2.2 Причини руйнування родючого шару грунту

Порушення (руйнування) ґрунтів є складним комплексом антропогенних і природних процесів зміни фізико-хімічних та механічних характеристик ґрунту. Як правило, першопричиною порушення фунтів е процеси, ініційовані діяльністю людини (наприклад, механічна обробка ґрунтів, трансформація шарів землі в будівництві, переущільнення ґрунтів внаслідок руху транспорту, випасу худоби, забруднення ґрунтів та ін.). Наслідки цих первинних змін можуть багаторазово посилюватися під впливом природних чинників - вітру, дощових потоків тощо. Найбільш руйнівно на ґрунти впливає ерозія, тобто процес захоплення частинок ґрунту та їх винесення водою або вітром. Внаслідок ерозії ґрунт може втрачати родючість доти, доки не перетвориться на пустелю, тобто поступово відбувається процес спустелення. Залежно від переваги тих чи інших факторів, які впливають на хід ерозійних процесів, розрізняють декілька форм ерозії. Водна ерозія виявляється у змиванні верхнього шару ґрунту або розмиванні його у глибину під впливом талих, дощових і поливних (іригаційних) вод. Коли вода стікає поверхнею, вона підхоплює частинки ґрунту. Таке вимивання називається площинною ерозією. Якщо внаслідок цого вимивання утворюється дрібні русла, ерозію називають струминною, а якщо декілька великих – яружною чи лінійною, ерозією. Виділяють ще іригаційну ерозію, яка виникає в умовах неправильно організованого зрошення на схилових землях, коли на лінії течії поливної води є схили, здатні до розмивання. Розвиток водної ерозії тісно пов'язаний з рельєфом місцевості; як правило, руйнування ґрунтів починається на схилах крутизною 1-2°. Механічна (агротехнічна) ерозія зводиться до переміщення ґрунту під час його механічного обробітку. Побічним наслідком може бути систематичне зрушення ґрунту вниз по схилу під час оранки; надзвичайно небезпечною є механічна обробка ґрунтів уздовж схилу, тому що після глибокої оранки дощ, вітер і гравітаційні сили можуть зруйнувати землю за лічені місяці (а у випадку сильного дощу - навіть за годину може утворитися яр). Під час оранки упоперек схилу внаслідок неповного перевертання скиби спостерігається осипання землі схилом униз. Ґрунт на схилах частково переміщується вниз і під час культивації, боронування, сівби. Транспортна ерозія є наслідком порушення рослинності транспортними засобами; особливо відчувається в пустелі і тундрі. Рослинний покрив виконує суто ґрунтозахисну роль, чим краще він розвинений, тим слабше виявляється ерозія. Корені рослин міцно скріплюють ґрунтові частинки і перешкоджають змиву, розмиву та розвіюванню ґрунту. Крім цього, рослини беруть на себе ударну силу дощових крапель, оберігаючи тим самим структурні окремості ґрунту від руйнування дощовими краплями або ослаблюючи їх дію. Густа рослинність різко сповільнює швидкість поверхневого стоку, сприяючи кращому поглинанню води, а також затримує ґрунтові частки, які змиваються з верхніх частин схилів. Пасовищна ерозія полягає в механічному руйнуванні та переміщенні ґрунту копитами тварин на схилах балок внаслідок збільшення навантаження на обмежену площу пасовища. Відбувається, як правило, через ослаблення трав'яного покриву під впливом витоптування чи виїдання тваринами.

Вітрова ерозія (дефляція, видування) відбувається внаслідок перевідкладення ґрунтових частинок повітряними потоками; виникає за умови сильних вітрів, які видувають ґрунт. Інтенсивність видування ґрунту значною мірою залежить від його гранулометричного складу і вмісту в ньому гумусу. Зокрема, на ґрунтах супіщаного гранулометричного складу вітрова ерозія починається проявлятися при швидкості вітру 3-4 м/с, на легкосуглинкових - 4-б, на важкосуглинкових - 5-7 і на глинистих - 7-8 м/с.

