Вода і грунт
ТАБЛИЦЯ 6-C: Розрахунок ETP за турецькою формулою.
ТАБЛИЦЯ 6-D: Розрахунок ETR за турецькою формулою (цю формулу можна використовувати, коли десятиденні або місячні значення температури та опадів відсутні).
ТАБЛИЦЯ 6-E: Річний баланс, розрахований на території Туреччини.
ETP сильно варіюється залежно від регіону та пори року: у Паризькому басейні він становить лише кілька мм в зимовий місяць, але може досягати 200 мм у липні. Середнє значення ETR у Франції відповідає 3/5 опадів.
Ефективна кількість опадів дорівнює кількості води, яку приносять опади за мінусом реального випаровування: це кількість води, яка проникає в землю і становить корисний запас; частина опускається до рівня води, коли перевищена максимальна потужність корисного запасу. Випадок зі снігом особливий. Спочатку вологість ґрунту, інфільтрація та стік дорівнюють нулю. Випаровування відбувається у формі сублімації (безпосередній перехід з твердого стану в газовий). При таненні важлива інфільтрація, оскільки подача води повільна. Стік, як правило, низький; з іншого боку, вона велика, коли земля глибоко замерзла і протистоїть проникненню.
Рисунок 10: Місце ґрунтової води у кругообігу води
Вивчення водного балансу має велике значення для технічних культур. Оцінка корисного запасу ґрунту допомагає визначитися з необхідністю зрошення задовго до ознак в’янення рослини. Тим не менше, ETP - це середнє значення, розраховане для рослинного покриву та природного ґрунту, яке не відповідає особливим умовам оброблюваних земель. Необхідно враховувати культивовані види рослин та їх стан рослинності. Ми модулюємо значення ETP за допомогою коефіцієнта врожаю кк може бути більше 1 протягом періоду повної активності рослин. Ця величина ETP на оброблюваній землі - це Максимальна евапо-транспірація або І М.
ETM = ETP. Kc
Для досягнення максимального врожаю рослини завжди повинні мати достатню кількість води для випаровування кількості, рівної ETM. Тому необхідно доповнювати об'єм води, що забезпечується опадами, виведенням з поверхневої мережі або з рівня води. Ця практика може призвести до надмірної експлуатації ресурсу, якщо додатковий вилучений обсяг більший, залежно від конкретного випадку, більший, ніж стік та/або проникнення у поверхню води.
ТАБЛИЦЯ 6-F: Значення випаровування в глобальному циклі води.
Реймс, 1975-90, після К'єзі (1993).
Рамбуйе, 1989-90 (змінено за Кулоном, 1992)
ТАБЛИЦЯ 6-G: Водний баланс у Реймсі (після К'єзі) та Рамбуйє (після Кулона).
4. ВИКОРИСТАННЯ РОСЛИН ГРУНТОВОЇ ВОДИ
Коріння рослин черпають воду з корисного запасу ґрунту і розсіюють її в атмосфері шляхом випаровування. Якщо доступна вода зменшується, а напруга всмоктування ґрунту зростає, коріння все більше ускладнюється у видобуванні води, зменшується випаровування; він стає нижчим за ETP: це справжній ET. Нижче напруги всмоктування в 1 атмосферу (1000 гПа), поглинання води корінням значно зменшується; вона дорівнює нулю при досягненні точки в’янення (зазвичай 16 атмосфер, тобто pF = 4,2). Ця постійна точка в’янення сильно відрізняється залежно від текстури грунту.
Точка
в’янення
Місткість поля
Вода доступна для
рослина
ТАБЛИЦЯ 6-H: Точка в’янення, місткість поля та вода, доступні для рослини відповідно до різних типів грунту. Ці значення виражаються відповідно до співвідношення (об'єм вміщеної води/об'єм ґрунту) - натхненний ROWELL, 1994 -.
Об'єм, зайнятий корінням рослини в ґрунті, має велике значення для поглинання води. Кореневий простір змінюється залежно від рослин і характеру грунту. Коріння пшениці опускаються до 50 см у пісок, але можуть досягати 1,50 м у мулі; вкорінення кукурудзи сягає глибини 1,70 м; коріння картоплі не перевищує 0,60 м. У напівзасушливих зонах коріння такої трави, як Альфа, опускається до 2 м. У помірному лісі ефективний кореневий простір дерев не перевищує 1 м для водопостачання. Загалом, неглибокі коріння можуть подолати більшу напругу всмоктування та отримати воду навіть у видимо сухому грунті.
Потреба у воді відрізняється від рослини до рослини. Гідрофільним видам потрібна вода, яку легко засвоїти: тому необхідно, щоб корисний запас поповнювався капілярним підйомом з листа (справа тополі, вільхи). Ксерофільні види пристосовані до посухи, вони можуть витягувати воду для напруги всмоктування поблизу точки в’янення (сосна звичайна, трав’янисті рослини сухих газонів). Мезофільні рослини мають проміжну поведінку.
5. СТОК І ЕРОЗІЯ ГРУНТУ
5.1 Природні фактори, що діють на стік
Інтенсивність поверхневого стоку залежить головним чином від кліматичних, топографічних та педологічних умов.
