Capitolul IIICERCETRI ASUPRA SOLURILOR DEGRADATE, INDICATORI DE CARACTERIZARE A SOLURILOR ERODATE, OPERAII DE CARTARE3.1. Cercetri asupra eroziunii soluluiCercetrile ce se iniiaz asupra procesului de eroziune sunt determinate de necesitatea stabilirii ct mai corecte a msurilor de combatere a acestui proces i au drept obiective principale diminuarea eroziunii solului i ridicarea fertilitii solurilor erodate n vederea creterii produciei agricole. Aceste cercetri, au la baz metode experimentale folosite n hidrologie i tehnici de investigare aplicate n agricultur. Se consider c n experienele care urmresc stabilirea corect a msurilor agrotehnice n combaterea eroziunii solului i ridicarea produciei agricole, trebuie s se aplice n prima etap metodele de tehnic experimentale agricol, pe suprafee mici. Dup stabilirea celor mai corespunztoare variante din punct de vedere al produciei, eficacitatea lor antierozional trebuie verificat prin metode hidrologice, pe suprafee mari, pe bazine hidrografice, sau pe bazine de colectare, cuprinse ntre cumpna de separare a apelor i firul vii. Acest lucru trebuie fcut n mod deosebit pentru cazurile n care amenajarea versanilor are n vedere msuri (terase, canale, valuri, debuee), ce modific radical regimul hidrologic, [99].

3.1.1. Metode pentru determinarea pierderilor de solEstimarea cantitativ a eroziunii solului sau a pierderilor de sol se face prin dou tipuri de metode: metode directe, care constau din determinri n teren sau laborator i se bazeaz pe: msurarea scurgerilor de pe parcele elementare, metoda reperelor pentru determinarea grosimii solului erodat, msurarea turbiditii scurgerilor, simularea ploilor n laborator, msurtori n seciunile hidrologice sau bazine hidrografice pentru retenia debitului solid, izotopi radioactivi metode indirecte, ce folosesc formule matematice n care este cuprins influena factorilor declanatori ai eroziunii. a) n cadrul metodelor directe prezint importan deosebit, prin evidenierea rolului lucrrilor i msurilor antierozionale, cercetrile privind infiltraia, scurgerea i eroziunea pe terenurile n pant. Msurarea scurgerii, a infiltraiei i eroziunii solului se realizeaz prin metoda aspersiunii sau prin msurtori directe n cmp. Prin aceste metode scurgerea i eroziunea se msoar direct, iar infiltraia se calculeaz n raport cu cantitatea de ap folosit la aspersiune sau precipitaiile czute i scurgerea msurat direct. Determinrile privind scurgerile, eroziunea i infiltraia n cmp n condiii de precipitaii naturale, se fac cu ajutorul unor parcele elementare (cu suprafaa de 50 300 m 2), sau al suprafeelor de colectare mari ori bazine hidrografice mici (1 100 ha).

Figura 3.1 Parcele elementare experimentale pentru studiul scurgerilor si eroziunii pe terenurile arabile n pant

Figura 3.2 Parcele elementare de control al scurgerilor la S.C.C.C.E.S . Pereni, (foto N. Popovici)

Figura 3.3 Divizor dublu pentru fracionarea scurgerii, [125].

Msurarea scurgerilor de pe fiecare parcel se realizeaz cu ajutorul unuia sau a mai multor bazine n care se decanteaz i materialul aluvionar transportat de pe o parcel. Cnd se folosesc mai multe bazine, primul este prevzut cu perei de linitire a scurgerii i de reinere a materialelor grosiere plutitoare. Dup umplerea primului bazin, scurgerea este fracionat cu ajutorul unui divizor, iar n urmtorul bazin se colecteaz numai o fraciune, restul fiind evacuat (figura 3.4).

Figura 3.4 Bazine cu divizoare la S.C.C.C.E.S . Pereni , (foto N. Popovici)

