечної);
• – ухил певної ділянки постійний і дорівнює середньому;
• – кінетична енергія дощових крапель повністю витрачається на відрив грунтових часток і агрегатів від маси ґрунту, тобто на руйнування зчеплення між агрегатами; вплив енергії крапель на турбулентність водного потоку побічно враховується коефіцієнтами, які входять до рівняння донної розмиваючої швидкості в гідромеханічній моделі ерозії; коефіцієнт стоку в достатній мірі характеризує інші впливи дощових крапель на поверхню ґрунту без рослинності чи її решток (ущільнення, замулення шпарин та інші).

Прогноз твердих втрат () пропонується виконувати за формулою гідромеханічної моделі ерозії (за С.Ю. Булигіним, 2005):

(4.4)

де:

– щільність складення твердої фази грунту, т/м;

– середня частота пульсаційної швидкості, сек1. Вона може бути визначена за числом Струхалс:

(4.5) де:

V – середня швидкість схилового стоку;

Н – глибина потоку.

За відсутності спеціальних досліджень її () можна прийняти такою, що дорівнює 10 сек-1;

d – середній діаметр агрегатів (часток, що відриваються), м; σ – коефіцієнт стоку;

І – середня інтенсивність опадів, м/сек. Шар опадів (злива) і термін їх випадання повинні відповідати величинам з певною імовірністю перебільшення;

і -ухил поверхні (tgα);

- коефіцієнт, який враховує відхилення характеру руху рівного шару води за Костиковым. Для вирівняного прямого схилу, який обробляється за горизонталякт т1=1, вздовж схилу – , при істотній струмковій мережі на схилі – . та у випадку обробітку схилу повздовж – ;

– коефіцієнт шорсткості, який визначається за формулою:

(4.6)

де:

– середньозважений діаметр водостійких агрегатів, м;

– довжина ділянки активної ерозії повздовж лінії стоку, яка

дорівнює довжині схилу, м;

– допустима (нерозмиваюча) швидкість на висоті виступів шорсткості (Л), м/сек;

Т – термін випадання еродуючої частки опадів, сек.

Допустима (нерозмиваюча) швидкість () визначається через розмиваючу швидкість (), як величину, що має фізичний сенс:

(4.7)

Розмиваюча швидкість визначається за формулою М.С. Кузнецова:

(4.8) де:

– шпаруватість структурних агрегатів (для чорноземів 32- 48%);

– кут ухилу схилу, град.;

– щільність води;

– щільність твердої фази грунту;

g= 9,81 м/сек2.

Розрахунки за гідромеханічною моделлю ерозії реалізовані фахівцями ННЦ "Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім.

О.Н. Соколовського" у вигляді прикладної комп'ютерної програми з необхідними базами даних, які дозволять прогнозувати ерозію на території України. Алгоритм розрахунків більш детально представлений в методичних вказівках "Прогноз эрозии почв для целей проектирования почвозащитно устроенных агроландшафтов в Лесостепи и северной Степи Левобережной Украины".

Фізичне моделювання ерозійних процесів і спостереження за ними у відповідних природних умовах дозволяє зробити кількісні судження щодо адекватності математичних моделей реальним процесам та навпаки. Такий шлях сприяє поглибленому дослідженню природи ерозійних процесів. При цьому, в деякій мірі, виконується один з фундаментальних принципів пошуку істини в природознавстві – принцип додатковості, який сформульований і обгрунтований генієм 20-го століття Нільсом Бором. Тому цей момент, безумовно, не можна оминути, коли мова йде про математичні моделі ерозії, які повинні виконувати роль розрахункового інструменту проектування протиерозійного упорядкування агроландшафтів як інженерного процесу.

Гідромеханічну модель ерозії фактично можна вважати теоретичною, бо вона може бути описана інтегральною залежністю відношення швидкості потоку води по поверхні грунту до критичної розмиваючої швидкості. Але певна перевірка її на адекватність і проведення процедури верифікації необхідні. Для цього був виконаний комплекс робіт по вимірюванню інтенсивності ерозії методом стічних майданчиків, натурних замірів рівчаків за С.С. Соболевим"! Як приклад наводяться результати серії активних експериментів з використанням симуляторів зливової ерозії і фізичного імітаційного моделювання ерозії від водного потоку без урахування кінетичної енергії дощових крапель. В табл. 4.4 наведені результати фізичного моделювання зливової ерозії дощувальною установкою, яка виготовлена фахівцями ННЦ "Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського" і працює на принципі закиду цівки води на висоту більше 7 метрів з наступним вільним падінням крапель, що дозволяє одержати модельний дощ, спектр і енергія крапель якого наближаються до природних. Моделювання зливової ерозії виконувалось в полі чорного пару з попереднім визначенням усіх параметрів, які входять до гідромеханічної моделі ерозії.

