Masa przemieszczanego na stoku przez spłukiwanie materiału glebowego

Im jest ich więcej, tym większa jest masa przemieszczonego na stoku materiału glebowe-go. W latach wilgotnych najbardziej skuteczne okazały się zdarzenia rozbryzgu powodo-wane przez deszcze o wskaźniku erozyjności EI₃₀ przekraczającym 100 MJ·mm·ha^-1·h^-1 lub o maksymalnym natężeniu 30-minutowym deszczu przekraczającym 15 mm·h^-1.

5.3. Spłukiwanie

5.3.1. Częstość zdarzeń spłukiwania

Lata hydrologiczne 2007–2009, które kontrastowo różniły się pod względem rocznych sum opadu oraz ich erozyjności (tab. 13, 14), charakteryzowały się również różną często-ścią i dynamiką spłukiwania w ciągu roku (tab. 27). W wilgotnym roku 2007 wystąpiło 14 zdarzeń spłukiwania, z czego tylko 1 zdarzenie wystąpiło w półroczu zimowym i było spowodowane topnieniem śniegu. W suchym roku 2008 wystąpiło 5 zdarzeń spłukiwania.

Wszystkie zdarzyły się w półroczu zimowym i były spowodowane topnieniem śniegu lub topnieniem śniegu i opadami. W roku 2009 było 10 zdarzeń spłukiwania, z czego jedno w półroczu zimowym, które było wywołane przez opady deszczu i roztopy śniegu. W roku 2007 najwięcej zdarzeń było w miesiącach letnich (czerwiec, lipiec i sierpień) i jesiennych (wrzesień), w roku 2009 w czerwcu (5 przypadków) i lipcu (2 przypadki) (tab. 27). W oby-dwu latach spływ i spłukiwanie były wywołane przez opady o zróżnicowanej erozyjności i maksymalnym natężeniu 30-minutowym.

Liczba przypadków spłukiwania na poletkach o tej samej długości była zróżnicowana w zależności od użytkowania poletka. W poszczególnych latach najwięcej zdarzeń było na poletku z czarnym ugorem i uprawami rzędowanymi (ziemniaki, buraki), zdecydowanie mniej na poletku z trawą, a najmniej na poletku z pszenica ozimą (tab. 27).

5.3.2. Masa przemieszczanego na stoku przez spłukiwanie materiału glebowego

Spływ powierzchniowy

Spływ powierzchniowy w letnim półroczu hydrologicznym zmieniał się w szerokim zakre-sie. W roku hydrologicznym 2007 maksymalne wartości współczynnika spływu wynosiły na poletku z ziemniakami 39,2%, na poletku utrzymywanym w czarnym ugorze 34,2%, na poletku z pszenicą ozimą – 16,3% i na użytku trawiastym – 12,0% (tab. 28). Wielkość spływu powierzchniowego zależała od rodzaju użytkowania ziemi. Największe wartości współczynnika spływu zwykle występowały na czarnym ugorze. Wyjątek stanowiły dwa zdarzenia, które wystąpiły 15 maja i 2 czerwca 2007 r. Podczas tych zdarzeń spływ po-wierzchniowy był większy na poletku z ziemniakami, które w tym czasie znajdowały się w fazie wschodów i nie stanowiły wystarczającej ochrony dla gleby. Również występowa-nie bruzd między redlinami ułatwiło skoncentrowany spływ wody. Zdecydowawystępowa-nie mwystępowa-niej- mniej-sze wartości współczynnika spływu stwierdzono na użytku trawiastym, a najmniejmniej-sze w przeważającej liczbie przypadków na poletku z pszenicą ozimą. W większości przy-padków spływy powierzchniowe na poletkach doświadczalnych miały charakter spływów nienasyconych i były spowodowane opadami o dużym natężeniu. Jedynie podczas desz-czu o dużej wydajności, ale stosunkowo niewielkim średnim natężeniu, który wystąpił 6 września 2007 r., wartości współczynnika spływu były zbliżone na wszystkich typach użytków (czarny ugór, ziemniaki w fazie pełni zasychania liści, poletko ze ścierniskiem);

natomiast na użytku trawiastym wartość współczynnika była o połowę mniejsza.