Cantitatea de sol erodat se determin prin ridicarea de probe de amestec bine omogenizate. Dup decantarea i uscarea n etuv, coninutul de material solid al unei probe se multiplic cu volumul respectiv al scurgerii i se stabilete volumul total de sol erodat de pe o parcel. Sistemul descris de msurare a scurgerii i eroziunii permite stabilirea numai a volumelor totale la sfritul ploii, iar nu variaia n timp a scurgerii i eroziunii. Pentru a stabili acest lucru se instaleaz n bazinul de decantare limnigrafe. Pentru suprafee mai mari de scurgere (0,5 2 ha), instalaia cuprinde un bazin de decantare cu un volum de 2 3 3 m , prevzut cu un deversor dreptunghiular sau trapezoidal din care se separ o mic fraciune a scurgerii, care este colectat ntr-un rezervor cilindric de 200 300 litri aezat lateral. Stabilirea volumului scurgerii i variaia n timp a acestuia se face cu ajutorul unui limnigraf instalat ntr-un pu lateral aflat n legtur cu primul rezervor. Reprezentnd grafic variaia intensitii ploii (dup pluviograf) i a scurgerii (dup limnigraf) se poate stabili i curba de infiltraie, pentru condiiile de sol, acoperire cu vegetaie i relief cercetate. n ceea ce privete solul erodat, se poate determina numai cantitatea total care reprezint solul din rezervorul de decantare la care se adaug cel coninut n suspensie, stabilit prin ridicarea unei probe din bazinul mic, determinarea turbiditii i multiplicarea acestuia cu scurgerea cumulat. Variaia intensitii eroziunii (cantitatea de sol erodat) n timp, se face cu ajutorul unui dispozitiv care ridic automat probe, la intervale egale de timp. Stabilirea / estimarea intensitii eroziunii n suprafa se face, n ara noastr i prin metoda profilelor de reconstituire, precum i prin metoda de comparaie a profilelor de sol erodate cu profile etalon, [188]. Prima metod este valabil numai n cazul versanilor cu roci omogene i pante uniforme, dnd rezultate bune pentru versanii avnd profil convex sau drept. Procedeul const n stabilirea grosimii sau volumului de sol erodat, prin compararea profilelor erodate de pe versani cu profilele iniiale (din aceleai puncte), nainte de declanarea procesului de eroziune accelerat. Grosimea stratului erodat se determin prin diferena ntre profilul iniial i cel actual. Reconstituirea profilelor iniiale, neerodate, se face prin executarea unor profile de sol (pn la orizontul C) situate la distane de 40 50 m, n interiorul suprafeei ce se va amenaja pe 1 2 seciuni de la cumpna de separare a apelor la firul vii. Aceste profile se afl n diferite stadii de eroziune, cele din apropierea cumpenei fiind mai puin erodate. Deoarece pe terenurile n pant exist o oarecare proporionalitate n dezvoltarea orizonturilor genetice, prin msurarea grosimii orizonturilor rmase neerodate la un profil situat n pant (xx) se poate calcula grosimea iniial a orizontului de la suprafa (parial erodat) dac se ia ca grosime de referin orizontul similar al profilului din apropiere(x) situat pe o pant mai mic i care a rmas neerodat.

Figura 3.6 Schema de reconstituire a profilurilor erodate (se exemplific pe un sol balan cu expoziie vestic)

Dac profilul (x) are urmtoarea succesiune de orizonturi genetice A, A/C, C iar profilul (xx); A (erodat), A/C i C, atunci reconstituirea orizontului A erodat se face astfel:

xx A( reconstituit ) =

( A / C + C) xx A x ( A / C + C) x

De exemplu, dac profilul (1) neerodat din zona cumpenei are orizontul A = 36 cm; C = 20 cm; C ca = 30 cm, iar profilul (2) de pe panta din apropiere: A erodat parial = 20 cm; A/C = 20 cm; C ca = 28 cm, n primul profil A/C + C ca = 50 cm i n al doilea A/C + Cca = 48 cm:

A ( reconstituit ) =

48cm 36cm 35cm 50cm

Din orizontul A s-au erodat: 35 20 cm = 15 cm. Folosind metoda descris se trece la profilul urmtor (3) pentru a reconstitui orizonturile erodate. n acest caz profilul de referin este profilul (2) rezultat prin reconstituire. Profilul 3 are orizonturile: A = 15 cm; A/C = 19 cm; Cca = 28 cm. Metoda profilelor etalon, pentru stabilirea strii de eroziune (volumul de sol erodat), const din compararea profilelor erodate situate pe versani cu profile etalon neerodate, situate pe platou. Dat fiind condiiile diferite de formare a solului pe platou fa de versani se nelege c o astfel de comparaie nu are dect o semnificaie relativ din punct de vedere al eroziunii. Metoda ne arat gradul de difereniere al profilelor supuse eroziunii situate pe versani (n continu modificare) n raport cu cele dou considerate stabile (de pe platou). Ea nu ne permite ns, s estimm pierderile medii de sol la hectar, ca n primul caz. Atunci cnd s-ar ncerca acest lucru, prin efectuarea diferenei n grosime ntre profilelele erodate i cele neerodate, rezultatele nu ar fi corecte. Dac s-ar fi calculat diferena ntre grosimea orizontului A platou i A erodat ar fi rezultat, pentru exemplul anterior, o supraestimare a procesului de eroziune; Aplatou Aerodat = 36 cm 20 cm = 16 cm n cazul cercetrilor efectuate pe bazine hidrografice mici sunt necesare staii hidrometrice special utilate. Determinrile cantitative prezint o mare importan, deoarece cu ajutorul lor se pot stabili legturi ntre scurgere i eroziune. Intereseaz n special ponderea pe care o au diferitele msuri i lucrri de combaterea eroziunii i modul cum difer influena acestora n raport cu ceilali factori de eroziune.

