Оцінка деградаційних процесів ґрунтів в агроекосистемах на прикладі ВП НУБіП України «Великоснітинське навчально-дослідне господарство

 Хімічна  деградація виявляється у зміні характерного  для певного типу  ґрунту  якісного і кількісного складу хімічних речовин і зумовлена порушенням норм внесення мінеральних добрив, меліорантів, пестицидів, а також техногенними  викидами. Хімічними забруднювачами є важкі метали,  які надходять у ґрунт з мінеральними добривами, хімічними меліорантами  та  за  рахунок повітряного переносу, і пестициди та продукти  їх  метаболізму.  До  хімічної  деградації  можна віднести  і дегуміфікацію,  тобто зменшення вмісту гумусу у ґрунті через незбалансоване внесення органіки і винесення її з урожаєм.

Фізична деградація характеризується порушенням структури ґрунтів,  переущільненням кореневмісного шару внаслідок недосконалого обробітку земель. Проявом цього виду деградації є кіркоутворення,  порушення структури. Результатом погіршення водно-фізичних  властивостей  ґрунтів є зниження фільтраційної здатності, шпаруватості та аерації, утворення “ущільненої подушки ”. 

 Механічна  деградація  ґрунтів в основному діагностується  за  порушенням  цілісності  ґрунтового покриву. Вона спричиняється водно- та вітроерозійними процесами, під впливом яких зменшується потужність гумусового шару аж до повного руйнування ґрунту, грунтотвірних та підстилаючих порід (дефльовані, змиті та розмиті ґрунти,  виходи  порід).  До  цього виду  деградації  ґрунтів можна віднести  і техногенні  утворення: промислові відвали, рекультивовані  землі, а також постійне винесення поживних елементів ґрунту  з урожаєм сільськогосподарських культур.

Біологічна  деградація  діагностується  за  показниками фітосанітарного стану ґрунту:  забруднення вірусами,  патогенною  мікрофлорою,  гельмінтами.  Внаслідок цих процесів,  пов’язаних  з біологічною деградацією,  відбувається  погіршення фітосанітарного стану ґрунту,  зменшення його  біологічної активності. Можливе також накопичення токсичних для рослин і тварин речовин. Найчастіше причинами, які викликають біологічну деградацію, є недотримання чергування культур в сівозмінах, застосування у високих дозах хімічних засобів захисту рослин,  порушення водного,  теплового і повітряного режиму  ґрунту  внаслідок його неправильного обробітку.  Ще  одним негативним  проявом цього виду  деградації  є уповільнення  процесів гумусоутворення і прискорення мінералізації ґрунту, що значно зменшує його родючість.

Фізико-хімічна  деградація  ґрунтів зумовлюється  змінами в реакції ґрунтового  середовища,  ємності вбирання ґрунтом, кількісним та якісним складом увібраних основ. Для визначення  різних  видів деградованих  ґрунтів удосконалені  і доопрацьовані основні діагностичні критерії, що характеризують ступінь деградації ґрунтів.

За даними Інституту Укрземпроекту  загальна площа деградованих і малопродуктивних земель в Україні становить  5133,7  тис.  га,  із  них  2631,1  –  еродовані,  590,0  –  перезволожені  і  заболочені  ґрунти.  [11,14]

1.2. Основні види деградаційних процесів ґрунтового покриву України

1.2.1. Ерозія

Ерозія ґрунту (від лат. erosio-роз'їдання) - це руйнування його верхнього  найродючішого горизонту і підґрунтя  під впливом природних та антропогенних  чинників.

Залежно від природних  чинників руйнування ґрунту, розрізняють водну та вітрову ерозію.

• Водна ерозія 15– це процес руйнування ґрунтового покриву під дією поверхневих водних потоків. Вона відбувається внаслідок розмивання поверхні ґрунтів, переходу зміщених частинок у завислий стан і перенесення їх на інші ділянки. У місцях, де швидкість потоку знижується, мінеральні частинки осідають, утворюючи перевідкладені пролювіальні й делювіальні наноси та намиті ґрунти.

Явище змивання ґрунтів пов'язане  з відривом від поверхневого шару окремих частинок і цілих агрегатів. Механізм його можна уявити як взаємодію  еродуючої сили стоку F_ер, що діє на частинку із силою зчеплення частинки з ґрунтом F_зч. Еродуюча сила потоку залежить від швидкості потоку V, товщини шару води h і відношення маси частинки m до площі її поперечного перерізу S:

                                     (1.1.1.)

 Сила зростає зі  збільшенням V i h  та зі зменшенням . Сила зчеплення ґрунтової частинки , у свою чергу, залежить від щільності частинки та міцності її зв’язку з іншими частинками , яка залежить від вмісту в ґрунті колоїдів і багатьох інших факторів:

                                            (1.1.2.)