* Кліматичні фактори
* Грунтові фактори
Проникність поверхні та здатність утримувати воду ґрунту сприяють інфільтрації і тому протистоять стоку. Потік інфільтрації залежить від стану поверхні та системи пористості, які самі обумовлені компактністю, розтріскуванням та біологічною активністю (макропори, галереї). Під дією дощів поверхня ґрунту перетворюється з фрагментарного пористого та пухкого стану на більш суцільний і компактний. Поверхневий шар утворює биючу кірку, яка зменшує швидкість інфільтрації і, отже, сприяє стоку. Батантні кірки розвиваються особливо на мулистих ґрунтах: швидкість інфільтрації може зменшитися з декількох десятків мм на годину до менш ніж 1 мм на годину, коли утворюється кірка батансу; вода тече, поки ґрунт не насичений водою на глибині. Водна історія ґрунту також втручається: ґрунт, насичений опадами, не зможе поглинути наступні опади. Глибина ґрунту також відіграє певну роль: мілководдя на непроникній породі буде областю сприятливого стоку, зоною сприятливого стоку.
* Топографічні фактори
Величина схилу обумовлює швидкість поверхневого потоку води; його довжина сприяє високим витратам і концентрації потоків води.
* Овочевий покрив
Рослинність протистоїть стоку та сприяє інфільтрації. Стебла становлять перешкоди для поверхневого потоку, які зменшують швидкість потоків води. Коріння підвищують проникність грунту.
Рисунок 10b: Роль рослинного покриву у стоці
ТАБЛИЦЯ 6-I: Вплив природи рослинного покриву на стік
Рисунок 11: Вплив антропізації на утворення відкладень схилу (з роботи Волмана у передгір’ях штату Меріленд).
Рисунок 12: Вплив обробітку на виробництво осадів у вододілі річки Потомак (з роботи Уолка та Келлера, 1965).
Рисунок 13: Вплив природи рослинного покриву на утворення осадів водозбору (за різними вимірами Урсіча та Денді в США).
Рисунок 13b: Інтенсивність стоку на кукурудзяній ділянці у травні 1998 р. (LUDWIG, 1999): ущільнення, викликане колісними коліями, сприяє стоку.
5.2 Ерозія ґрунту
Поверхневий стік може нести частинки грунту. Через свій економічний вплив ерозія ґрунту була добре вивчена для ґрунтових культур, які залишаються голими протягом частини року (принаймні під час обробки грунту під час оранки). У наших регіонах це явище ерозії слабке або взагалі не зустрічається під природним рослинним покривом, тобто під листяним лісом. З іншого боку, ерозія інтенсивна в напівзасушливих до посушливих кліматичних зонах, де рослинний покрив зменшений.
* Ефект сплеску
Краплі дощу розбивають грудки та заповнювачі та викидають рвані частинки. Це явище відскоку під ударом, або “бризок”, зміщує частинки на кілька десятків см, відстань залежить від маси частинок і кута падіння дощових крапель відносно поверхні. Дрібні частинки, що витісняються, затримуються між більш грубими елементами і закривають пори: поверхня ґрунту втрачає свою інфільтраційну здатність, а на деяких ґрунтах з’являється биття кірки. Маса пухкого ґрунту може становити близько декількох десятків тонн на гектар на рік.
. структурна кора осадова кора
початковий стан фрагментарне, пористе та пухке закриття поверхні шляхом осадження ефектом розбризкування в калюжах
можлива інфільтрація: 30-60 мм/год. 2-6 мм/год. 1 мм/год
ТАБЛИЦЯ 6-K: Модифікація поверхні грунту під дією дощу (натхненний BOIFFIN в БУСЬЄ).
* Захоплення частинок стоком
Вода стікає з землі у вигляді аркуша води, дифузних цівок або концентрованого потоку. Він діє на землю зсувною силою, яка відриває частинки, а потім транспортує їх. Умови видалення, транспортування та остаточного осадження залежать від швидкості потоку та розміру частинок. таким чином, для даного ґрунту є критична швидкість розриву та гранична швидкість нижче теїту, нижче якого частинки осідають. Ерозія відбувається у вигляді шару (ареолярна ерозія) у разі дифузного стоку; розривання частинок є вибірковим, воно виробляється розбризкуванням по всій поверхні, транспорт низький і осад близький у формі змови. Ерозія рилу з’являється, коли стік концентрується і набуває достатньої тягової сили, щоб локально мобілізувати всі частинки. Спочатку утворюються прості подряпини, потім дециметричні канали, які можуть перерости в метричні балки.
* Сприятливі фактори
На додаток до факторів, що сприяють стоку, захопленню частинок ґрунту сприяють такі характеристики ґрунту, як їх текстура, мінералогія та органічні речовини, які він містить. Суглинкові та супіщані ґрунти найбільш чутливі до ерозії, тоді як більш дрібні глинисті ґрунти більш стійкі до дії зсуву стоком води. Грубозернисті грунти мало піддаються ерозії через велику масу частинок або стійкість заповнювачів. Відшарування частинок важливо для розмірів зерен від 63 до 250 мкм. Стійкість заповнювачів підтримує структуру грунту і протистоїть ерозії. Набухаючі глини, такі як смекти, знижують стійкість заповнювачів, органічні речовини навпаки сприяють агрегації частинок і інфільтрації.