Еродований ґрунт втрачає значну кількість гумусу. Доведено, що із змиванням кожного сантиметра гумусового горизонту потенційна врожайність зернових культур знижується на 0,5-2,0 ц/га, а із втратою 1 т гумусу запаси корисної енергії у ґрунті зменшуються на 0,9-1,1 кДж/га. В еродованих ґрунтах істотно знижується вміст макро- і мікроелементів, особливо марганцю і міді. Лінійна водна ерозія зменшує площу орних земель внаслідок розвитку ярів, замулювання ґрунтів на заплавах, ставках, водоймищах, руслах річок, зрошувальних каналах тощо. Небезпека водної ерозії полягає не лише у зниженні родючості орного горизонту, а й у замулюванні річок, ставків, водойм, заплавних земель. Цей вид ерозії поширений на схилах, переважно розораних, і найбільш небезпечний у гірських ландшафтах, де знищено лісовий покрив. Дуже небезпечною є яружна ерозія, ліквідувати яку можна лише залісненням та будівництвом спеціальних гідротехнічних споруд. Під час річкової ерозії внаслідок швидкої течії води зноситься ґрунт з дна річок і незакріплених берегів. Щоб запобігти цьому, треба оберігати лісові насадження в прирусловій смузі, закріплювати береги за допомогою спеціальних гідротехнічних засобів.

Оскільки ерозія є тим найбільшим руйнівником ґрунтів, від якого залежить ґрунтово-земельний потенціал багатьох країн, у світі здійснюється комплекс заходів із запобігання ерозії та боротьби з нею. Ці заходи умовно поділяють на чотири групи: організаційно-господарські, агротехнічні, гідротехнічні та лісомеліоративні.

Організаційно-господарські заходи передбачають використання ґрунтів лише зважаючи на їх придатність для тих чи інших цілей. Вони мають забезпечувати протиерозійну організацію території і впровадження ґрунтозахисних сівозмін, а також обґрунтоване обмеження випасу. Ця група включає профілактичні та спеціальні заходи.

Профілактичні заходи передбачають заборону (частково або повністю): використання авіації для внесення добрив і обробки пестицидами; застосування легкорозчинних отрутохімікатів та мінеральних добрив; розорювання земель та знищення деревно-чагарникової або трав'янистої рослинності на ерозійно небезпечних ділянках; внесення добрив на сніговий покрив і мерзлий ґрунт; складування добрив на полях тощо. Спеціальні заходи передбачають раціональну (з погляду екології) організацію території і комплексне водорегулювання у межах водозабору.Протиерозійні агротехнічні заходи сприяють підвищенню поглинальної здатності ґрунту, його стійкості до розмивання та видування, послаблюють поверхневий стік і переводять його у внутрішньоґрунтовий. Для цього всі види обробітку проводять паралельно горизонталям місцевості (так зване контурне землеробство), впоперек схилу насипають валки ґрунту 15-25 см заввишки, проводять снігозатримання, щілювання і кротування ґрунту, обробіток плоскорізами, терасування схилів, застосування органічних та мінеральних добрив, вузькосмужний посів тощо.Забороняється розорювання схилів крутизною понад 7° (крім ділянок для залуження, залісення та здійснення ґрунтозахисних заходів). На схилах крутизною від 3 до 7° обмежується розміщення просапних культур, чорного пару тощо. Для боротьби з водною або вітровою ерозією з успіхом застосовують мульчування ґрунтів. Матеріалом для мульчі може бути стерня, післяжнивні та післязбиральні рештки, стружка, тирса, спеціальний папір, пластмасова плівка тощо.Протиерозійні гідротехнічні заходи забезпечують повне або часткове затримання поверхневого стоку, запобігають концентрації водних потоків, що викликають водну ерозію. Гідротехнічні споруди для боротьби з ерозією ґрунтів застосовують у тих випадках, коли інші заходи не дають належного ефекту. Вони створюються у комплексі з протиерозійними насадженнями. Для перехоплення зливових вод споруджуються спеціальні колектори, які відводять поверхневий стік. У руслах річок, де швидка течія води руйнує береги, використовують берегоукріплювальні бетонні плити, блоки тощо.