Таблиця 4.4

Порівняння прогнозних даних змиву чорнозему звичайного малогумусного слабоеродованого важкосуглинкового (gX2T) з результатами фізичного моделювання ерозії (середнє з 3-х повторень)^[1]

У подальших дослідженнях використовувався імітатор зливової ерозії "Ера-2", який дозволяє створювати зливи, що за основними параметрами (плювіографічні характеристики, крупність, спектр, швидкість і енергія крапель) наближаються до природних. Крупність крапель визначалася методом забарвленого фільтрувального паперу, швидкість падіння крапель – методом лазерної зйомки в НВО "Радуга". Створювалась злива 10%-ої забезпеченості для Лівобережного Лісостепу з ерозійно небезпечним шаром 56 мм і середньою інтенсивністю 1,4 мм/хв. Максимальна інтенсивність зливи дорівнювала 4 мм/хв.

Моделювання зливової ерозії виконувалося в полі чорного пару за тиждень після сильної природної зливи шаром 71 мм і середньої інтенсивності 1 мм/хв. Розбіжності між варіантами досліду по змиву грунту при моделюванні були неістотними і знаходились у межах похибки. В середньому змив грунту дорівнював 7 т/га. Прогнозний змив на базі гідромеханічної моделі ерозії для різних варіантів також істотно не відрізнявся. В середньому він дорівнював 3,5 т/га.

Розбіжності між фактичними і розрахунковими даними обумовлені впливом потужної кірки, що була сформована природною зливою. Тому зразки грунту для визначення необхідно було брати саме з неї, а не із шару 0-20 см, як це було зроблено. Окремі результати фізичного моделювання ерозії імітатором "Ера-2" на різних агрофонах наведені в таблиці 4.5.

Таблиця 4.5

Порівняння прогнозних даних змиву грунту з даними, що отримані при фізичному моделюванні (середнє з 4-х)^[2]

При моделюванні ерозії методом напуску води краплями дощу без енергії середній фактичний змив дорівнював 2,54 т/га грунту. Прогнозні величини змиву наведені в таблиці 4.6. Істотних розбіжностей також немає.

Таблиця 4.6

Значення прогнозного змиву грунту від водного потоку

Дані про фактичний змив є базовими для процедури верифікації математичних моделей ерозії, а останні, в свою чергу, дозволяють більш точно інтерпретувати перші. Це судження можна прокоментувати на прикладі аналізу результатів обліку ерозійних втрат грунту, що отримані методом стокових майданчиків. За даними С.Ю. Булигіна (2001) у 1977 році в умовах стаціонарного польового досліду на схилі 3-5°ПС експозиції (грунт – чорнозем звичайний малогумусний слабоеродований) був зафіксований стік повеневих вод на рівні 10%-ої забезпеченості для Лівобережного Північного Степу. На контрольному варіанті (полицева оранка) в полі чорного пару він дорівнював 35,2 мм; інтенсивність сніготанення – 4 мм на годину. Сніготанення почалося в результаті швидкого наростання позитивних температур з одночасним випаданням дощу. Довжина стокового майданчика (Х2) дорівнювала 250 метрів. Значення d – 0,001 м. Зафіксований фактичний змив у розмірі 5,1 т/га. Прогнозне (розрахункове) значення змиву грунту склало 7,6 т/га. У 1988 році ці значення відповідно склали 1,2 і 4,8 т/га. На перший погляд прогнозні значення змиву істотно завищують результати: у першому випадку в 1,5, а в другому – в 4 рази. Але спостереження за умовами проходження стоку свідчать, що значна його частина пройшла по льодяній кірці. Особливо це стосується 1988 року, коли денна тепла сонячна погода змінювалася приморозками вночі. Тому не можна говорити про істотні розбіжності між розрахунковими і фізичними значеннями змиву грунту – значення Першого; вказують на потенційну величину останнього. Спроба формалізації усіх умов сніготанення призведе до того, що теоретична модель ерозії перетвориться в емпіричну. Без сумнівів, для кількісного обгрунтування протиерозійного упорядкування агроландшафту важливіше знати мінімальну величину змиву, ніж враховувати усі можливі умови сніготанення.

