Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 12
1.1 Защитное лесоразведение в России и за рубежом 12
1.2 Защитное лесоразведение в Центрально-Чернозёмном регионе 17
1.3 Опыт полезащитного лесоразведения 22
1.4 Понятие о системе лесных полос 29
1.5 Эколого-мелиоративная роль полезащитных насаждений 32
1.6 Конструкция и долговечность лесных полос 41
1.7 Продуктивность лесоаграрных ландшафтов 44
1.8 Эффективность защитного лесоразведения и сельскохозяйственного производства 47
Выводы 49
2. Физико-географические и хозяйственные условия ЦЧР 52
2.1 Особенности погодно-климатических условий 52
2.2 Рельеф, гидрология и гидрография территории 57
2.3 Почвы и их агрохимические свойства 60
2.4 Особенности аграрного землепользования в регионе 65
2.5 Современное состояние экологии агросферы 69
Выводы 74
3. Объекты, программно-методическая основа и объём исследований 76
3.1 Объекты исследований 76
3.2 Программа работ 84
3.3 Основные методологические подходы, методы и объём исследований 84
4. Рост и состояние полезащитных насаждений 94
4.1 Рост древесных пород в полезащитных насаждениях в зависимости от лесокультурных и лесоводственных факторов на различных типах почв 94
4.1.1 Чернозём типичный 94
4.1.2 Чернозём выщелоченный 109
4.1.3 Чернозём обыкновенный 131
4.1.4 Тёмно-серые и серые лесные почвы 136
4.2 Рост древесных пород в защитных насаждениях в зависимости от почвенно-климатических условий 145
Выводы 194
5. Эколого-мелиоративная роль полезащитных насаждений 205
5.1 Влияние линейных насаждений на микроклимат и ресурсный потенциал полей 205
5.1.1 Скорость ветра 205
5.1.2 Влажность воздуха 211
5.1.3 Температура воздуха 213
5.1.4 Температура почвы 215
5.1.5 Распределение снежного покрова 217
5.1.6 Влажность почвы 220
5.1.7 Плодородие почвы 222
5.2 Влияние линейных насаждений на биологическую активность почвенного покрова 235
5.2.1 Целлюлозаразрушающая активность почв 235
5.2.2 Ферментативная активность почв 236
5.2.3 Нитрифицирующая активность почв 237
5.2.4 Количество и биомасса дождевых червей 239
Выводы 240
6. Формирование урожая сельскохозяйственных культур в агролесоландшафтах 245
6.1 Значение конструкции лесных полос в условиях ЦЧР 245
6.2 Облесённость и мелиоративное состояние пашни 252
Выводы 266
7. Агроэнергоэкономическая эффективность полезащитного лесоразведения 268
Выводы 278
Заключение и рекомендации производству 279
Библиографический список 285
Приложения 328
Приложение А Среднегодовая и среднемесячная температуры воздуха в условиях ЦЧР, С 328
Приложение Б Среднегодовое и среднемесячное (сумма) количество осадков в условиях ЦЧР, мм 328
Приложение В Среднегодовая и среднемесячная относительная влажность воздуха (13 часов) в условиях ЦЧР, % 329
Приложение Г Почвенно-эрозионные районы Центрально-Чернозёмного региона 330
Приложение Д Таксационная характеристика полезащитных лесополос на различных типах почв 331
Приложение Е Скорость ветрового потока в лесоаграрных ландшафтах из полезащитных лесополос (ЦЧР, 1990-2009 гг.), м/с 338
Приложение Ж Потребность полезащитных насаждений для оптимизации агролесоландшафтов Белгородской области 339
Приложение И Потребность полезащитных насаждений для оптимизации агролесоландшафтов Воронежской области 340
Приложение К Потребность полезащитных насаждений для оптимизации агролесоландшафтов Липецкой области 341
Приложение Л Потребность полезащитных насаждений для оптимизации агролесоландшафтов Тамбовской области 342
Приложение М Потребность полезащитных насаждений для оптимизации агролесоландшафтов Курской области 343
Приложение Н Зависимость урожайности сельхозкультур от облесённости пашни 344
Приложение П Акты внедрения 345
- Защитное лесоразведение в Центрально-Чернозёмном регионе
- Чернозём типичный
- Плодородие почвы
- Облесённость и мелиоративное состояние пашни
Введение к работе
Актуальность темы. Территория Центрально-Чернозёмного региона располагается в пределах Среднерусской возвышенности и Окско-Донской равнины, где природные и антропогенные факторы способствуют развитию эрозионных процессов, что приводит к снижению плодородия почв и созданию экологических и хозяйственных проблем.