Крім ерозії, серед найбільш істотних причин погіршення якості земельних ресурсів можна виділити вторинне засолення ґрунтів. Вторинне засолення ґрунтів є наслідком зрошування земель в умовах посушливого клімату і пов'язане з підйомом мінералізованих ґрунтових вод до земної поверхні. Такий підйом відбувається внаслідок порушення водного балансу територій фільтраційними водами тоді, коли водний баланс перебуває на межі через слабку дренованість території. Ґрунтові води, що залягають неглибоко від земної поверхні і містять солі, починають при цьому інтенсивно випаровуватися, внаслідок чого ґрунт насичується надмірною кількістю водорозчинних солей. Більшість річок, води яких використовуються для зрошування, мають мінералізацію 0,2-0,5 г/л. Нині їх мінералізація зросла у 10 разів, що й призвело до збільшення обсягів вторинного засолення. Проблеми засолення ґрунтів і вод посилюються застосуванням мінеральних добрив.

Вторинне засолення ґрунтів може відбуватися і за відносно глибокого залягання підґрунтових вод, коли волога при поливі проникає до глибини залягання материнської засоленої породи і розчиняє солі, які піднімаються до поверхні у вигляді розчину і випадають при випаровуванні вологи. Засолення ґрунтів є однією з форм забруднення ґрунтів і визначається як підвищення вмісту в ґрунті легкорозчинних солей (карбонату натрію, хлоридів, сульфатів). Ґрунти вважаються засоленими, якщо містять більше 0,1 % ваги токсичних для рослин солей або 0,25 % солей у щільному залишку.

Ще однією серйозною причиною погіршення якості земельних ресурсів є підтоплення земель. Підтоплення земель - це процес збільшення природної вологості ґрунтів понад 80 % повної їхньої вологоємності, що відбувається під впливом примусового підйому рівня ґрунтових вод до зони аерації. До підтоплення призводить не тільки бездумне спорудження водосховищ. Значна частина підтоплених земель утворюється внаслідок порушення норм поливу при зрошенні, витоку води у зрошувальних мережах, технічної недосконалості проектів зрошення. Особливо інтенсивно підтоплення відбувається у перші 2-3 роки після початку функціонування зрошувальної системи.

Для боротьби з підтопленням розроблено комплекс заходів і прийомів, насамперед такі:

- відведення поверхневих вод у зонах підтоплення, проведення меліоративних робіт;

- розчищення русел річок, підтримання необхідного рівня їх дренажної спроможності;

- створення контурно-меліоративної системи території, яка передбачає диференційоване використання земель залежно від рельєфу і ґрунтово-екологічних умов;

- збільшення лісистості до оптимальних меж;

- здійснення агротехнічних протиерозійних заходів із запобігання замулюванню водних джерел продуктами ерозії;

- створення та упорядкування водоохоронних зон і прибережних захисних смуг;

- залуження і створення лісових насаджень у прибережних захисних смугах, схилах, балках та ярах;

- інженерно-технічне облаштування окремих ділянок берегової зони для забезпечення безпечного проживання і господарської діяльності населення та запобігання ризику небезпечних екзогенних процесів унаслідок експлуатації водосховищ та підпору рівня ґрунтових вод;

- упровадження нормованого водокористування на основі планування водозберігаючих поливних режимів, урахування умов дренованості території;

- розроблення науково обґрунтованих водозберігаючих норм та режимів поливу;

- здійснення природоохоронних заходів на особливо небезпечних накопичувачах промислових відходів і стоків підприємств;

- здійснення екологічно безпечної ліквідації гірничих виробок тощо.

Висушуванням земель називають процес появи у літологічному профілі повітряно-сухих ґрунтів і зниження їх природної вологості до показника менше ніж 60 % повної вологоємності. Висушування призводить до зниження родючості ґрунту, сприяє розвитку ерозійних процесів. Його негативний вплив на сільськогосподарські землі починається при зниженні рівня ґрунтових вод до позначки 1,8 м. Причинами висушування земель можуть бути гірничі роботи, які супроводжуються утворенням западин і балок, а також недоліки у меліоративному проектуванні.

