Kropla drąży skałę?
WYDZIAŁ BIOLOGII I NAUK O ZIEMI
INSTYTUT GEOGRAFII I GOSPODARKI PRZESTRZENNEJ
Szacuje się, że w krajach członkowskich Unii Europejskiej około 130 mln hektarów odpowiadających 13% całkowitej powierzchni obszaru lądowego Europy jest dotkniętych erozją wodną gleby. Na prawie 20% tego terytorium straty gleby przekraczają średnio dziesięć ton z jednego hektara na rok.
Erozja wodna gleby stanowi poważny problem, powodujący wiele niekorzystnych następstw. Jednym z nich jest obniżenie zawartości próchnicy, co utrudnia tworzenie stabilnej struktury gleby i zmniejsza jej porowatość, a to z kolei ogranicza pochłanianie i zatrzymywanie wody przez grunt, ułatwiając jednocześnie występowanie spływu powierzchniowego. Wraz z nasileniem procesów erozji dochodzi do wypełniania drobnymi ziarnami próżni istniejących pomiędzy większymi ziarnami i połączonymi ze sobą mniejszymi cząstkami, czyli następuje zagęszczanie gruntu oraz dochodzi do jego zaskorupienia. Wszystkie te zmiany prowadzą do obniżenia żyzności gleby. Należy przy tym pamiętać, że gleba jest w zasadzie zasobem nieodnawialnym, ponieważ jej usuwanie w wyniku erozji może następować błyskawicznie, a procesy glebotwórcze i naprawcze przebiegają bardzo wolno.
Poddane działaniu erozji i dostarczane bezpośrednio do koryt potoków cząstki gleby wpływają na jakość wody, ponieważ składniki odżywcze (fosfor, azot) i środki ochrony roślin przedostają się wraz z nimi do wód, powodując ich eutrofizację, czyli wzbogacenie w substancje użyźniające – co w większości przypadków nie jest procesem korzystnym (np. występuje tzw. zakwity wody). Zmniejszenie erozji jest zatem jednym z najważniejszych zadań zmierzających do poprawy jakości różnych typów płynących i stojących wód powierzchniowych.
Erozja gleby na obszarach rolniczych prowadzi do trwałych i nieodwracalnych zmian rzeźby terenu. Na stokach poddana erozji gleba jest akumulowana u ich podnóży lub na dnie dolin. W dłuższych okresach taki proces powoduje zmiany kształtu i długości stoków czy nadbudowywanie den dolin. Często w wyniku intensywnej erozji linijnej dochodzi do rozczłonkowania stoków żłobinami i wąwozami, co prowadzi do takich zniszczeń terenu, że niemożliwa staje się jego uprawa.
Badania erozji gleb są realizowane od dziesięcioleci w wielu państwach przez duże zespoły badawcze i przy znacznym dofinansowaniu, gdyż powszechnie uznawane jest ich praktyczne znaczenie dla właściwego prowadzenia gospodarki rolnej, wodnej oraz planowania przestrzennego. Jednocześnie prace tego typu stanowią duże wyzwanie – nie tylko dlatego, że są czaso-, praco- i kapitałochłonne, ale również przez wzgląd na trudności metodyczne. Jedną z najważniejszych kwestii, jaka pojawia się w związku z tymi badaniami jest pytanie o reprezentatywność uzyskanych wyników, gdyż procesy erozyjne zachodzą lokalnie, niesynchronicznie i często w sposób trudno dostrzegalny, a wpływ na nie ma wiele czynników przyrodniczych i antropogenicznych. Dlatego szczególnie wartościowe są dane pomiarowe pochodzące z pojedynczego miejsca i wykonywane w długim okresie, gdyż dopiero na ich podstawie można formułować jednoznacznie wnioski na temat prawidłowości występowania oraz skutków procesów erozyjnych.
Pomiary erozji wodnej gleby: obszar doświadczalny do pomiaru bombardującej
działalności kropel deszczu (A), obszar doświadczalny do pomiaru spłukiwania
i erozji linijnej (B), zbiorniki oraz budki limnigraficzne (C), wnętrze instalacji zbiorczej (D),
fot.: Jolanta Święchowicz
Jak mierzyć erozję wodną gleby?
Erozja wodna gleby na stokach jest procesem złożonym, który obejmuje „bombardującą" działalność kropel deszczu, spłukiwanie przez spływającą wodę oderwanych przez rozbryzg cząstek gleby oraz rozcinanie powierzchni przez erozję linijną. Badanie każdego z tych procesów wymaga innej metody.
Stacjonarne badania erozji wodnej gleby są prowadzone od 2007 roku przez dr hab. Jolantę Święchowicz z Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Realizacja prac badawczych możliwa jest dzięki istnieniu Stacji Naukowej zlokalizowanej w Łazach na obszarze Pogórza Wiśnickiego. Jest to region rolniczy, na którym – ze względu na występowanie pyłowych utworów lessopodobnych – podatność gleb na erozję jest duża.
