2. Методи і способи осушення заболочених земель.

Надмірно зволожені мінеральні й органогенні грунти поширені переважно в західних областях та на Поліссі України. Ґрунтовий покрив і підстильні породи в цих регіонах дуже різноманітні. За ступенем заболоченості мінеральних земель, типом ґрунтів і підстильних порід, іншими чинниками, що впливають на вибір методу і способів осушення, всю територію поширення заболочених земель можна поділити на чотири провінції:

1) перша провінція займає майже всю площу Поліської низовини в межах України (басейн р. Прип'ять). Південну її межу можна умовно провести по лінії Луцьк - Рівне - Житомир - Київ, північну - по державному кордону. Тут переважають дерново-підзолисті, піщані, супіщані і глинисто-піщані ґрунти з фільтрівним ілювіальним прошарком. Посіви на цих ґрунтах не вимокають, але в окремі роки спостерігається підтоплення понизь підґрунтовими водами у зв'язку з високим загальним рівнем їх стояння.

Сильно підзолисті супіщані і глинисто-піщані ґрунти з водонепроникним шаром ілювію, що затримує воду на поверхні, трапляються тільки у мікрорельєфних пониззях, які поширені територією нерівномірно; їх називають вимочками (блюдцями). В окремих районах вони становлять 5 % усієї площі. Крім вимочок, тут часто надмірно зволожуються дерново-підзолисті глейові і дерново-підзолисті суглинкові ґрунти, які залягають також на пісках, але мають водонепроникний ілювіальний прошарок на глибині 0,3 - 0,6 м.

2) друга провінція займає вододільне Волино-Подільське плато, верхні частини басейнів Прип'яті і Західного Бугу, а також лівобережну частину басейну Дністра. Вона характеризується найбільшою різноманітністю ґрунтово-геологічних умов, проте тут переважають ясно-сірі, сірі опідзолені ґрунти та опідзолені чорноземи, що сформувалися в основному на лесових породах, які підстелені мертелями, глинами, щільними вапняками і в окремих випадках - лесами. У Львівській обл. ці ґрунти часто карбонатні і залягають безпосередньо на мергелях. їх гумусово-ілювіальний і ілювіальний горизонти, що мають товщину 30 - 60 см, водопроникні. Нижче залягає ілювіальний, дуже ущільнений, важкого гранулометричного складу горизонт, практично водонепроникний. Підстильні породи малопроникні для води або зовсім водонепроникні.

Ясно-сірі і сірі опідзолені ґрунти майже завжди на поверхні оглеєні внаслідок застоювання води атмосферних опадів над ілювіальним горизонтом.

3) третя провінція знаходиться на території північно-східного Прикарпаття, тобто на правобережній частині басейну Дністра і правобережній частині басейну Пруту в межах Львівської, Івано-Франківської та Чернівецької областей.

Основними ґрунтовими відмінами тут є дерново-середньопідзолисті поверхнево оглеєні і дерново-глейові ґрунти, що залягають на глинах. Товщина ґрунтових горизонтів змінюється в межах 0,3 - 1,0 м. Як і в перших двох, у третій провінції ілювіальні горизонти, що залягають на глибині 0,3 - 0,6 м, водонепроникні. Вимокання посівів сільськогосподарських культур тут трапляються частіше і на більших площах, ніж в інших провінціях.

4) четверта провінція займає передгірну і рівнинну частини Закарпатської обл. Тут переважають дерново-глеєві ґрунти у комплексі з підзолисто-глеєвими і болотними, дерново-середньопідзолисті і дуже підзолисті оглеєні важкосуглинкового і середньосуглинкового гранулометричного складу. Підстильними породами цього комплексу ґрунтів є важкі суглинки, глини і мергелі.

Отже, якщо в поліських районах з рівнинним рельєфом і піщаними, піщано-суглинковими і супіщаними ґрунтами, які залягають на пісках, надмірне зволоження орних земель спричинюють мікропониззя з оглеєними, сильно опідзоленими грунтами, а в окремих випадках - близьке до поверхні залягання підґрунтових вод, то в Прикарпатті і Закарпатті надмірне зволоження орного шару трапляється внаслідок великої кількості опадів, близького залягання непроникного для води горизонту і слабкої водопроникності підорного шару, особливо ілювіального горизонту.