До висушування земель можуть призводити регулювання стоку рік та збільшення глибини водойм, що інтенсифікує підземні стоки і тим самим спричиняє зменшення обводнювання. Ще однією причиною можливого висушування є вирубка лісових насаджень, що активізує процеси випаровування з поверхні, а отже, і зниження рівня ґрунтових вод.

Забруднення ґрунтів є наслідком техногенної міграції різних хімічних елементів, а основними забруднювачами - метали та їх сполуки, радіоактивні елементи, добрива та пестициди. самоочищення ґрунтів практично не відбувається або його швидкість дуже мала, токсичні речовини накопичуються, що призводить до поступової зміни хімічного складу ґрунтів. Потім токсичні речовини потрапляють в організми тварин і людей. Забруднення ґрунтів відбувається тоді, коли у ґрунт потрапляють різні хімічні речовини, відходи сільськогосподарського і промислового виробництва, комунально-побутових підприємств у обсягах, які перевищують їх звичайну кількість, необхідну для участі в біологічному кругообігу ґрунтових екологічних систем.

У результаті діяльності людини утворюються відходи і викиди - продукти різних технологічних процесів: метали, металоїди, хімічні речовини (кислоти, солі, основи), мул станцій з очищення відходів, мінеральний пил, зола, хімічний шлам, шлаки, скло, кераміка і т. д. До них також належать відходи і викиди внаслідок будівництва, благоустрою населених пунктів тощо. Виявлено, що у випадку забруднення ґрунтів промисловими викидами відбувається виділення вуглекислоти протягом усього вегетаційного періоду, а отже, й послаблення інтенсивності біологічних процесів. Про це свідчать зміни чисельності мікроорганізмів у разі забруднення ґрунтів та ослаблення їх ферментативної активності.

Унаслідок забруднення ґрунтів фенольними сполуками змінюється їх структура, руйнуються деякі мінерали, що негативно впливає на життєдіяльність ґрунтової мікрофлори і рослин, на ферментативну активність ґрунтів і їх родючість. Ґрунти забруднюються з атмосфери за рахунок як природних, так і антропогенних джерел. Наприклад, теплоенергетичні станції є джерелом забруднення ґрунтів вугільним пилом, золою, димом і деякими токсичними твердими частинками, газами (SO2, SO3, Н2S, NO2), деякими миш'яковими і фтористими сполуками, циклічними вуглеводами; чорна металургія - рудним і залізистим пилом, оксидами заліза, марганцю, золою, сажею, сполуками свинцю; транспорт - вуглеводнями, натрієм, свинцем, вугільним пилом, золою тощо.

З атмосфери отруйні речовини потрапляють на ґрунт і проникають у нього безпосередньо або з опадами. Вони забруднюють ґрунт і рослинну продукцію, знижують урожай і викликають навіть руйнування екосистем. Останніми роками у багатьох країнах великою проблемою є кислотні дощі, пов'язані з викидами в атмосферу сірчаної та азотної кислот. Кислотні дощі, з одного боку, призводять до вимивання з ґрунту поживних елементів, а з іншого - до підкислення, яке, у свою чергу, впливає на розчинність поживних елементів, а також на ріст і на життєдіяльність мікроорганізмів у ґрунті.

Забруднення ґрунтів важкими металами негативно позначається на життєдіяльності живих організмів. У тих випадках, коли концентрація важких металів (за винятком молібдену і селену) у ґрунті перевищує допустимі межі, їх токсичність можна блокувати шляхом зміни рН ґрунту до нейтральної або слабо-лужної реакції, застосовуючи вапнування кислих ґрунтів, вносячи вапнякові матеріали. Крім того, для зниження концентрації важких металів рекомендується плантажна оранка на 40- 50 см з винесенням на поверхню нижніх горизонтів ґрунтів, які містять менше важких металів. До радикальних заходів боротьби із забрудненням ґрунтів належить видалення поверхневого забрудненого шару ґрунту, нанесення незабрудненого шару не менше ніж 30 см, який би виключав переміщення металів із ґрунту у рослини. Можливе також застосування деяких рослин, які осаджують і знешкоджують надлишок важких металів у ґрунті.

