Як боротися з водною ерозією?

Ерозія є результатом дії сил природи на ґрунти та інші земні матеріали. Зміщення частинок ґрунту силою води з подальшим їх переміщенням з початкового місця можна назвати водною ерозією.

Це відіграє важливу роль у втраті верхнього шару ґрунту, який є життєво важливими кількома сантиметрами будь-якої ґрунтової екосистеми та містить основну кількість поживних речовин та мікробного різноманіття. Існує кілька форм цього, які змінюють землю різними способами.

Хоча всі місця на планеті схильні до ерозії водою, регіони з похилим рельєфом зазвичай страждають сильніше, ніж ті, що мають рівніший ландшафт. Серед вразливих районів є ті, що мають нижчий вміст органічної речовини в ґрунті, водонепроникні шари ґрунту, а також мулисті ґрунти.

Що таке водна ерозія?

Водна ерозія – це складний процес, який проявляється у багатьох різних формах, але його можна коротко охарактеризувати як видалення або зміщення ґрунту з його початкового місця водою. Це відбувається внаслідок опадів, танення снігу, течії річок, руху льодовиків або циклів замерзання/відтавання.

Подібно до ерозії, спричиненої водою, вона повільно руйнуватиме ландшафти з часом, якщо її не вирішувати, і може бути дуже небезпечною для тих, чиї засоби до існування залежать від збереження землі недоторканою, як-от сільськогосподарські угіддя та екологічні ландшафти.

Різні форми водної ерозії, що зазвичай зустрічаються, - це ерозія струмків, ерозія ярів, ерозія бризок, ерозія поверхневого потоку та тунельна ерозія, кожна з яких буде розглянута більш детально нижче в цій статті.

Що спричиняє водну ерозію?

Як і багато інших екологічних явищ, існують як природні, так і посилені форми ерозії, останні з яких є прямим або непрямим результатом нашої діяльності. Наприклад, ерозія берегів річок, що протікають протягом сотень років, є природною формою водної ерозії, яка може відбуватися як з втручанням людини, так і без нього.

І навпаки, водна ерозія, яка посилюється або створюється нашою діяльністю, може включати будь-що: від повеней та результуючої деградації сільськогосподарських угідь через неправильне зрошення до прискореного танення льодовиків через посилення парникового ефекту внаслідок забруднення, спричиненого людиною.

Важко визначити точну причину водної ерозії, враховуючи складні взаємодії, що присутні в екологічних та фізичних системах, що постраждали, але очевидно, що наша діяльність збільшила її загальний рівень, особливо в основних сільськогосподарських регіонах світу.

Однак основною причиною водної ерозії на сільськогосподарських угіддях можна пояснити кілька навмисних або ненавмисних дій, таких як неправильне зрошення, невідповідна якість та кількість добрив, надмірна або недостатня доступність води, шкідливі методи вирощування сільськогосподарських культур тощо.

Наступні фактори відповідають за визначення його величини:

1. Характеристики опадів:

Опади можна вважати головним винуватцем водної ерозії, оскільки більша частина води циркулює у вигляді опадів у кругообігу води. Крім того, на це значною мірою впливають інтенсивність опадів, їх кількість та сезонний розподіл.

Очевидно, що чим вища інтенсивність та кількість опадів, тим більша ймовірність їхнього сильного зростання. Також сезонний розподіл опадів відіграє важливу роль, особливо в умовах сучасного мінливого клімату, оскільки нестабільні опади дедалі частіше стають серйозною проблемою для богарних сільськогосподарських систем у всьому світі.

2. Характеристики водозбору:

Водозбірний басейн – це ділянка землі, що має спільний вихід для проточної води. Його наявність у водозбірному басейні значною мірою залежить від кількох характеристик водозбору, таких як розмір, форма та нахил водозбору, а також наявність або відсутність чітко визначеного водного каналу.

Як згадувалося раніше, місцевість з більшим ухилом має вищу ймовірність водної ерозії, оскільки вплив води посилюється дією сили тяжіння. Добре дренований водозбір має меншу ймовірність водної ерозії, ніж водозбір без водних каналів.

3. Характеристики ґрунту:

Ґрунт відрізняється від одного місця до іншого, і кожен тип ґрунту по-різному реагує на вплив ерозійної води. Властивості ґрунту, які на нього впливають, - це фізичні властивості (текстура, структура, пористість і щільність), хімічні властивості (pH, ємність катіонного обміну, вміст поживних речовин) та біологічні властивості (наявність або відсутність рослинності, мікроорганізмів і ґрунтової фауни).