3.1.2. Metode indirecte de estimare a eroziuniiPe lng ncercrile de explicare a mecanismului eroziunii de pe versani, la cuantificarea proceselor de eroziune sau folosit foarte multe metode cu caracter empiric. Aceasta se datoreaz complexitii procesului i multitudinii factorilor ce intervin i care fac aproape imposibil folosirea instrumentului matematic diferenial. Formalizarea cu ajutorul modelelor simpliste de tip empiric sau regresional dac nu sunt satisfctoare din punct de vedere teoretic au n schimb o deosebit utilitate n proiectarea lucrrilor antierozionale. Cu ajutorul acestora sau elaborat diferite tehnici de modelare a proceselor de eroziune scurgere sedimentare, ce constituie imagini condensate apropiate realitii, cu scopul de a analiza, verifica i valida rezultatele, legile i relaiile eseniale dup care se conduc procesele respective. Estimarea eroziunii pe versani cu ajutorul corelaiilor i a regresiilor dintre aceasta i caracteristicile precipitaiilor sau ale reliefului a fost folosit de muli cercettori iar rezultatele obinute au cptat o larg utilizare. Cercettorii Neal, Copley, Borst, Pope, Barnett, Foster, Wischmeier din U.S.A. i muli alii au artat c eroziunea este foarte strns legat mai ales de intensitatea ploii. Ecuaiile de regresie cele mai rspndite ntre eroziunea la o ploaie i elementele acesteia din urm au formulele prezentate mai jos.

A. Ecuaii de regresie pentru ploi eroziune

Barnett A.P., 1958: E = Ko + K1 ih E = Ko + K1 P + K2 Pa + K3 i15 + K4 ih Stnescu P. i colab., 1961: E = K0 + K1 P + K2 i15 Diseker E.G., Sheridan V.M., 1971: E = K0+A+B+C+D+k1Ei+k2P+k3x +k4M+k5T Regresia dintre eroziunea medie lunar sau medie sezonier i elementele ploilor au forma: Discher E.G., Mc Ginnis, 1971: E = K0+A+B+C+D+k1Ei+k2M Eroziunea medie anual poate fi estimat cu formula: Discher E.G., Sheridan V.M., 1971: E = K0+A+B+C+D+k1Ei+k2T n aceste formule: K0, K1, K2, K3, K4 constante; i15, ih intensitatea ploii pe 15 minute i pe or; P cantitatea de precipitaii; Pa cantitatea de precipitaii anterioare; A constant pentru influena pantei; B constant pentru influena expoziiei versantului; C constant pentru interaciunea pant expoziie; D constant pentru influena sezonier; M umiditatea medie a solului; T temperatura medie anual; V coeficient de scurgere; Ei energia de impact. Din analiza formulelor de mai sus i a rezultatelor obinute a reieit c introducerea n ecuaiile de regresie a prea multor elemente nu este raional, deoarece plusul de informaii este mic n comparaie cu dificultile de calcul (obiecie mai puin ntemeiat n condiiile utilizrii tehnicii moderne de calcul). Cele mai bune rezultate sunt obinute n cazul valorilor medii multianuale. n cazul corelaiei multiple, efectul unei singure variabile, care particip la declanarea procesului de eroziune poate fi influenat, negativ sau pozitiv, de efectul altei variabile scoas sau introdus n ecuaia de corelaie multipl, poat s nu reflecte n general aportul sau gradul efectiv de participare. innd seama de corelaia relativ bun dintre eroziune i scurgere se apreciaz c eroziunea ar putea fi prognozat asemntor scurgerii, innd seama de intensitatea pe durata timpului de concentrare, de pragul necesar pentru satisfacerea stocajului de la suprafaa terenului i de infiltraia pe aceast durat (Barnett, 1958). B. Corelaii ntre eroziune i elementele morfologice ale terenului Dintre relaiile care leag eroziunea de elementele morfologice ale terenului pot fi amintite:

Kornev I.V., 1937: E = K I0,75 L1,5 i1,5 Neal T.H., 1937: E = K I 0,8t i1,2 Zingg, 1940: E = K I1,4 L1,6 Lopatin, 1952:E = K I(0,86...1,0) L1,5unde: K erozitivitatea (agresivitatea pluvial) S erodabilitatea solului L lungimea de scurgere I panta terenului pe direcia de scurgere i intensitatea ploii erozionale t durata ploii C influena vegetaiei i a practicilor agricole Cs efectul lucrrilor antierozionale