Через це, є підстави стверджувати, що модифікована гідромеханічна модель, яка базується на певному рівні вивченості природи ерозійних процесів, з теоретичного боку достатньо опрацьована для того, щоб на її основі проводити кількісну оцінку ерозійної небезпеки при різних рівнях протиерозійного захисту.

На сьогодні існує значний пласт фактичної інформації про розвиток ерозії на землях України, який умовно можна розподілити на три частини. Перша частина – це інформація про фактичну еродованість. В певній мірі ці дані носять офіційний характер і використовуються в багатьох Нормативних актах. Як приклад Можна навести дані з вищезгаданих методичних рекомендацій (табл. 4.7).

Таблиця 4.7

Поширення еродованих земель на схилах різної крутизни (% від загальної площі схилів) і втрати грунту на них т/га

Як видно з таблиці 4.7, схили крутизною понад 3 градуси еродовані більше як на 80%, а змив грунту становить понад 10 т/га. Така кількість грунту не може бути компенсована шляхом грунтоутворювального процесу. Дослідження Інституту механізації та електрифікації сільського господарства показали, що проведення Обробітку грунту їй схилах понад 3 градуси призводить до збільшення витрат пального на 30-40%. Але саме ця інформація викликає найбільші сумніви. Πό-перше, вона складена на підставі довгострокового грунтового обстеження 57-61-х років XX століття, дані якого не відображають сучасний стан грунтів. По-друге, виникають досить обгрунтовані сумніви відносно адекватності методики визначення ступеня еродованості. По-третє, планування протиерозійних заходів на підставі цих даних – це боротьба з наслідками. Загальновідомо, що профілактика завжди ефективніша за лікування.

Друга частина – це інформація про фактори ерозії (природні і господарчо обумовлені): параметри опадів, вітру, рельєфу, залісненість тощо. Цей потік інформації досить важко систематизувати і аналізувати для виявлення найбільш важливих факторів, що визначають небезпеку ерозії і ступінь її реалізації. Підсумком цієї роботи мають бути певні логіко-статистичні моделі, які можуть використовуватись як розрахункова база для формування стратегічних напрямків захисту грунтів від ерозії з обгрунтуванням відповідної інвестиційної політики і ґрунтоохоронного законодавства. Як ї в будь-якій комплексній проблемі є доречним опрацювання декількох сценаріїв системних заходів, які визначаються вимогами до надійності протиерозійного захисту, фондо- і ресурсоозброєності, терміну окупності витрат тощо.

Третя частина – це логіко-статистичні "бізнесові ігри", які проводяться за певними правилами. Головне з них – не можна поширювати дію моделей за межі зони, для якої вони були опрацьовані. Це робить легітимним лише метод інтерполяції. Екстраполяція тут не припустима. Звідси висновок: на підставі статистичних залежностей можна розробляти стратегію (генеральні схеми) і тактику (регіональні програми) захисту грунтового покриву від ерозії, але не можна розробляти проекти протиерозійного упорядкування конкретних територій земної поверхні. Останнє можливе за наявності математичних моделей, які мають фізичний сенс і досить задовільно відображають природу та закономірності ерозійних процесів. Стохастичний характер ерозійних процесів вимагає виконання умови – протиерозійний захист грунтів повинен відповідати певному рівню надійності, імовірності безвідмовної роботи. Тому процес проектування доцільно проводити на підставі прогнозних моделей, які дозволяють кількісно враховувати потенційну небезпеку ерозії. Ступінь небезпеки ерозії визначає рівень надійності протиерозійного захисту, що можна виразити через систему концептуально-функціональних моделей агроландшафтів, в які входить загальна схема (алгоритм) розрахунків, перелік програмних і технічних заходів для безпосереднього забезпечення процесу проектування агроландшафтів.