4. Атмосферні характеристики:

Кліматичні та погодні умови регіону також суттєво впливають на ерозію через воду. Погодні явища можуть впливати як на гідрологічний цикл, так і на біологічний цикл рослинності, що, у свою чергу, впливає на неї.

Види водної ерозії

Існує п'ять основних типів водної ерозії, всі з яких виникають внаслідок окремих обставин або погодних явищ, і багато з них взаємопов'язані один з одним. Деякі з них є більш серйозними, ніж інші, такі як ерозія ярів та тунелів, і всі вони є природними явищами, які, як ми спостерігаємо, посилюються діяльністю людини, особливо в сільськогосподарських районах.

1. Ерозія бризок

Ерозія ґрунту бризками виникає внаслідок впливу крапель дощу на делікатний верхній шар ґрунту, що створює невеликий кратер, який з часом може розширюватися. Зазвичай з основної структури ґрунту видаляються поодинокі або дрібні частинки ґрунту.

Наукове пояснення ефекту бризок крапель дощу полягає в тому, що рухоме (падаюче) тіло має кінетичну енергію, і при ударі ця енергія передається частинкам ґрунту, що вибиваються з землі.

Хоча окремі явища мають менший вплив, ніж інші типи водної ерозії у цьому списку, саме сукупний вплив незліченних крапель дощу робить цей ефект значним. Особливо ерозія бризок викликає занепокоєння в районах, де повністю відсутня рослинність.

2. Ерозія листа

Поверхнева ерозія – це розмивання ґрунту тонкими шарами внаслідок надлишку води, що стікає у вигляді шарів над ґрунтом. Коли кількість опадів або води на суші перевищує здатність землі поглинати воду, вода не може проникнути в землю, і вона несе з собою тонкий шар ґрунту, коли стікає вниз по схилу.

Поверхневу ерозію можна визначити як переливання води над землею рівномірним шаром та розмивання дрібних і легких частинок, що знаходяться на верхньому шарі. Поверхнева ерозія пов'язана з утворенням ярів, де кількість опадів перевищує здатність ґрунту поглинати воду.

На пагорбі або похилому ландшафті це може призвести до накопичення частинок ґрунту в насипу біля підніжжя схилу, що навіть може призвести до утворення пагорба в поверхневому шарі.

3. Ерозія струмків

Так само, як ерозія поверхневих шарів створює ерозію струмків, ерозія струмків, якщо її не вирішувати, зрештою призводить до ерозії ярів. Рубку можна визначити як неглибокий канал, що утворився внаслідок водної ерозії та зазвичай не перевищує 30-50 см завширшки або завглибшки.

Це початок розвитку водотоків, які з часом збільшуються в глибину та ширину, оскільки розмивають все більше і більше ґрунтові матеріали і несе його вниз за течією через струмки.

Зазвичай вони зустрічаються в горбистих або схилих місцевостях, а також у районах, де ґрунт голий та вразливий до ерозії, таких як вирубані ліси або комерційні сільськогосподарські угіддя.

4. Ерозія ярів

Яркова ерозія — це тип запущеної водної ерозії, що виникає внаслідок утворення струмків, що поглиблюються, поки поступово не перетворюються на глибокі та широкі траншеї, які набагато важче ремонтувати та які вкрай непрактичні для техніки у випадку сільського господарства.

Вода, що протікає ярами, також часто має гіршу якість, оскільки містить високу концентрацію осаду та частинок ґрунту, що продовжує розмивати ландшафт.

Яри є серйозною проблемою для продуктивності сільськогосподарських угідь, а також для будь-якого іншого землекористування, оскільки їх ремонт вимагає більше часу та зусиль, і якщо їх не виправити належним чином та не забезпечити сприятливих умов, вони можуть продовжувати розростатися до такої міри, що вся земля стане непридатною для використання.

У районах, де зустрічаються глибокі яри, серйозною проблемою також є накопичення осадових порід у річках нижче за течією.

5. Ерозія тунелів

Тунельна ерозія — це унікальний тип підземної водної ерозії, який зазвичай викликається проникненням води в порожнисту підземну зону, що потім переміщує частинки ґрунту з їхнього початкового місця розташування під поверхнею ґрунту, утворюючи тунелі.

Цей тип ерозії дуже небезпечний, оскільки він може бути непомітним протягом деякого часу, але створювати нестабільні ландшафти, схильні до руйнування. Тунельна ерозія переважно зустрічається в певних ґрунтах, таких як содосолі, які мають нестабільний підґрунтя.