Smith D.D. i Wischmeier V.H.,1962E = K (1,36 + 0,97i + 0,138i2 / 100) L0,5

Wischmeier V.H. i Smith D.D., 1962;1978

E = K Lm In S C Cs

Neyl I.G., : E = 0,4 I 0,7 i2,2 t Mooc M., 1955: E = K I1,4 L1,5 Silvestrov, 1955:E = K I(0,5...1,0) L12

Ultima ecuaie, denumit i Ecuaia universal a eroziunii solului (Universal Soil Loss Ecuation USLE), a luat o extindere deosebit pe plan mondial pentru prognoza pierderilor de sol prin eroziunea hidric, [175;176]. Determinarea pierderilor prin eroziune n suprafa cu ajutorul metodei USLE, se bazeaz pe relaia: A=RKLSCP unde: A pierderile medii anuale specifice de sol, (t / acruan) sau (t / haan); R indexul anual al eroziuni ploilor la care se adaug un factor de scurgeri asociat topirii zpezilor, acolo unde asemenea scurgeri sunt semnificative (fttin/acruoraan) sau (MJmm/oraanha); K factor de erodabilitate a solului (pierderi de sol pe unitate de R, msurat pe parcele standard pentru controlul scurgerii, cu o lungime de 22.1m, pant de 9% i folosina ogor negru (t/acruora / acrutftn) sau (t/haora /haMfmm); L factorul lungimii pantei versantului n sensul scurgerii, (ft) sau (m); S factor caracteriznd panta terenului pe direcia de scurgere (%); (factor topografic); C factor de influen a folosinelor culturilor i lucrrilor solului (adimensional); pentru ogor negru C =1 iar pentru un sol total acoperit C tinde spre 0. P factor (adimensional) de influen a msurilor i lucrrilor de combatere a eroziunii solului existente (lucrri pe contur, curb de nivel, culturi n fii, terase, benzi tampon etc.); pentru teren fr msuri i lucrri de combatere a eroziunii solului, P = 1. n condiiile din Romnia, respectndu-se structura ecuaiei USLE, dar modificndu-se notarea i metoda de stabilire a termenilor, relaia pentru calculul pierderilor de sol prin eroziunea hidric n suprafa s-a folosit sub forma modelului ROMSEM (Romanian Soil Erosion Model Mooc M.): E = K S C Cs L0,3 (1,36 + 0,97i +0,138i2)

iar actualmente: E = K S Lm in C Cs unde: E pierderea anual de sol la hectar prin eroziunea n suprafa ([t/haan); K erozivitatea zonal (erozivitatea pluvial) pierderi de sol pe zone de agresivitate pluvial stabilite n funcie de indexul de agresivitate pluvial HI15; Se determin cu elemente extrase din pluviogramele ploilor toreniale care produc eroziunea: H cantitatea de precipitaii czute n timpul ploii toreniale, (mm); I15 intensitatea medie pe 15 minute a nucleului torenial al ploii, (mm / minut); n acest context, agresivitatea pluvial se exprim prin coeficientul de agresivitate pluvial i definete, concomitent, erozivitatea ploii i efectul asupra solului erodat. Semnificaia atribuit i metode de stabilire a coeficientului de agresivitate pluvial K a sunt definite cu metoda de lucru american, cu observaia c n Romnia parcela de referin are elementele L = 25 m, i = 15 %:

K=

H I15 pierderi pe parcele elementare de control

Pe baza valorilor medii multianuale a fost elaborat harta de zonare a agresivitii pluviale pe teritoriul Romniei.

Lm lungimea n sensul scurgerii (pantei), (m); m = 0,3 pentru L > 100 m m = 0,4 pentru L < 100 m in panta medie n lungul scurgerii, (%); n = 1,4 S factor de corecie pentru erodabilitatea solului (adimensional), cu valori de 0,6; 0,8 ;1,0 i 1,2. C factorul de influen a folosinelor, culturilor i lucrrile solului (adimensional) de exemplu: C = 1,0 pentru porumb n monocultur; C = 0,6 pentru 2/3 pritoare i 1/3 pioase + leguminoase ; C = 0,5 pentru 1/2 pritoare i 1/2 pioase + leguminoase; C = 0,4 pentru 1/3 pritoare i 2/3 pioase + leguminoase sau alte culturi cu desime mare; C = 0,25 pentru 1/5 pritoare i 4/5 pioase, alte culturi cu desime mare. CS factorul de influen a msurilor si lucrrilor de protecie i conservare a solului (adimensional); de exemplu: Cs =1,0 pentru terenurile fr msuri i lucrri de combatere erozional.