Федеральной программой развития агролесомелиоративных работ в России (1995), Федеральным законом «О мелиорации земель» (1996), Государственной программой «Плодородие» (1997-2012), «Стратегией развития защитного лесоразведения в Российской Федерации на период до 2020 года» (2008) предусмотрены мероприятия по повышению продуктивности и устойчивости земледелия, создание научно-обоснованных лесомелиоративных систем с учётом зональных особенностей и экологической ситуации в регионах.
При площади сельскохозяйственных угодий ЦЧР 13285 тыс. га, облесённость лесомелиоративного фонда составляет 3,34 %, показатель полезащитной лесистости пашни в разрезе административных районов в среднем равен 1,26 %, что является ниже установленного норматива для формирования стабильных лесоаграрных комплексов.
Для восполнения потерь в плодородии почвы, полной защиты ландшафтов от негативных экологических процессов, повышения продуктивности фитоценозов, обеспечения устойчивости экосистем необходимо совершенствование лесомелиоративных комплексов на основе создания эффективных и долговечных полезащитных насаждений с высокими абиотическими свойствами, что повысит лесистость территории, улучшить влаго, - тепло, -газообмен, преобразует простые ландшафты в более сложные, а следовательно, и в более устойчивые, где менее активно действуют деструктивные процессы и формируется устойчивый экологический каркас (Павловский Е.С.,1988; Кирюшкин В.И., 1993; Ивонин В.М., 2001; Родин А.Р., Родин С.А., 2007; Кулик К.Н. и др., 2008).
Работа является составной частью научных исследований кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (1988-2012 гг.) по программам и темам: «Черноземье», ФЦП «Интеграция» (№ г.р. 01.9.70008841), «Совершенствование систем защитных лесных насаждений в Белгородской области с целью повышения их агрономической эффективности», «Разработка проекта оптимизации агроландшафтов совершенствованием лесомелиоративных комплексов в Воронежской области», «Совершенствование лесомелиоративных комплексов с целью повышения биопродуктивности ландшафтов и улучшения экологической среды ноосферы в условиях Тамбовской области».
Цель исследований - научно обосновать оптимальные параметры формирования искусственных защитных линейных насаждений на основе их лесокультурной и лесоводственно-мелиоративной оценки в условиях Центрального Черноземья.
Задачи исследований заключались в следующем:
-выявить закономерности роста и состояния различных древесных пород в искусственных насаждениях в зависимости от почвенно-климатических условий, лесокультурных и агротехнических приёмов создания;
-изучить структуру формирования защитных насаждений с учётом лесоводственных и эколого-биологических особенностей пород;
-установить степень влияния линейных насаждений на абиотические свойства прилегающих зон;
-изучить агроэкологическое состояние почвенного покрова и биотические свойства почв в условиях адаптивно-ландшафтной системы земледелия;
-определить особенности формирования урожая сельскохозяйственных культур под воздействием полезащитных насаждений;
-осуществить агроэнергоэкономическую оценку лесных полос различного породного состава, конструкций и в целом полезащитного лесоразведения;
-разработать предложения по обустройству аграрных территорий системами лесомелиоративных комплексов.
Научная новизна заключается в многофакторной лесокультурной, лесоводственно-мелиоративной оценке искусственных линейных защитных насаждений. Впервые рассчитаны математические модели роста основных древесных пород для различных почвенных условий, определена биотическая роль лесополос. Дополнена концепция агромелиоративного влияния полезащитных насаждений. Для современных агролесоландшафтов разработаны принципы и дано научное обоснование нормативов по проектированию лесомелиоративных комплексов на пахотных землях с учётом современного агроэкологического их состояния.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость результатов исследований заключается в том, что установлены особенности роста и состояния пород в зависимости от агротехнических приёмов выращивания, подбора ассортимента и местопроизрастания в защитном насаждении в разных почвенно-климатических условиях. Выявлены закономерности и связи между облесённостью пашни защитными насаждениями и продуктивностью сельскохозяйственных культур, условиями формирования экологической среды в зонах влияния защитных линейных насаждений.