З урахуванням викладених положень колективом лабораторії охорони грунтів від ерозії ННЦ "Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського" під науково-методичним керівництвом академіка С.Ю. Булигіна розроблені база даних і комплект (атлас) комп'ютерних карт і картосхем: дані щодо змиву грунту 10%-ої забезпеченості, індексу збереження грунтів (ІЗГ), фактичного зменшення потужності гумусного профілю і коефіцієнту реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН) (додатки до розділу 4 (4-Г)).

Для кількісної оцінки раціонального використання земельних ресурсів України використаний факторний аналіз на підставі прикладного програмного пакету "Statgrafics". У якості залежних змінних (функцій) визначені: еродованість ріллі (Y1,%), ерозійні фактичні втрати шару грунту за 1965-1995 роки (Y2,%), КРЕН (Y3,%). Одиницею вимірювань і розрахунків визначений адміністративний район з геофізичними координатами районного центру. У якості незалежних змінних (аргументів) було прийнято більш як 30 показників, які характеризують природні і господарські аспекти ерозійних процесів. Факторний аналіз дозволив визначити:

(4.9)

коефіцієнт детермінації : похибка .

де:

– еродованість ріллі на схилах крутизною 0-2°, %;

– середньозважене значення крутизни орних земель, град.;

– частка ріллі, що розташована на схилах до 2°, %;

– середньозважена довжина лінії стоку, м;

– тоща полезахисних лісосмуг, га;

– зерновий клин, %;

– тоща сінокосів і пасовищ, га.

Це рівняння дозволяє розглянути декілька сценаріїв "бізнесових ігор", тобто варіанти значень Y1 при зміні факторів Х1-Х7. Але доцільно, насамперед, розглянути деякі псевдопротиріччя, які, на перший погляд, мають місце. Наприклад, збільшення площі полезахисних смуг веде до збільшення площі еродованих орних земель. Реально це значить, що сучасна лісосмуга зроблена з істотними помилками (розміщення уздовж схилу тощо), які визначають грубі порушення в технологічному процесі. Вище йшла мова про надзвичайно високу розораність території України – всі землі, що можна було проїхати трактором, практично розорані. А це автоматично вивело малопродуктивні і технологічно збиткові земельні "залишки" під сінокоси і пасовища, що розкриває причини позитивної залежності еродованості ріллі від площі природних кормових угідь. Мала і має місце ще одна особливість технологічного процесу використання орних земель. Практично в усіх регіональних програмах з систем землеробства рекомендується впровадження безполицевих технологій під зернові колосові після просапних культур, а під останні – після культур суцільного посіву (ті ж зернові колосові) рекомендується проводити відвальну оранку. Тут закладена подвійна помилка: здається, що впроваджуються протиерозійні технології, а протиерозійний ефект скоріш від'ємний, бо коли є достатня кількість пожнивних решток, вони заорюються, а коли їх майже немає (при розбитому в пил верхньому шарі грунту) – проводиться безполицевий обробіток.

Перший сиенарій базується тільки на зміні землеустрою господарства. Наприклад, припустимо, що вся рілля розташована тільки на схилах до 2°, тобто Х3=Т00%, Х1=1°. Підставляємо ці значення аргументів в залежність Y1 і зразу значно зменшується еродованість ріллі.

Другий сценарій. Окрім дій за першим сценарієм планується зменшення довжини лінії стоку за рахунок будівництва гідротехнічних споруд, докорінної зміни системи полезахисних смуг, раціонального використання земель, що виводяться з обробітку.

Третій сиенатй передбачає повнооб'ємне стратегічне планування захисту грунтів від ерозії, що вимагає, крім виконання перших двох сценаріїв радикальної зміни технологічного блоку агроландшафтів.

Виконання кожного сценарію пов'язане з певними витратами, які можна легко прорахувати (у тому числі і терміни окупності витрат).

Інші рівняння (Y2 і Υ3) дозволяють зробити істотні доповнення до означених сценаріїв:

(4.10)

коефіцієнт детермінації ; похибка ;

де:

– середньозважений ухил ріллі, град.;

– еродованість ріллі на схилах крутизною 0-2°, %;

– частка ріллі, що розташована на схилах до 2°, %;

– площа полезахисних лісосмуг, га;

– середньозважене значення діаметру водотривких агрегатів і часток, мм;

– довжина лінії стоку, м;

– середньозважена потужність гумусового горизонту грунтів Н, см.