Посилення тунельної ерозії відбувається, коли вода потрапляє вглиб ґрунту через отвори або тріщини в землі, утворені корінням дерев або з інших причин. Тунельна ерозія серйозно впливає на водоутримувальну здатність ґрунту.

Боротьба з водною ерозією

Воно проявляється в різних формах та ступенях серйозності, і всі вони призводять до деградації земель та втрати їх продуктивності.

Хоча найточніші та найефективніші рішення для боротьби з водною ерозією залежать від таких факторів, як топографія, рослинність, атмосферні умови тощо, існують деякі усталені способи або практики, які окремо або в різних комбінаціях можуть бути використані для запобігання, пом'якшення або зменшення дії та її наслідків:

1. Виберіть відповідне землекористування

Вибір землекористування для певної ділянки має відповідати типу та вразливості ґрунту до ерозії. Розташування, фізичні та хімічні характеристики ґрунту повинні визначати вибір землекористування.

Наприклад, круті схили найкраще підходять для вирощування кормових культур, тоді як ліси є доцільним землекористуванням для малопродуктивних земель з деградованими та низькопродуктивними ґрунтами.

2. Збереження органічної речовини

Органічна речовина – це те, що зв'язує ґрунт. Ґрунти з вищим вмістом органічної речовини є більш стабільними, мають гарну інфільтрацію та високу водоутримувальну здатність, що робить ґрунт менш схильним до ерозії.

Крім того, органічна речовина життєво важлива для життєдіяльності мікроорганізмів та кращого росту рослинності. Це також допомагає ґрунту бути стійким до ерозійної дії води. Це особливо ефективно для запобігання ерозії струмків, поверхневій ерозії, ерозії тунелів тощо.

Підтримка вмісту органічної речовини зазвичай вимагає перевірки балансу між швидкістю розкладання та швидкістю накопичення органічної речовини. Заплановані заходи, такі як зменшення порушення структури ґрунту та внесення гною або залишення рослинних залишків, служать для встановлення та підтримки цього балансу.

3. Встановлення покриття рослинними рештками

Залишення на землі рослинних залишків, що забезпечують покрив ґрунту, є перевіреним методом, що головним чином зменшує бризкову ерозію. Завдяки цьому дощова вода не контактує безпосередньо з ґрунтом і, отже, не легко розмивається. Крім того, це також контролює поверхневу ерозію, зменшуючи швидкість потоку води на поверхні.

Забезпечення рівня пожнивних залишків досягається шляхом скорочення обсягів обробітку ґрунту або використанням консервативного методу обробітку ґрунту.

4. Зменшений обробіток ґрунту

Інтенсивний обробіток ґрунту використовується з метою покращення орності, але він робить ґрунт легко піддається ерозії. Він порушує структурну цілісність ґрунту, зменшує вміст вологи та робить його вразливим до бризок дощу.

Отже, скорочення обсягів обробітку ґрунту або використання альтернативних методів є важливим для боротьби з усіма видами ерозії.

5. Використовуйте нульовий обробіток ґрунту або прямий посів

Нульовий обробіток ґрунту та прямий посів – це два ефективні методи боротьби з ерозією ґрунту, які часто використовуються в поєднанні для підвищення сільськогосподарської продуктивності земель. Нульовий обробіток ґрунту рівномірно розподіляє більшу частину рослинних залишків по всій площі, а стерня також залишається недоторканою.

Прямий посів передбачає посів сільськогосподарських культур безпосередньо на попередні рослинні залишки з використанням добрив та гербіцидів для заміни обробітку ґрунту з метою боротьби з бур'янами та кругообігу поживних речовин. Це економічний та корисний метод зменшення негативного впливу водної ерозії, а також збільшення врожайності.

6. Використовуйте пар для збереження

Використання парів було ефективним методом відновлення продуктивності землі шляхом залишення її безплідною протягом одного або кількох вегетаційних періодів.

Однак випадки помірної та сильної ерозії були поширеним явищем на парових ґрунтах, залишених без будь-якого покриття рослинними рештками, оскільки вміст органічної речовини в ґрунті зменшується зі збільшенням розкладання.

Щоб вирішити цю проблему, консерваційний пар залишає рослинні залишки під паром, що продовжує живити ґрунт органічною речовиною, одночасно зменшуючи обсяг обробних робіт.

7. Вирощуйте кормові культури та використовуйте сівозміни

Використання сівозмін та інтеграція кормових культур у сівозміну суттєво зменшує водну ерозію на фермах. Багаторічні кормові рослини мають мочкувату кореневу систему, яка захищає ґрунт як ззовні, так і знизу.