Поряд з надмірною зволоженістю орних земель і вимоканням посів у весняний період та під час тривалих дощів досить частими є періоди, коли кількість атмосферних опадів не перевищує 20 мм на місяць, у зв'язку з чим врожай сільськогосподарських культур різко знижується через нестачу вологи у ґрунті.

Швидке пересихання орного шару ґрунтів, що поширені в західних областях і на Поліссі України, пояснюють тим, що ці ґрунти неспроможні утримувати великі запаси вологи, потрібної для рослин на період короткочасних посух.

Піщані ґрунти Полісся внаслідок переважання в них некапілярних пор над капілярними мають велику фільтрівну здатність: вода швидко проходить крізь кореневмісний шар у глибші горизонти, водоутримувальна здатність таких ґрунтів мала. У важких підзолистих ґрунтах внаслідок їх безструктурності і близького залягання водопідпору проникнення води у ґрунт утруднене, а випаровування полегшене через густу мережу тонких капілярів, що пронизують верхній ґрунтовий шар.

Отже, нерівномірний розподіл опадів по місяцях і несприятливі водно-фізичні властивості ґрунтів західних областей і Полісся України змушують передбачати в проектах щодо осушення земель не лише відведення надлишкових вод з поверхні поля та з орного шару, а й створення умов для накопичення якомога більшої кількості вологи в глибших, доступних для рослин горизонтах, щоб забезпечити регулювання водно-повітряного режиму ґрунту протягом усього вегетаційного періоду рослин.

В Україні застосовують такі методи осушення заболочених земель:

1) прискорення поверхневого стоку;

2) прискорення стоку орним шаром (відведення води крізь орний шар поверхнею водонепроникного, підорного шару);

3) захист осушуваної території від дії підґрунтових і поверхневих вод.

Як і утворення боліт, заболочення мінеральних земель нерідко відбувається за одночасної дії кількох чинників, тому виникає потреба в застосуванні кількох способів осушення. Найчастіше застосовують такі:

1) закритий (переважно гончарний) дренаж;

2) розріджений закритий гончарний дренаж у поєднанні з кротуванням і агромеліоративними заходами;

3) вибірковий закритий дренаж з рідкою мережею відкритих каналів;

4) захисну систему напірних каналів та вловлювальних дрен;

5) обвалування території для запобігання затопленню її високими повеневими водами;

6) агромеліоративні заходи без будівництва стаціонарної осушувальної мережі.

Часто вдаються відразу до кількох способів осушення одного й того самого об'єкта. Наприклад, розріджений дренаж з рідкою мережею каналів у поєднанні з кротовим дренажем та агромеліоративними заходами застосовують на ґрунтах важкого гранулометричного складу, якщо на глибині не більш як 0,4 м залягають практично водонепроникні глини або важкі суглинки.

Вибірковий закритий дренаж з рідкою мережею відкритих каналів будують у тих випадках, коли надмірне зволоження спостерігається не на всій території, а тільки на окремих знижених ділянках, у місцях малоінтенсивного витікання підґрунтових вод (перша провінція).

Агромеліоративні заходи без спорудження стаціонарної осушувальної мережі можна застосовувати тільки тоді, коли ступінь надмірного зволоження невеликий і воно короткочасне, трапляється на досить розчленованому рельєфі (середній схил поверхні більший за 0,01). Агромеліоративні заходи, незважаючи на їх доступність і простоту, ще не набули поширення через відсутність знарядь для їх здійснення.

Результати досліджень засвідчують, що головною особливістю водного режиму болотних і заболочених ґрунтів є нерівномірність розподілу водних ресурсів протягом вегетаційного періоду і невідповідність їхніх витрат водоспоживанню сільськогосподарськими рослинами в різні періоди вегетації.

Навесні, на початку вегетаційного періоду, водні ресурси на осушених землях найбільші, а витрати вологи на випаровування ґрунтом і транспірацію рослин - незначні. В цей період рослини повною мірою забезпечені вологою і необхідне відведення зайвої води.