Так, необхідно всіляко підвищувати водостійкість структурних грунтових агрегатів, що можливо лише за умови позитивного балансу гумусу в грунті.

(4.11)

коефіцієнт детермінації ; похибка ;

де:

– еродованість ріллі на схилах крутизною 0-2°, %;

– середньозважений ухил ріллі, град.;

– імовірний змив грунту 10%-ої забезпеченості, т/га;

– середньозважена потужність гумусового горизонту грунтів Н, см;

– сучасні енейрогенетичні коливання землі на території України;

– розораність території, %.

Таким чином, маємо три віхи "ділового простору" для опрацювання шляхів конструювання протиерозійного захисту грунтового покриву України, але починати необхідно з різкого скорочення розораності території. Ґрунтозахисно облаштовані агроландшафти при інтенсивному прояві водної ерозії будуються за принципом створення на всій території системи робочих ділянок, полів сівозмін, напрямок яких підпорядкований контурності. Тобто межі довгих сторін робочих ділянок повинні проходити близько до напряму горизонталей місцевості і розділятись між собою найпростішими гідротехнічними спорудами – наорними валами – терасами, валами – канавами, суміщеними з вузькими 1-3-рядними лісовими смугами на всіх елементах рельєфу. При цьому лісосмуги виконують дві функції. Вони є каркасом всієї системи, що визначає напрям обробітку фунту, посіву і збирання сільськогосподарських культур на ділянках. В той же час лісосмуги виконують і меліоративну функцію (створення покращеного мікроклімату, вплив на фунтовий покрив і підвищення урожайності культур).

Для правильної оцінки змін і спрямованого регулювання антропогенних впливів на лісо-аграрні ландшафти необхідне систематичне спостереження за ними, організована служба моніторингу. Відсутність останнього приводить до незворотних процесів деградації грунтового покриву і ландшафту. Природно, що найбільш доцільним є своєчасне запобігання розвитку несприятливих змін в фунтовому покриві, а не відновлення уже зруйнованих фунтів і ландшафтів.

Ґрунтово-ерозійне районування території України за ступенем небезпеки водної ерозії (за значенням індексу збереження грунтів) передбачає розподіл зони Полісся на три агрогрунтові провінції. Західне Полісся в цілому характеризується фактичною відсутністю небезпеки водної ерозії (ІЗГ>300 років) (район І ПЗ). Винятком є територія так званого Малого Полісся, де має місце помітна ерозійна небезпека (100<ІЗГ<200) (2 ПЗ). У правобережному Поліссі також визначені два Грунтово-ерозійних райони: Коростенсько-Овруцький, де має місце помітна ерозійна небезпека – З ПП і решта території Правобережного Полісся (200<ІЗГ<300) зі слабкою ерозійною небезпекою – 4 ПП. Аналогічна ситуація відмічається у Лівобережному Поліссі, – виділяється район, що примикає до Новгород-Сіверського лесового острову (5 ГІЛ), який має помітну ерозійну небезпеку, і решта території (6 ПЛ), де спостерігається слабка ерозійна небезпека. Таким чином, українське Полісся в цілому характеризується слабкою ерозійною небезпекою або її відсутністю. Винятком є території з вираженим рельєфом, де грунти утворилися на лесах. Всього в Поліссі визначено 6 грунтово-ерозійних районів у відповідності з агрогрунтовим районуванням.

Ґрунтово-кліматична зона Лісостепу також розподіляється на три агрогрунтові провінції. Західний Лісостеп характеризується дуже сильною і сильною ерозійною небезпекою – 7 ЛЗ. Такий же рівень ерозійної небезпеки має місце і в Вінницькій області та в лісостеповій частині території Одеської області – 8 ЛП. В Правобережному Лісостепу слід виділити Канівський район – 9 ЛГІ, який характеризується дуже сильною ерозійною небезпекою. Лівобережний Лісостеп характеризується і помітною ерозійною небезпекою – 11 ЛЛ. Винятком є Глухівський район, де має місце дуже сильна ерозійна небезпека (50<ІЗГ< 100) – 12 ЛЛ.