5.3. Spłukiwanie Tabela 27. Liczba deszczów potenc alnie erozy nych według kryterium USLE oraz zdarzeń spłukiwania na polet-kach doświadczalnych o długości 22,1 m w letnim półroczu hydrologicznym (Łazy k. Bochni, 2007–2009) Table 27. Number of potentially erosive rains according to the USLE criterion and number of slopewash events on 22.1 m long experimental plots in summer half-year (Łazy near Bochnia, 2007–2009)

Tabela 28. Opad efektywny [mm], spływ powierzchniowy [mm] i współczynnik odpływu [%] na poletkach różnie użytkowanych w letnim półroczu hydrologicznym (Łazy k. Bochni, 2007–2009)

Table 28. Effective rainfall [mm], surface runoff [mm] and runoff coefficient [%] on differently used plots with different crops in summer half-year (Łazy near Bochnia, 2007–2009)

1 – 2007, ² – 2009.

5.3. Spłukiwanie

W roku hydrologicznym 2008 na żadnym z poletek nie wystapił spływ powierzchnio-wy i spłukiwanie spowodowane opadami deszczu.

W roku hydrologicznym 2009 maksymalne wartości współczynnika spływu wyno-siły 59,1% na poletku utrzymywanym w czarnym ugorze, 44,7% na poletku z burakami cukrowymi, 15,1% na poletku z pszenicą ozimą i 15,0% na użytku trawiastym (tab. 28).

W porównaniu z wilgotnym rokiem 2007 były to wartości zdecydowanie większe. Było to konsekwencją bardzo wysokich sum opadu w maju i czerwcu oraz wystąpienia kilku desz-czów o bardzo wysokim natężeniu 30-minutowym i wskaźniku erozyjności EI₃₀. Spłuki-wanie najbardziej dynamicznie zachodziło w letnim półroczu hydrologicznym, szczegól-nie na przełomie wiosny i lata. Było to spowodowane przede wszystkim małą gęstością okrywy roślinnej na uprawach buraków cukrowych, prowadzeniem zabiegów agrotech-nicznych oraz dużą częstością występowania deszczów erozyjnych o dużym natężeniu.

Podatność gleby na erozję

W modelu USLE stosunek wielkości erozji [Mg·ha^-1] do wskaźnika erozyjności EI₃₀ [MJ·mm·ha^-1·h^-1] został zdefniowany jako wskaźnik podatności gleby na erozję (czynnik K; K factor). Zwykle średnia roczna wielkość podatności gleby na erozję osiąga wartość ustabilizowaną (Rejman 2006). W roku hydrologicznym 2007 na poletku z czarnym ugo-rem masa wyerodowanej gleby wyniosła 209,2 kg, co odpowiadało 47,34 Mg·ha^-1. Średnia roczna wielkość podatności gleby na erozję osiągnęła wartość 0,0377 Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·

·mm^-1. Jest to wartość zdecydowanie niższa od wyznaczonej z modelu USLE, na pod-stawie składu granulometrycznego, zawartości substancji organicznej, klasy struktury i przepuszczalności wodnej gleby (0,0738 Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·mm^-1).

Wartości wskaźnika K podczas poszczególnych zdarzeń były bardzo zróżnicowane i zawierały się w zakresie od 0,0032 do 0,1583. Najwyższą wartość stwierdzono 26 czerwca 2007 r., kiedy opad o niewielkiej erozyjności występujący po opadzie o dużej erozyjności, przy dużej wilgotności i silnym nasyceniu gruntu wodą, wywołał stosunkowo znaczną erozję gleby. Kolejne wysokie wartości wskaźnika K, wystapiły podczas opadów o najwyż-szej erozyjności (tab. 29, ryc. 46).

W roku 2009 na poletku z czarnym ugorem masa wyerodowanej gleby wyniosła 758,05 kg, co odpowiadało 171,5 Mg·ha^-1. Średnia roczna wielkość podatności gleb na erozję osiągnęła wartość 0,0914 Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·mm^-1. Jest to wartość większa od wy-znaczonej z modelu USLE (0,0738 Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·mm^-1), ale mniejsza niż w roku 2007 (ryc. 46).