У другій половині літа, коли рослини інтенсивно розвиваються і формується врожай, у середньосухі й посушливі роки спостерігається нестача води. В цей період дефіцит вологи для різних сільськогосподарських культур значний і становить від 800 до 2000 м³/га.

У зв'язку з цим головне завдання осушення полягає не в простому відведенні води з осушуваних площ, а в регулюванні природного, стихійного водно-повітряного режиму болотних ґрунтів і заболочених земель протягом вегетаційного періоду.

Мета регулювання водного режиму ґрунтів полягає в цілковитому задоволенні потреб у воді всіх культур, які вирощують у певних природно-кліматичних умовах, для отримання якомога більшого економічного ефекту від осушення земель. Поряд з цим осушувальні заходи не повинні ускладнювати використання сучасних сільськогосподарських машин і знарядь, створювати сприятливі умови для своєчасного вивезення з осушених земель урожаю, бути доступними за ціною.

Вимоги сільськогосподарських культур до водно-повітряного режиму ґрунту дуже різні. В основному вони залежать від фітобіологічних особливостей окремих видів і сортів вирощуваних культур, типу ґрунтового покриву, кліматичних особливостей зони і року, фази розвитку рослин і пори року. Верхня межа оптимальної вологості ґрунту для росту рослин визначається тільки ступенем його аерації, бо забезпечення рослин вологою буде кращим за вищої вологості. Оптимальна для росту рослин вологість ґрунту коливається від 90 до 50 % повної вологоємності ґрунту.

Доведено, що найсприятливіша вологість ґрунту для багаторічних лучних трав становить 75 - 80 %, для зернових культур - 70 -75, для овочевих і технічних культур - 60 - 66 % повної вологоємності.

У практиці сільськогосподарського виробництва вологість мінеральних ґрунтів легкого гранулометричного складу і торфовищ прийнято визначати за рівнем підґрунтових вод. Оптимальна глибина їх залягання, що забезпечує найвищі врожаї сільськогосподарських культур, ототожнюється з нормою осушення. Однак це не поширюється на ґрунти важкого гранулометричного складу з водопроникними підґрунтовими шарами, де відсутній суцільний рівень підґрунтових вод.

Як і вологість ґрунту, норма осушення для певної сільськогосподарської культури протягом вегетаційного періоду змінюється. На його початку, у посівну кампанію, норма осушення має бути такою, щоб осушені землі стали цілком прохідними для сільськогосподарських машин і знарядь, не пересихав орний шар ґрунту і створювались найсприятливіші умови для проростання висіяного насіння і розвитку молодих рослин. Ці вимоги задовольняються за такого рівня підґрунтових вод, за якого витрати води на випаровування з відкритої поверхні ґрунту своєчасно поповнюються за рахунок капілярного припливу вологи. Дослідженнями вчених УкрНДІГІМ встановлено, що для середньорозкладених торфових ґрунтів рівень підґрунтових вод повинен коливатися від 55 см у середньопосушливі місяці до 70 см у середньовологі. При цьому ґрунти стають цілком прохідними для сільськогосподарських машин і знарядь.

У міру росту й розвитку сільськогосподарських культур та посилення транспірації рівень підґрунтових вод і вологість ґрунту поступово знижуються. Максимально допустиме зниження рівня підґрунтових вод залежить від фітобіологічних особливостей сільськогосподарських культур (глибини поширення основної маси коренів), кліматичних чинників (кількості, розподілу атмосферних опадів, температури й вологості повітря) та водоутримувальних властивостей ґрунту (висоти ефективного капілярного підняття).

На початку вегетаційного періоду оптимальні рівні підґрунтових вод для всіх культур (табл.) однакові і становлять у середньопосушливі місяці 55 см, середні за зволоженням - 60 і середньовологі - 70 см. Проте за всіх однакових умов гідрологічний режим мінеральних і органогенних ґрунтів формується по-різному.

Таблиця. Оптимальний для сільськогосподарських культур рівень підґрунтових вод протягом вегетаційного періоду на осушених торфовищ

Зміна водного і повітряного режимів ґрунту під дією дренажу з часом впливає на всі інші процеси, які відбуваються в ньому. Цей вплив може бути як позитивним, так і негативним. Позитивним вважають створення сприятливих умов для аерації ґрунту й розкладання органічних речовин. Винесення водорозчинних речовин із ґрунту дренажними водами - негативне явище, що супроводжує осушувальні меліорації.