Ґрунтово-кліматична зона Степу розподіляється на три підзони: Північну, Південну і Суху. Північний Степ, в свою чергу, розподіляється на п'ять агрогрунтових провінцій: правобережну, лівобережну, південно-західну, задонецьку і донецьку. Південно-західна провінція характеризується сильною ерозійною небезпекою – 13 СПнПдЗ. Правобережний північний Степ в цілому має помітну небезпеку – 14 СПнП. Винятком є степова частина Кіровоградської області, де має місце слабка ерозійна небезпека – 15 СПнП і Новобучський ерозійний район, де відмічається дуже сильна ерозійна небезпека – 16 СПнП. У лівобережному Степу необхідно виділити степову частину Харківської області, яка має слабку ерозійну небезпеку – 17 СПнЛ. До цього району відноситься частина Дніпропетровської області – 18 СПнЛ. Крім того, необхідно виділити Михайлівський ерозійний район, який має сильну ерозійну небезпеку – 19 СПнЛ. Задонецька агрогрунтова провінція має два ерозійні райони: Бєловодський (20 СПнЗд), який має сильну ерозійну небезпеку, і решта частини провінції (21 СПнЗд), яка має помітну ерозійну небезпеку. Донецька агрогрунтова провінція також розподіляється на два ерозійні регіони: Добропільський (22 СПнД), що має слабку ерозійну небезпеку, решта частини провінції (23 СПнД), яка характеризується помітною ерозійною небезпекою. Південний Степ не розподіляється на окремі грунтово-ерозійні райони і має в цілому помітну ерозійну небезпеку -- 24 СПд. Сухий Степ характеризується слабкою ерозійною небезпекою (25 СС) або її відсутністю.

Таким чином, територія України (без урахування гірських частин) за ступенем ерозійної небезпеки розподіляється на 25 грунтово-ерозійних районів. Цілком природно, що концептуальні моделі АЛ повинні відповідати ступеню ерозійної небезпеки. При цьому слід мати на увазі, що виникають певні протиріччя між ступенем небезпеки ерозії і фактичною еродованістю грунтів. Наприклад, степова частина Харківської області (грунтово-ерозійний район – 17 СПнЛ) характеризується слабкою ерозійною небезпекою, а фактична еродованість орних земель перевищує 50%. Є протилежні приклади: в Михайлівському ерозійному районі (19 СПнЛ) відмічається дуже висока ерозійна небезпека, а фактично вона майже не проявляється. Інформативним показником розбіжностей між небезпекою ерозії і фактичною еродованістю, є коефіцієнт реалізації ерозійної небезпеки (КРЕН), який дорівнює відношенню середньорічних фактичних ерозійних втрат за певний термін (в даному випадку 25 років) до імовірних 10%-ої забезпеченості. КРЕН може розглядатися як критерій кількісної оцінки ґрунтоохоронної спрямованості системи землеробства на конкретній площі (ферма, адміністративний район тощо). При реалізації концептуальної моделі агроландшафту, безумовно, необхідно враховувати значення КРЕН і робити певні корективи. Але основою все ж таки повинна бути карта ерозійної небезпеки, яка має принципові переваги у порівнянні з картами фактичної еродованості.

Блоки концептуальних моделей агроландшафтів (табл. 4.8), які відповідають за захист грунтового покриву від процесів водної ерозії мають такий вигляд:

I. В грунтово-ерозійних районах, де відсутня небезпека проявлення водної ерозії (ІЗГ>300), конструкція агроландшафту може не мати протиерозійної спрямованості.

Тому, у Західному Поліссі і Сухому Степу планувати заходи захисту грунтів від водно-ерозійних процесів немає необхідності.

II. При другому (слабкому) ступені (200<ІЗГ<300) ерозійної небезпеки з'являється імовірність еродування грунтів. Слід пам'ятати, що до цього блоку відносяться грунтово-ерозійні райони з високою фактичною еродованістю сільськогосподарських угідь.

Водно-ерозійний блок АЛ для другого ступеня небезпеки має такі характеристики:

• 1. Розораність загальної території не перевищує 45%.
• 2. Основні обробітки виконуються за контуром.
• 3. Напрямок посівів культур – за контуром.
• 4. Довжина лінії стоку не більше 600 метрів.
• 5. Вирощування просапних культур після культур суцільного посіву виконується за безполицевими технологіями обробітку грунту.
• 6. В екстремальних випадках можливе проектування найпростіших земляних гідротехнічних споруд. Тобто, в основу покладений спрощений варіант застосування протиерозійних агротехнічних заходів (назва блоку "Агротехніка").