Вибір відповідного часу для сівозміни, а також найкращих сортів сільськогосподарських культур дозволяє фермі підтримувати здоровий цикл поживних речовин. Бобові та зернові культури, що чергуються з кормовими, дають найкращі результати проти цього зараження.

8. Використовуйте прямий посів для перетворення пасовищ

Метод прямого посіву культур у дерен допомагає усунути необхідність важкої оранки та боронування на пасовищах, зберігаючи при цьому ту саму кількість врожайність. Прямий посів можна здійснювати як за допомогою дискової, так і пневматичної сівалки.

9. Контроль сильної ерозії

Хоча впровадження належних практик для боротьби зі звичайною водною ерозією є ефективним, контроль її серйозних випадків, таких як яри та надмірне осадонакопичення, вимагає більш спеціалізованих заходів, таких як:

10. Водні шляхи з травою

Як випливає з назви, трав'янисті водні шляхи – це канали на сільськогосподарських угіддях, по яких росте трава, що відводить велику кількість води з землі до безпечного стоку. Водні шляхи служать для утилізації надлишкової води з сільськогосподарських угідь, не допускаючи розмивання ґрунту сільськогосподарських угідь.

Однак, новозбудовані водні шляхи схильні до руйнування через ерозійну дію води. Тому підтримка гарного трав'яного покриву на водних шляхах забезпечує сталий розвиток.

Водні шляхи з трав'янистими насадженнями повинні бути достатньо великими, щоб мати змогу відводити пікові обсяги води від злив та танення снігу, і тому слід враховувати історичні записи, а також розмір земель, які будуть осушені за допомогою водного шляху.

Під час створення трав'яного водотоку слід забезпечити пологий ухил і максимально дотримуватися звичайної схеми дренажу.

11. Облицьовані канали

Штучні канали, а також природні яри, допомагають відводити надлишок води від сільськогосподарських угідь. Вистилання каналів матами, які допомагають контролювати ерозію всередині каналу, робить канали стійкішими до ерозії берегів та дна каналу.

Облицьовані канали можна будувати з використанням біологічних засобів, таких як дерн, каміння та трави, а також штучного геотекстилю та бетону, які є дуже ефективними в обмеженні розширення ярів та відведенні періодичної води по схилах з ухилом 10 відсотків. Облицьовані канали також допомагають підтримувати якість води нижче за течією.

12. Конструкції падіння

Русло, яким тече вода, навряд чи є однорідним та плоским. Іноді перепад висот на невеликій відстані є достатньо великим, щоб прискорити кінетичні та гравітаційні сили води, що спричиняють ерозію.

У таких місцях будуються водоспускні конструкції для безпечного скидання води на нижчі ґрунти. Для цього використовуються різні типи водоспускних конструкцій, такі як вертикальні водоспускні конструкції, водоспускні конструкції з цементним розчином та водоспускні конструкції з труб. Серед них водоспускні конструкції з труб є простішими та менш витратними у будівництві.

13. Поперечний переріз конструкції з трубопровідного спуску:

Конструкції з опусканням труб також можуть відрізнятися залежно від потреб ділянки та способу будівництва. Найпростіші типи конструкцій з опусканням труб включають прокладання труби вздовж потоку каналу, що з'єднує висхідні та низхідні підйоми.

Поточна вода концентрується у вхідному отворі труби, а потім вода протікає всередині труби, яка через вихідний отвір повертається назад у канал.

Більш складна конструкція перепаду труб включає будівництво берми або зони зберігання вище за течією, де тимчасово затримується вода.

Одна або декілька пластикових труб з невеликими отворами як вхідні отвори в насипі прокладаються в землю, а їхні виходи відкриваються в канали нижче. Таким чином, вода видаляється повільніше, а утримання води вище за течією також допомагає підвищити рівень вологості.

14. Терасування

У пересіченій місцевості з крутими безперервними схилами тераси є найкращим варіантом для боротьби з водною ерозією та масовими рухами, такими як зсуви, спричинені нею.

Створення каналів на крутих схилах є складним завданням, а природні водні канали не можуть осушити всю територію. В результаті вода має тенденцію текти вздовж схилу та через ґрунт вниз по схилу. Тераси будуються вздовж контуру для контролю потоку води.

15. Поперечний розріз тераси

Створення терас у таких районах призводить до того, що стічні води перехоплюються терасами, і перехоплена таким чином вода відводиться через канали, що розділяють тераси.