Wartości wskaźnika K podczas poszczególnych zdarzeń były bardzo zróżnicowane i zawierały się w zakresie od 0,0015 do 0,1499 Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·mm^-1. Najwyższą wartość wystapiła 23 czerwca 2009 r., kiedy deszcz o dużej wartości wskaźnika erozyjności wystą-pił bezpośrednio po deszczu o wyjątkowej erozyjności. Duża wilgotność i silne nasycenie gruntu wodą sprawiło, że masa zerodowanej gleby była znaczna. Kolejne wysokie wartości powyżej wskaźnika K stwierdzono podczas opadów o największym wskaźniku erozyjno-ści (tab. 28, ryc. 47).

Spłukiwanie gleby w latach hydrologicznych 2007 i 2009

W roku 2007 najwyższe wartości spłukiwania wystąpiły na poletku z czarnym ugorem.

Na poletku z ziemniakami spłukiwanie było o 8,3% mniejsze, na poletku z pszenicą ozimą było niewielkie i o 25% mniejsze niż na poletku obsianym trawą. Średnie roczne spłuki-wanie gleby w roku 2007 na poletkach wynosiło w zaokrągleniu: na użytku trawiastym –

Tabela 29. Spłukiwanie gleby [kg·ha^-1] na poletkach doświadczalnych o długości 22,1 m w letnim półroczu hydro-logicznym (Łazy k. Bochni, 2007–2009)

Table 29. Slopewash [kg·ha^-1] on 22.1 m long experimental plots in summer half-year (Łazy near Bochnia, 2007–

–2009)

1 – 2007, ² – 2009.

5.3. Spłukiwanie

Rycina 46. Podatność gleby na eroz ę [Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·mm^-1] w latach hydrologicznych 2007 i 2009 (Łazy k. Bochni, czarny ugór, poletko o długości 22,1 m)

Figure 46. Soil erodibility [Mg·ha·h·ha^-1·MJ^-1·mm^-1] in hydrological years 2007 and 2009 (Łazy near Bochnia, a bare fallow, plot length: 22.1 m)

Rycina 47. Krzywe kumulacy ne erozy ności opadu [MJ·mm·ha^-1·h^-1] i spłukiwania gleby [kg^·ha^-1] na czarnym ugorze w półroczu letnim w roku hydrologicznym 2007 (Łazy k. Bochni)

Figure 47. Cumulative curves for rainfall erosivity [MJ·mm·ha^-1·h^-1] and soil loss [kg^.ha^-1] on a bare fallow plot in summer half-year in hydrological year 2007 (Łazy near Bochnia)

42,0 kg·ha^-1, na pszenicy ozimej 31,0 kg·ha^-1, na ziemniakach – 43 396,0 kg^.ha^-1, a na czar-nym ugorze – 47 340,0 kg·ha^-1. Stosunek wielkości spłukiwania gleby wynosił w przybliże-niu odpowiednio 1 : 0,7 : 1 033 : 1 127 (tab. 29).

Na wszystkich uprawach blisko 100% materiału glebowego zostało zerodowane w letnim półroczu hydrologicznym. Najbardziej dynamicznie erozja wodna gleby prze-biegała w miesiącach letnich (czerwiec, lipiec, sierpień) oraz jesiennych (wrzesień). Jedy-nie na użytku trawiastym duży udział w odprowadzaniu materiału glebowego był w okre-sie wiosenno-letnim (tab. 29). Wysokie wartości spłukiwania notowano zarówno podczas pojedynczych zdarzeń erozyjnych, jak i podczas kilku zdarzeń następujących po sobie w krótkim czasie.

Oceny wpływu danej rośliny na ograniczanie erozji wodnej dokonuje się poprzez porównanie masy gleby przemieszczonej z poletka z roślinami do poletka bez roślin.

W modelu USLE jest to tzw. wskaźnik okrywy roślinnej (C). W roku hydrologicznym 2007 w całym okresie wegetacyjnym ziemniaka wyniósł on 0,92 (tab. 30).

Wartości wskaźnika C ulegały zmniejszeniu wraz z rozwojem okrywy roślinnej.