У поширених рівняннях  для визначення розмиваючої сили потоку товщина шару води, як правило, не зазначається. Однак, очевидно, що сила бокового тиску на частинку в приземному шарі води за однієї й тієї ж швидкості  зростає зі збільшенням рухомої  маси води.

Ерозія відбувається тоді, коли F_ep стає більшою за F_зч. Швидкість водного потоку, за якої починається відривання твердих частинок від поверхні ґрунту, називається критичною швидкістю потоку V_Кр.

За однієї й тієї ж щільності  сумарний поперечний переріз частинок на одиницю об'єму зростає зі зменшенням їх розмірів, тому критична швидкість  потоку менша на ґрунтах із дрібнішими мікроагрегатами та гранулометричними  частинками, ніж на ґрунтах із крупними частинками.

Отже, інтенсивність відриву  поверхневим стоком ґрунтових частинок і агрегатів залежить від текстури і гранулометричного складу ґрунтів  та ґрунтотворних порід і від  того, наскільки донні швидкості  поверхневого стоку перевищують  критичні (нерозмивні) значення для  даного ґрунту.

Крім зазначених факторів, на інтенсивність відриву частинок від ґрунту значною мірою впливає  турбулентність потоку, пов'язана з  нерівностями поверхні ґрунтів. У турбулентному  потоці частинки, які відірвалися, інтенсивніше піднімаються до поверхні потоку і  переносяться далі.

Види ерозії ґрунтів спеціалісти  розглядають з двох позицій: за характером впливу на ґрунт, тобто за формою прояву, і за походженням води, що надходить  на ґрунт.

За формою прояву розрізняють  ерозію поверхневу (площинну), або змив ґрунту; струменеву; розмивання ґрунту, або яружну ерозію. Результати прояву цих форм ерозії можна бачити на окремих масивах земель, проте  вони часто спостерігаються і  сумісно.

• Вітрова ерозія (дефляція) – це процес руйнування і знесення ґрунтів вітром. Вона відбувається тоді, коли швидкість вітру досягає значення, за якого руйнівна сила перевищує силу протидефляційної стійкості ґрунту.

Максимальний прояв дефляції спостерігається під час ураганних  вітрів, коли в повітря піднімається велика маса пилоподібних частинок. Дефляція є другим за масштабами після водної ерозії негативним впливом на ґрунтовий  покрив, що призводить до знищення родючих  ґрунтів на величезних територіях.

Розрізняють дефляцію двох видів — повсякденну і  пилові (чорні) бурі.

Повсякденна дефляція виникає у разі малих швидкостей вітру  
(5–10 м/с), відбувається непомітно, проте є не менше шкідливою, оскільки повільно й постійно руйнує і виснажує ґрунт. Вона спричинює оголення насіння, заробленого в ґрунт, пошкодження молодих сходів рослин. Повсякденна дефляція особливо часто спостерігається на вітроударних схилах, позбавлених рослинності.

Пилові бурі — найбільш активний і шкідливий вид дефляції. Вони призводять до сильного руйнування ґрунтового покриву. За короткий строк пилові бурі, що спричинюються сильним вітром (швидкістю понад 12–15 м/с), можуть поширитися на велику територію, знищити посіви на сотнях тисяч гектарів, знести значну частину ґрунту. Прояву пилових бур завжди передує тривала повсякденна дефляція. Пилові бурі не можуть виникнути над вітростійкою поверхнею — вони є лише показником ступеня руйнування ґрунту за час, що передував пиловій бурі. Інакше кажучи, пилові бурі є не причиною, а наслідком руйнування ґрунту. Проте, виникнувши, вони самі стають фактором великої руйнівної сили.

Рух частинок ґрунту під  час вітру починається під  впливом взаємодії динамічних і  статичних сил, які виникають  за обтікання їх поверхні повітряним потоком. Коли потік повітря рухається  на кулясту частинку, яка вільно лежить на поверхні ґрунту, то на неї  діє кілька сил: гравітації, лобового натиску повітря, атмосферного тиску, зчеплення, підіймальна. Якщо сумарне  значення сил гравітації, атмосферного тиску і сили зчеплення приблизно  дорівнює силі лобового напору повітря, частинка починає рухатися, ковзати  по поверхні. Якщо сума сил гравітації, атмосферного тиску і зчеплення  менша за підіймальну силу, вона піднімається в повітря.

Підіймальна сила частинки виникає внаслідок того, що в межах  висоти, яка дорівнює діаметру частинки, швидкість руху повітря різна. Потік, що надходить під нижню частину  кулястої грудочки, через шорсткість поверхні ґрунту має меншу швидкість  і більшу щільність. Внаслідок цього  над частинкою утворюється зона пониженого тиску, а під частинкою  — підвищеного. Виникає підіймальна  сила, що діє на частинку.

Мінімальна швидкість  вітру, за якої починається відрив, піднімання і перенесення в повітряному  потоці частинок ґрунту, називається  критичною (граничною) швидкістю вітру.