„Celem badań jest poznanie wartości progowych natężenia opadów deszczu, po przekroczeniu których zachodzą procesy rozbryzgu, spłukiwania i erozji linijnej na stokach użytkowanych rolniczo. Kolejnym zadaniem jest określenie wielkości erozji, jej wpływu na rzeźbę terenu oraz oddziaływania na życie codzienne człowieka" – wyjaśnia dr hab. Jolanta Święchowicz.
Spadające podczas deszczu na powierzchnię terenu krople rozpryskują się, powodując odrywanie i drobne przemieszczanie cząstek gleby. Proces ten, zwany rozbryzgiem, stanowi pierwszy etap erozji wodnej na stoku. Rozbryzg inicjuje i przyśpiesza pojawienie się spłukiwania, gdyż na stokach większość ziaren transportowana jest w dół, a w miejscu uderzenia powstają niewielkie kratery, których obecność wytycza kierunek spływu wody po powierzchni. Równocześnie – pod wpływem deszczu – dochodzi do spojenia gruntu utrudniającego wsiąkanie wody przez glebę, dzięki czemu wystąpienie spływu powierzchniowego jest znacząco ułatwione. Jeśli woda spływa po stoku w sposób skoncentrowany, strumień wody powoduje erozję linijną, w wyniku której powstają żłobiny erozyjne.
Badania rozbryzgu prowadzone są na stoku za pomocą plastikowych lejków, w których gromadzi się materiał przemieszczony przez uderzenie kropli deszczu (zdjęcie powyżej oznaczone literą A). Pomiary spłukiwania i erozji linijnej są wykonywane na siedmiu obszarach doświadczalnych (zdjęcie powyżej oznaczone literą B). Wszystkie zamknięto rynnami, a spłukiwany materiał zbiera się w zbiornikach zainstalowanych przy wszystkich polach (zdjęcia powyżej oznaczone literami C i D). „Po każdym opadzie sprawdzany jest stan urządzeń pomiarowych i jeśli zostanie stwierdzona erozja – następuje pomiar ilości wody w zbiornikach. Następnie, po dokładnym wymieszaniu wody i zgromadzonego materiału, pobiera się próby, które analizowane są w laboratorium. Na podstawie koncentracji materiału glebowego w próbie oblicza się masę zerodowanego materiału. Jeżeli wystąpi erozja linijna, to powstałe w ten sposób formy również są szczegółowo mierzone, by na tej podstawie określić rzeczywisty udział erozji linijnej w całkowitym odprowadzaniu gleby ze stoków" – tłumaczy dr Święchowicz.
Skutki opadu nawalnego z 17 czerwca 2006 roku w Łazach k. Bochni, fot.: Jolanta Święchowicz
A jednak drąży!
Erozja wodna gleby na użytkowanych rolniczo stokach pogórskich jest procesem epizodycznym – zachodzi lokalnie i niesynchronicznie. Warunkiem jej wystąpienia są roztopy i opady deszczu. Jednak nie wszystkie deszcze mają wystarczającą siłę erozyjną, a te potencjalnie najbardziej skuteczne zdarzają się średnio dziewięć razy w roku. Każdy z tych deszczów powoduje rozbryzg na powierzchniach pozbawionych okrywy roślinnej, co czwarty – spłukiwanie, co piąty – erozję linijną. Dzięki wyznaczonym wartościom progowym stwierdzono, że rzeczywisty czas trwania zdarzeń erozyjnych spowodowanych opadami deszczu był bardzo krótki i w ciągu ostatnich 23 lat mógł stanowić łącznie zaledwie kilkanaście dni. To właśnie w tym krótkim okresie dokonują się największe zmiany (zdjęcia poniżej).
Więcej o erozji – zobacz w książce Jolanty Święchowicz Wartości progowe parametrów opadów deszczu inicjujących procesy erozyjne w zlewniach użytkowanych rolniczo, którą wydał w 2012 roku Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ.
Środki finansowe przeznaczane w wielu krajach na badania erozji gleb stanowią niewielki udział w porównaniu do nakładów finansowych przeznaczanych na ochronę gruntów (w tym na zabiegi przeciwerozyjne), likwidację szkód czy kompensację strat związanych z niszczeniem podłoża. Uzmysławia to wagę badań nad rzetelnym określeniem wielkości potencjalnej erozji gleby, gdyż na tej podstawie podejmuje się konkretne działania zapobiegawcze, których realizacja sama w sobie jest również bardzo kosztowna. Przykładowo w centralnej Belgii średnie roczne koszty usuwania szkód spowodowanych silną erozją gleby podczas gwałtownych opadów wynoszą od 12 do 122 mln euro.