УНІВЕРСАЛЬНЕ РІВНЯННЯ ВТРАТИ ГРУНТУ
A = втрата грунту
R = коефіцієнт ерозійності опадів
K = чутливість ґрунту до ерозії
L = довжина схилу
S = нахил схилу
С = ґрунтовий покрив
Р = заходи захисту грунту
ТАБЛИЦЯ 6-K: Ерозія ґрунту за формулою WICHMEIER
5.3 Дія людини
Дорожні та міські забудови, що збільшують непроникну поверхню, сприяють стоку. Якщо не вжити відповідних заходів для управління нею, ця поверхнева вода сприятиме захопленню ґрунту. Коефіцієнт стоку в міських районах та на твердих дорогах, як правило, перевищує 90%. Але саме останні трансформації сільського господарства в наших регіонах прискорили ерозію ґрунту.
Консолідація, яка посилилася в 1960-х роках, призвела до збільшення розмірів ділянок і, відповідно, до ліквідації живоплотів, насипів і канав. Луки (поверхні завжди в траві) занепадають на користь розораних земель (наслідок збільшення виробництва молочних корів та квот на молоко). Ярі культури, що заохочуються субсидіями, набувають все більшого поширення (соняшник, кукурудза, буряк). Посилюється використання фітосанітарних продуктів і зростає врожайність з гектара (для пшениці перевищується врожайність у 100 центнерів з гектара). Відновлення похилих земель для розвитку виноградної лози (шампанське) прискорює стік. Знищення бур’янів гербіцидами залишає грунт оголеним між культурними рослинами.
Зміна методів обробітку ґрунту шляхом механізації збільшує ризик ерозії. Обробка грунту глибша, оранка проводиться в напрямку схилу, грунт ущільнюється вагою все більш громіздкої техніки, в глибині формується компактна і не дуже проникна плужна підошва, на якій може з’являтися глибокий стік (" підшкірний "). Помноження методів обробітку надмірно вдосконалює ґрунт, який набагато вразливіший до тренувань.
Підживлення мінеральними добривами за рахунок органічного гною збільшує негайний урожай, але поступово руйнує ґрунт. Забрудненість ґрунту в органічній речовині зменшується (за 20 років вона впала з 3% до 2%), заповнювачі менш стійкі і легше розсіюються дощами. Зниження вмісту органічної речовини та використання фітосанітарних продуктів (осушувачів, пестицидів.) Призводить до відповідного зниження біологічної активності ґрунту. Дощові черв'яки, менш численні, більше не забезпечують "біологічну оранку", забезпечуючи гомогенізацію та аерацію грунту, в той час як сприяє утворенню кірок ватин.
5.4 Пошкодження, спричинені ерозією ґрунту
Окрім чітко помітного пошкодження оброблюваних земель, є ще набагато підступніші пошкодження нижче за течією, спричинені збільшенням стоку та захопленням частинок грунту.
* Збиток, спричинений "стихійними лихами"
Тут можуть зберігатися селеві потоки, повені, підрив дорожнього покриття, засмічення каналізаційних мереж та утримуючих зливових споруд, замулення водотоків.
* Погіршення якості води
Стічна вода живить річки, які завантажені M.E.S. Підвищена каламутність у воді змінює трофічний баланс і навіть може призвести до задухи риби. Замулення негативно позначається на розвитку мальків. Русло річки може бути засміченим, а обмін з алювіальною водою перерваний.
Поглинання частинок ґрунту у поверхневі води супроводжується також внесенням сільськогосподарських ресурсів (добрив, пестицидів) та забруднювачів промислового, міського та дорожнього походження. Додавання азоту та фосфору спричинює евтрофікацію річки (або прибережної зони). Екологічний вплив фітосанітарних продуктів визнаний, але важчий для оцінки через множинність цих речовин та їх широкий спектр дії. Важкі метали також транспортуються стоком.
5.5 Заходи боротьби зі стоком та ерозією ґрунту
* Покращена структура грунту (Солтнер, 1992)
Посилити стійкість грунту до захоплення водою та вітром шляхом поліпшення стійкості його структури за допомогою змін гумусу та поправок вапняку, які стабілізують глинисто-гумінові комплекси.
Збільште проникність грунту, отже, зменшіть стік шляхом відповідного обробітку ґрунту:
створювати тріщини в насичених грунтах
містять органічні речовини
стабілізувати глинисто-гумінові комплекси (поправки)
чергувати культури, що мають різну кореневу систему та органічні залишки.
Однак слід уникати:
надмірний обробіток ґрунту, який спричиняє надто дрібне обсипання та сприяє обмолоту на суглинних грунтах
ущільнення ґрунту багаторазовим проїздом сільськогосподарської техніки.