Аналіз агрохімічних властивостей ґрунту засвідчує, що дреновані ґрунти різняться більшою кислотністю, меншою сумою поглинених речовин (лугів) і зниженим ступенем насичення основами. Вміст поглиненого кальцію дещо вищий у недренованих ґрунтах, а рухомого алюмінію - в дренованих. Це означає, що в дренованих ґрунтах лужноземельні елементи вимиваються сильніше, ніж у недренованих.

Під дією різних чинників (фізико-географічних, фізико-хімічних, біологічних, штучних) дренажними водами вимиваються поживні речовини. Дія цих чинників комплексна, однак міра впливу кожного з них у конкретній обстановці неоднакова (табл. ).

До фізико-географічних чинників належать ґрунтовий покрив, рельєф і кліматичні умови.

Рельєф впливає на умови водообміну, що визначає мінералізацію і хімічний склад дренажних вод. Залежно від рельєфу розподіляються атмосферні опади. На підвищеннях і схилах поверхневий стік посилюється. У пониззях він сповільнюється, що спричинює підвищену інфільтрацію води в ґрунт і збільшує надходження води в дренажну мережу. Тому в таких місцях інфільтрація води в дрени відбувається інтенсивніше, ніж на рівному полі, де атмосферні опа­ди дуже рідко призводять до формування поверхневого стоку. В понижених місцях рельєфу атмосферна і поверхнева вода, що потра­пила в дренажну мережу, має нижчий ступінь мінералізації, ніж ізичайна дренажна вода на рівнинних полях.

Кліматичні умови - один з найважливіших чинників, що формує загальний фон для розвитку процесів, які впливають на якісний склад вод.

Дренажний стік у весняний період розпочинається ще до повного відтавання ґрунту. Спочатку в дрени потрапляє слабкомінералізована вода талого снігу. Вона ще слабко промиває товщу ґрунту і рухається до дрени тріщинами. Через низькі температури ґрунту дренажної води, а також недостатній контакт води з мерзлим ґрунтом розчинення солей кальцію, натрію та інших елементів утруднене. Тому напровесні води дренажного стоку мають низький ступінь мінералізації.

Рослинність - важливий чинник формування хімічного складу дренажних вод. Відомо, що кількість та інтенсивність транспірації води залежить також від виду рослин. Транспіруючи велику кількість вологи, рослинність впливає на хімічний склад ґрунтових розчинів. У результаті вибіркового поглинання іонів рослинами можуть змінюватись рН і гідрохімічний склад ґрунтового розчину. Вибірковість рослин полягає в тому, що окремі їх види здатні поглинати з розчину і накопичувати у своїх тканинах велику кількість певних хімічних елементів. Так, на полі кормових бобів концентрація нітратів у дренажних водах становила 14,5 - 41,6 мг/л, а під багаторічними травами - лише 0,5 - 1,0 мг/л. Сільськогосподарські культури впливають і на динаміку вимивання з ґрунту інших поживних речовин.

Мікроорганізми відіграють важливу роль у процесах метаморфізації хімічного складу дренажних вод. їх склад і розподіл у дренажних водах вивчені недостатньо. Мікроорганізми вливають на хімічний склад дренажних вод у результаті збільшення в ґрунтовому розчині концентрації вуглекислого газу, який виділяється під час дихання організмів і життєдіяльності кореневої системи.

Удобрення на осушених гончарним дренажем ділянках внесення добрив у ґрунт є одним з основних чинників, що впливає на хімічний склад дренажних вод. У разі внесення великих доз добрив, у тім числі мінеральних, властивості дренажних вод та їх концентрація різко змінюються. Ці зміни відбуваються не тільки за рахунок надходження водорозчинної частини добрив, а й їх взаємодії з твер­дою фазою ґрунту - його вбирним комплексом. У результаті значно підкислюється ґрунтовий розчин і збільшується рухливість низки елементів ґрунтотворення.