До агротехнічних прийомів боротьби із забрудненістю ґрунтів важкими металами належать вапнування і внесення органічних добрив. Завдяки вапнуванню вдається у декілька разів зменшити вміст свинцю в сільськогосподарських культурах, які вирощують на забруднених ґрунтах. Вапно найбільш ефективне на ґрунтах, забруднених кадмієм. Високою здатністю до детоксикації характеризуються гній, торф, компости, а також цеоліти. Велику роль у локалізації важких металів відіграють зелені насадження. Насаджування уздовж автомагістралей суцільної смуги з глоду і клена польового знижує вміст свинцю в овочах, які вирощують у зоні впливу автострад, на 30-50 %. Є й багато біологічних методів, наприклад, вирощування рослин, які слабо реагують на надлишок важких металів у ґрунті або не вживаються ні тваринами, ні людиною. Найбільш забруднені ділянки необхідно відводити під заліснення і вирощування декоративних рослин.

Перехід на індустріальні й інтенсивні технології, тобто застосування високих доз мінеральних добрив і хімічних засобів захисту рослин супроводжується забрудненням ґрунту баластними речовинами (хлоридами, сульфатами), накопиченням отрутохімікатів у ґрунтах і підґрунтовних водах. Причиною забруднення стають також відпрацьовані гази тракторів, комбайнів, автомобілів, мастила та пальне, які витікають під час роботи на полях, а також техногенні викиди промислових підприємств - сульфати, оксиди азоту, важкі метали, радіонукліди. Сильно забруднюють ґрунти техногенні викиди промислових підприємств.

Сильними забрудниками також є радіоактивні речовини, найбільш небезпечні з яких - елементи з тривалим періодом розкладу, наприклад, 137Сs (50 років) і 90 Sr (27 років Радіоактивні елементи у ґрунті мігрують переважно двома шляхами. Перший зумовлений переміщенням їх у результаті господарської діяльності людини, а другий - фізико-хімічними властивостями ґрунту й окремих ізотопів. Істотне значення у цьому процесі мають: форма сполук, у яких перебувають радіонукліди, наявність у ґрунті іонів, близьких за хімічними властивостями до радіоізотопів, рН середовища, кількість опадів та деякі ґрунтово-кліматичні умови.

Ґрунти можуть забруднюватися екскрементами тварин, у т. ч. птахів, незважаючи на те, що завдяки високому вмісту органічної речовини, а також поживних елементів (фосфор, калій, мікроелементи) ці екскременти здавна вважалися цінним добривом. Внесення їх у надмірних кількостях, тобто у дозах, які перевищують потреби рослин, веде до порушення механізму перетворення і може погіршити властивості ґрунту (водопроникність, вологоємність, вміст кисню та ін.), а отже і родючість ґрунту. Одночасно з основними поживними елементами, що містяться в екскрементах тварин, можуть нагромаджуватись у токсичних концентраціях й інші сполуки, які негативно впливають на ґрунт і життєдіяльність мікроорганізмів та рослини.

Значну небезпеку серед забруднювачів ґрунтів становлять пестициди. Пестициди (від лат. pestis - зараза і caedo - убиваю) - це токсичні речовини, їх сполуки або суміші речовин хімічного чи біологічного походження, призначені для знищення, регуляції та припинення розвитку шкідливих організмів, внаслідок діяльності котрих уражаються рослини, тварини і люди. Ці хімічні засоби призначені для боротьби із шкідливими комахами (інсектициди), хворобами (фунгіциди), бур'янами (гербіциди) та ін. До пестицидів також належать речовини для передзбирального видалення з рослин листя (дефоліанти) і для підсушування рослин (десиканти). Застосування пестицидів спрямоване насамперед на зменшення кількості шкідливих організмів і підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Але внаслідок хімічних обробок гине багато корисних видів, зникнення яких може призвести до значних змін у характері функціонування агроекосистеми загалом. Під впливом пестицидів, що надходять у агрофітоценози, може змінюватися видовий склад шкідливих комах і кліщів, при цьому на зміну одних шкідливих організмів приходять інші.