Найлегше по поверхні переміщуються  ґрунтові агрегати діаметром 0,1—0,5 мм, які під впливом вітру набирають  руху з частотою обертання200—1000 хв.

Агрегати діаметром від 0,6 до 1 мм пересуваються, перекочуючись, труться між собою, вдаряються, руйнуються, і кількість грудочок, ерозійно- найактивніших (розміром 0,1—0,5 мм), збільшується. Для пересування повітряно-сухих  агрегатів чорнозему карбонатного легкосуглинкового з діаметром  понад 1 мм потрібна швидкість вітру  більше 11 м/с на висоті 15 см. Швидкість  повітряного потоку, за такої починають, пересуватися ґрунтові агрегати діаметром 0,25; 0,25— 10,5; 0,5—1; 1—2; 2—3 і 3—5 мм, становить відповідно 3,8; 5,3; 6,8; 11,2; 13,1 і 17,6 м/с. [3]

1.2.2. Дегуміфікація

Дегуміфікація – це зменшення вмісту і запасів гумусу в ґрунті; зниження протиерозійної стійкості, падіння потенційної та ефективної родючості. Роль гумусу в процесі грунтотворення велика і багатогранна. Збагаченість ґрунту органічними речовинами є показником його природної родючості. В гумусі міститься близько 97 - 99% усіх запасів азоту, 80 - сірки, 60% - фосфору. [26]

Причинами дегуміфікації  ґрунтів є недостатнє внесення органічних добрив; інтенсивний обробіток ґрунту; необґрунтоване поглиблення орного шару; відчуження з поля нетоварної частини врожаю; внесення високих норм фізіологічно-кислих добрив; підсилення процесів ерозії та дефляції; необґрунтована структура посівних площ; недостатні площі посівів багаторічних трав та ін.. [16]

На думку І.С. Крупеннікова (1985) серед 13 типів деградацій чорноземів, першим за значимістю і глобальністю називають дегуміфікацію. Нині середньорічні втрати гумусу чорноземів в Україні перевищують 1 т/га. Значна частина інших деградацій ґрунту прямо чи опосередковано зумовлена зниженням кількості гумусу.

За Д. Шредером (1978), середній склад органічної речовини ґрунту такий: гумус — 85 %, рослинні рештки — 10 %, ґрунтова флора і фауна — 5%. Органічна речовина ґрунтів — це сукупність живої біомаси і органічних решток рослин, тварин, мікроорганізмів, продуктів їх метаболізму і специфічних новоутворюваних органічних речовин ґрунту — гумусу. Таким чином, родючість ґрунту прискорено знижується. [3]

1.2.3. Агрофізична деградація ґрунтів

 Втрати гумусу супроводжуються  погіршенням агрофізичних властивостей  ґрунтів. Дослідження В. В. Медведєва  (1982) свідчать про таке їх погіршення  порівняно з цілиною: на 4—11 % маси  ґрунту зросла брилистість, на 3—6 % — розпорошеність, на 10— 18 % знизився вміст агрономічне цінних  агрегатів (розмір 10— 0,25 мм), на 15—19 % — водотривкість ґрунтової структури,  на 16—26 % — механічна міцність, на 2—4 % — пористість агрегатів розміром  від 5 до 0,25 мм при середніх  значеннях цих показників на  цілині 8, 15, 17, 55, 90, 42 % відповідно. Водопроникність  ґрунтів в максимально розпушеному  стані становить 120— 142 мм/год., а при рівноважній щільності — 55 мм/год. Зміна структурного стану, погіршення водно-фізичних властивостей обумовили підсилення процесів водної ерозії, дефляції, зниження потенціальної і ефективної родючості.

 Агрофізична деградація  призвела до зменшення глибини  коренемісткого шару, зниження польової  вологоємності, діапазону активної  вологи, її доступність рослинам, а також рухомість елементів  живлення. Погіршилась якість обробітку  ґрунту і збільшились затрати  на його проведення.

 Істотним чинником  змін в агроекосисгемі є застосування  сільськогосподарських машин. Сучасні  трактори, автомобілі та сільськогосподарські  машини активно взаємодіють з  ґрунтом, атмосферою і рослинами,  в багатьох випадках це спричинює  порушення ходу природних процесів  в агроландшафті. Через неправильне  та надмірне використання сільськогосподарської  техніки вплив її на довкілля  супроводжується забрудненням атмосфери,  ґрунту та водойм, руйнуванням  структури і переущільненням  ґрунту. Машинно-тракторні агрегати, виконуючи корисну роботу, у багатьох випадках надмірно ущільнюють оброблюваний шар ґрунту. Особливо зріс негативний вплив на ґрунт за останні роки, коли середня маса трактора збільшилась у 1,5—2,4 рази, а кількість їх проходів по полю за вегетаційний період зросла з 3—4 до 10—15 при вирощуванні зернових і до 20—25 — просапних культур.