Будівництво терас на нерівній місцевості включає вирізання або видалення матеріалів для формування каналів та використання матеріалу для формування рівнинної місцевості, яка називається бермами, де вирощуються сільськогосподарські культури.

Будівництво терас досить дороге, але враховуючи відсутність альтернатив на схилах, тераси є одним із найкращих варіантів для контролю цього, що додатково допомагає стабілізувати схил і збільшити продуктивний потенціал ґрунту.

Приклади водної ерозії

Приклади водної ерозії можна побачити всюди навколо нас. Своєрідна форма пагорбів і гір є результатом постійної дії води та вітру. Деякі з прикладів включають:

1. Печери: Печери є одними з найцікавіших природних форм рельєфу на землі, і вони значною мірою утворюються дією течії води протягом багатьох років.

Цей процес ще більше посилюється вугільною кислотою з карбіду кальцію породи, що може призвести до утворення печер завдовжки сотні кілометрів, подібних до мамонтової печери у Сполучених Штатах.

2. Ерозія берегів річки: Ерозія берегів річок – це видалення річкових матеріалів, присутніх на берегах річки, коли текуча вода б'ється об вигини річки.

Ерозія берегів річок є серйозною проблемою в сільськогосподарських системах заплав, де тисячі акрів оброблюваних земель щорічно змиваються через зрізання берегів річок.

3. Каньйони: Одним із найграндіозніших прикладів водної ерозії є Великий Каньйон, який утворився внаслідок ерозійної дії річки Колорадо мільйони років тому.

Великий Каньйон та інші каньйони по всьому світу є мальовничими уявленнями про його могутність.

4. Ерозія узбережжя: Ерозія берегів — це розмивання земель на узбережжі, що призводить до утворення прибережних скель та регулярного видалення прибережних земель.

Висновок

Вода – це потужна сила природи, і її ерозійний вплив може завдати серйозної шкоди загальній продуктивності сільськогосподарських угідь повсюди, особливо на малопродуктивних землях. Хоча причини водної ерозії можуть бути як природними, так і спричиненими людиною, існують певні фактори, такі як властивості ґрунту та характеристики опадів, які визначають її серйозність.

Крім того, з цим найкраще боротися якомога раніше, коли звичайні операції з обробки ґрунту та впровадження належної сільськогосподарської практики можуть ефективно та економічно контролювати його. Однак сильна ерозія, спричинена водою, або її потенційний ризик ерозії вимагає інших заходів, таких як споруди з обрізанням, тераси, трав'янисті водойми та облицьовані канали.

Зрештою, засоби боротьби з водною ерозією можна звести до підтримки належного покриву крони та структурної цілісності ґрунту. Її запобігання та пом'якшення є життєво важливими для підтримки сільськогосподарської та фермерської діяльності на сільськогосподарських угіддях.

Поширені запитання

1. Який тип водної ерозії виникає, коли вода стікає схилами в невеликих руслах?

Ерозія струмків — це тип ерозії, який виникає, коли вода стікає вниз по схилах невеликими каналами. Вона виникає, коли дощова вода або стічні води створюють невеликі, неглибокі канали в ґрунті.

Ерозія струмків може бути передвісником серйозніших форм ерозії, якщо її не контролювати. Важливо впроваджувати належні методи охорони ґрунту для запобігання та пом'якшення ерозії струмків.

2. Яка найбільш ерозійна сила води?

Найбільш ерозійна сила води відома як “покривна ерозія”. Вона виникає, коли тонкий шар води стікає по великій площі, спричиняючи відшарування та перенесення частинок ґрунту.

Ерозія ґрунту може бути особливо руйнівною, оскільки вона може призвести до втрати родючого верхнього шару ґрунту. Впровадження заходів щодо збереження ґрунту, таких як контурна оранка та терасування, може допомогти пом'якшити наслідки ерозії ґрунту та захистити землю.

3. Як ерозія ґрунту може потрапити у водойму?

Еродований ґрунт може потрапляти у водойму в процесі, який називається “седиментація”. Коли відбувається ерозія ґрунту, частинки еродованого ґрунту виносяться стоком води або вітром. Ці частинки зрештою можуть потрапити в сусідні річки, струмки або озера, забруднюючи воду.

Седиментація становить ризик для водних екосистем, оскільки вона може порушити водне життя, знизити якість води та вплинути на загальний стан водойми. Впровадження методів охорони ґрунтів та підтримка рослинних буферних зон може допомогти зменшити ерозію ґрунту та запобігти седиментації у водоймах.