W początkowym okresie wzrostu ziemniaków spłukiwanie gleby było zdecydowanie większe na poletku z ziemniakami niż na poletku bez roślin. Deszcz, który wystapił w po-czątkowym okresie wschodu ziemniaków (15 maja), spowodował znacznie większy spływ na poletku z ziemniakami niż na poletku bez roślin. Na poletku z ziemniakami, które były posadzone w redliny o rozstawie rzędów co 65 cm, znacznie szybciej doszło do koncentra-cji spływu powierzchniowego w bruzdach między redlinami niż na wyrównanym poletku bez roślin.

Wartość wskaźnika C podczas tego zdarzenia była bardzo wysoka, a masa przemiesz-czanego materiału glebowego na poletku z ziemniakami ponad 4-krotnie większa niż na poletku bez roślin (tab. 30). Wartość wskaźnika C ulegała zmniejszeniu wraz ze wzrostem okrywy roślinnej i podczas opadu o bardzo dużej erozyjności, który wystąpił 2 czerwca, zmyw gleby na poletkach z ziemniakami i bez roślin był prawie taki sam (tab. 30). Było to związane ze wzrostem roślin i zakrywaniem rzędów. W kolejnych fazach wzrostu ro-ślin (kwitnienia, pełni kwitnienia, początku fazy zasychania liści) wartość wskaźnika C wynosiła poniżej 1. Dobrze rozwinięta pokrywa roślinna wyraźnie ograniczyła straty gle-by podczas deszczu o wskaźniku erozyjności powyżej 200 MJ·mm·ha^-1·h^-1, który wystąpił 9 lipca 2007 r. (tab. 30). Podczas opadu o niewielkiej erozyjności, który pojawił się następ-nego dnia przy dużej wilgotności gleby, bruzdami między redlinami została odprowadzo-na niewielka masa gleby, ale wartość czynnika C przekroczyła 1. Wyraźny wzrost wartości czynnika C nastąpił pod koniec okresu wegetacyjnego, kiedy we wrześniu wystąpiły dwa opady o bardzo dużej wydajności i niewielkim natężeniu, a redliny i bruzdy były pokry-te uschniętymi łętami ziemniaczanymi. Wartość wskaźnika C była zdecydowanie wyższa podczas drugiego zdarzenia, przy pełnym nasyceniu gruntu glebą.

Na poletku z pszenicą ozimą zmyw gleby był minimalny, gdyż pszenica była bardzo dobrze ukrzewiona i znajdowała się w fazie wzrostu. Średnia wartość wskaźnika C dla pszenicy ozimej wynosiła 0,0008. Oddziaływanie pszenicy ozimej było bardzo efektywne nawet podczas opadów o największej erozyjności, które wystąpiły 2 czerwca i 9 lipca. War-tość wskaźnika C podczas tych zdarzeń wyniosła odpowiednio 0,00177 i 0,00014.

W roku hydrologicznym 2009 najwyższe wartości spłukiwania wystąpiły na poletku utrzymywanym w czarnym ugorze, dużo mniejsze na poletku z burakami cukrowymi.

Spłukiwanie na poletku z pszenicą ozimą było niewielkie, ale prawie 4-krotnie większe niż

5.3. Spłukiwanie Tabela 30. Czynnik okrywy roślinne (C) na poletku z ziemniakami w letnim półroczu hydrologicznym (Łazy k. Bochni, 2007–2009)

Table 30. Crop type and management factor (C) on a potato plot in summer half-year (Łazy near Bochnia, 2007–

–2009)

1 – 2007, ² – 2009.

na poletku obsianym trawą. Roczne spłukiwanie gleby w roku 2009 na poletkach wynosiło w zaokrągleniu: na użytku trawiastym – 36,0 kg·ha^-1, na pszenicy ozimej – 151,0 kg^.ha^-1, na burakach cukrowych – 22 464,0 kg·ha^-1, a na czarnym ugorze – 171 505,0 kg^.ha^-1. Sto-sunek wielkości spłukiwania gleby wynosił w przybliżeniu odpowiednio 1: 4 : 627 : 4 791 (tab. 29).