Моделі агроландшафтів (водна ерозія) (за С.Ю.Булигіним)

ІII. Третій ступінь (помітної) небезпеки (100<13Г<200) водно- ерозійних процесів характеризується такими особливостями:

• 1. Розораність загальної території не перевищує 40% (співвілношення ріллі і природних угідь не перевищує одиниці).
• 2. Технологічний блок агроландшафту проектується на кількісній розрахунковій основі переважно інженерними метолами. Для цього будь-яка технологічна операція повинна мати кількісну характеристику її протиерозійної ефективності. Крім того, обов'язкова процедура грунтово-екологічної експертизи цих операцій.
• 3. Співвідношення і розміщення сівозмін, розміри робочих ділянок, максимально допустима довжина лінії стоку визначаються тільки інженерними методами на підставі математичних моделей ерозії.
• 4. В окремих випадках проектуються ГГС.
• 5. Створюється дієва система полезахисних дерево- чагарникових смуг (розташованих одна від одної на відстані не більше 10-15 височин), яка. окрім істотного покращання мікроклімату приземного шару повітря і діяльної поверхні грунту, виконує роль постійних напрямних проведення технологічних операцій при вирощуванні культур тільки поперек схилу. Таким чином, передбачається використання усіх можливостей технологічного блоку, який підсилюється системою полезахисних смуг (назва блоку "Інженерна агротехніка"). За своєю суттю він наближається до моделі контурно-меліоративного землеробства. Цей блок агроландшафту повинен відповідати першому ступеню надійності протиерозійного захисту: розрахунки проводяться на середньорічний змив з І га сівозмінної площі.

IV. Для четвертого ступеня (сильної) небезпеки водно- ерозійного процесу:

1. Розораність загальної території не перевищує 40%. Співвідношення ріллі і природних угідь не перебільшує одиниці.

Малорозвинені грунти, водоохоронні зони виводяться з ріллі без винятку. Ці площі підлягають суцільному залісненню.

• 2. Технологічний блок створюється аналогічно блоку "Інженерна агротехніка". Його протиерозійний ефект враховується (принциповий момент).
• 3. Проектується система заходів постійної дії (ЗПД). Розрахунки виконуються на змив 10%-вої забезпеченості з гектара сівозмінної площі (другий ступінь надійності) на основі математичної моделі ерозії. При опрацюванні проекту системи ЗПД враховується грунтоохоронна дія технологічного блоку.
• 4. Створюється дійсна система полезахисних смуг, яка поєднується з іншими елементами системи ЗПД і інфраструктури для безпечного відводу поверхневого стоку в екстремальні періоди водовіддачі. Розробка проекту агроландшафтного упорядкування конкретної території на підставі цього блоку концептуальної моделі АЛ являє собою вже повністю інженерний процес, який може кваліфіковано виконуватись лише спеціальними установами. Назва цього блоку "Зелений вал".

V. Для п'ятого ступеня небезпеки водно-ерозійних процесів (ерозія дуже сильна – катастрофічна) враховуються такі особливості (при цьому беруться до уваги і характеристики блоку IV):

• 1. Система ЗПД розробляється без урахування протиерозійної ефективності технологічного блоку, який не має регулярної інженерної надійності. Вона повинна забезпечувати захист грунтового покриву від ерозії без застосування протиерозійної агротехніки і за відсутності рослинного покриву чи рослинних решток. У випадку неможливості надійного захисту грунту, що обробляється, земельна ділянка виводиться з обробітку під залуження чи суцільне заліснення.
• 2. Технологічний блок проектується, насамперед, для реалізації усіх переваг агроландшафтної меліорації приземного шару повітря і діяльної поверхні грунту (покращення забезпеченості вологою, підвищення концентрації вуглекислого газу (СОг), зменшення втрат продукції від шкідників і хвороб тощо). Його протиерозійна характеристика не є домінантною, а тільки бажаною, навіть якщо вона досить істотна. Назва цього блоку концептуальної моделі агроландшафту "Інженерна споруда". Вона повинна відповідати найбільшому ступеню надійності протиерозійного захисту (розрахунки проводяться на імовірний змив 10%-вої забезпеченості в полі чорного пару без протиерозійної агротехніки).

• [1] За Булигіним С.Ю . 2005
• [2] За Булигішш С.Ю., 2001