Spłukiwanie na poletku z burakami było duże, ale ponad 7-krotnie mniejsze niż na poletku bez okrywy roślinnej. Wielokrotnie mniejsza erozja gleby była spowodowana roz-wojem okrywy roślinnej i zabiegami agrotechnicznymi związanymi z wałowaniem ziemi po zasiewie buraków cukrowych. Zagęszczona gleba utrudniała spłukiwanie gleby i roz-wój erozji linijnej. Wartości wskaźnika C ulegały zmniejszeniu wraz z rozwojem okrywy roślinnej. W początkowym okresie wzrostu buraków cukrowych erozja gleby podczas wy-jątkowo erozyjnego deszczu, który wystapił 11 maja, była zdecydowanie mniejsza niż na poletku bez roślin. Na poletku z burakami, które były posiane w 3 rzędy o rozstawie co 65 cm, gleba po zasiewie była zwałowana, co utrudniło koncentrację spływu powierzch-niowego i erozję gleby. Wartość wskaźnika C podczas tego zdarzenia była największa, choć masa przemieszczonego materiału glebowego na poletku z burakami prawie 6-krot-nie m6-krot-niejsza niż na poletku bez roślin (tab. 30). Wartość wskaźnika C ulegała zm6-krot-niejsze- zmniejsze-niu wraz ze wzrostem okrywy roślinnej i podczas opadu o bardzo dużej erozyjności, który wystąpił 22 czerwca, zmyw gleby na poletku z burakami był 12-krotnie mniejszy niż na poletku bez roślin (tab. 30). Było to związane ze wzrostem roślin i całkowitym zakryciem rzędów. W roku 2009 w całym okresie wegetacyjnym buraka cukrowego wskaźnik okrywy roślinnej C wynosił zaledwie 0,13 (tab. 30).

Na poletku z pszenicą ozimą zmyw gleby był niewielki, gdyż pszenica była bardzo dobrze ukrzewiona i znajdowała się w fazie wzrostu. Średnia wartość wskaźnika C dla pszenicy ozimej wynosiła 0,0009. Oddziaływanie pszenicy ozimej było bardzo efektywne, zwłaszcza podczas deszczu o największej erozyjności, który był 11 maja. Wartość czynni-ka C podczas tego zdarzenia wynosiła 0,002377.

Siła związku między spłukiwaniem a sumą opadu w roku 2007 była przeciętna (r = 0,48), a w 2009 r. bardzo wysoka (r = 0,77) (ryc. 48, 49). Bardzo wysoką korelację

Rycina 48. Zależność spłukiwania [Mg·ha^-1] od sumy opadu [mm] (A) i wskaźnika EI₃₀ [MJ·mm·ha^-1·h^-1] (B) w letnim półroczu hydrologicznym 2007 r. (Łazy k. Bochni, czarny ugór, długość poletka: 22,1 m)

Figure 48. Relation between soil loss and rainfall amount [mm] (A) and rainfall erosivity index EI₃₀ [MJ·mm·ha^-1·h^-1] (B) in summer half-year in hydrological year 2007 (Łazy near Bochnia, a bare fallow, plot length: 22.1 m)

5.3. Spłukiwanie

Rycina 49. Zależność spłukiwania [Mg·ha^-1] od sumy opadu [mm] (A) i wskaźnika EI₃₀ [MJ·mm·ha^-1·h^-1] (B) w letnim półroczu hydrologicznym 2009 r. (Łazy k. Bochni, czarny ugór, długość poletka: 22,1 m)

Figure 49. Relation between soil loss and rainfall amount [mm] (A) and rainfall erosivity index EI₃₀ [MJ·mm·ha^-1·h^-1] (B) in summer half-year in hydrological year 2009 (Łazy near Bochnia, a bare fallow, plot length: 22.1 m)

stwierdzono między spłukiwaniem gleby a wskaźnikiem erozyjności EI₃₀. Związek ten w roku 2007 najlepiej opisywały równania potęgowe o współczynniku korelacji (r) wy-noszącym 0,70, a w roku 2009 równanie potęgowe o współczynniku korelacji 0,99 (ryc. 48, 49). Na wielkość spłukiwania znacznie większy wpływ miało maksymalne natę-żenie 30-minutowe opadu niż jego suma.