Практическая значимость состоит в том, что установлены наиболее оптимальные параметры искусственных защитных линейных насаждений. Получены показатели прибавки урожая основных сельскохозяйственных культур, рекомендуемые к использованию в проектных работах и для расчётов экономической эффективности. Определены обоснованные объёмы работ по лесомелиорации, что позволяет полно и эколого-экономически выгодно осваивать и сохранять природно-ресурсный потенциал ЦЧР.
Результаты исследований используются при чтении курса по дисциплинам «Лесные культуры», «Лесомелиорация ландшафтов» для студентов, обучающихся по специальностям 250201 – «Лесное хозяйство», 250203 – «Садово-парковое и ландшафтное строительство» и по направлениям подготовки бакалавров 250100 – «Лесное дело», 250700 – «Ландшафтная архитектура», вошли в «Сборник схем смешения древесных пород и кустарников для защитных лесных насаждений в Воронежской области»(1998), «Рекомендации по совершенствованию лесомелиоративных комплексов в Белгородской области»(2004), учебное пособие «Методические основы оценки лесогидромелиоративных систем»(2009), обустроено 76 базовых хозяйств Центрального Черноземья оптимизированными системами защитных лесных насаждений.
Методология и методы исследований. Методология исследований базируется на системном подходе к их проведению. Использовались типовые методики, применяемые в агролесомелирации, лесовосстановлении, таксации и лесоводстве.
На защиту выносятся следующие положения:
-закономерности роста, состояния основных лесообразующих пород в чистых и смешанных культурах, различающихся по способам создания, схемам смешения, агротехническим приёмам выращивания в лесостепных и степных условиях;
-формирование структуры защитных насаждений с учётом эколого-биологических особенностей пород;
-влияние линейных насаждений на снегораспределение, запасы почвенной влаги, элементы микроклимата в вегетационный период;
-целлюлозоразрушающая, ферментативная, нитрифицирующая активность почв, детритофаги почвенного ценоза;
-продуктивность и качество фитоценозов в зоне влияния искусственных насаждений;
-агроэнергоэкономическая эффективность линейных насаждений;
-принципы формирования оптимизированных лесомелиоративных комплексов.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается многолетними исследованиями, проведенными лично автором или с его участием, значительным объёмом экспериментального и аналитического материала, использованием современных методологических подходов и применением математико-статистических методов, компьютерной обработки по специальным программам. Результаты исследований достоверны на 95% уровне значимости.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на 11 Международных научно-методических конференциях (Саратов, 1997; Минск, 2001; Волгоград, 2001, 2008; Воронеж, 2000, 2005, 2009, 2012; Новочеркасск, 2010;Санкт-Петербург, 2010; Каменная Степь, 2012), 8 Всероссийских научно-технических конференциях: (Орёл, 1994; Воронеж, 1996, 1998, 2003, 2004; Волгоград, 1998; Тула, 2009; Новочеркасск, 2011), 11 Региональных научно-практических конференциях (Новочеркасск, 1990; Воронеж, 1991, 1995, 1996, 1997, 2004, 2007, 2008; Днепропетровск, 1992; Самара, 1995; Тамбов, 2007) и ежегодных (1989 - 2013 гг.) научно-практических конференциях студентов, аспирантов и профессорско - преподавательского состава ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 81 работа, общий объём которых равен 44,59 п.л., где автору принадлежит 29,64 п.л., в том числе 15 в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 351 м.п. странице, включает введение, семь глав, основные выводы и рекомендации производству, 71 рисунок и 51 таблицу. Список использованных литературных источников состоит из 453 наименований, в том числе 29 на иностранных языках. Приложения содержат дополнительный табличный материал
Выражаю глубокую признательность профессору, доктору с.-х. наук Я.В. Панкову (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»), сотрудникам отдела агролесомелиорации ГНУ «Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии» за поддержку и консультации, а также сотрудникам кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации, студентам и аспирантам ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», принимавшим участие в полевых исследованиях.
Защитное лесоразведение в Центрально-Чернозёмном регионе
Центрально-Чернозёмный регион нашей страны, включающий 5 областей (Белгородскую, Воронежскую, Курскую, Липецкую, Тамбовскую), в основном расположен на Средне-Русской возвышенности, переходящей в Окско-Донскую равнину. Агролесомелиоративный фонд составляет 14841 тыс. га [267].
Основные работы по созданию защитных лесных насаждений в регионе в основном начаты с 1918 г. Наименьшие темпы создания лесополос по всем областям отмечаются с 1948 г., что связано с экономическими трудностями страны. Незначительные ежегодные объёмы (276-1463 га) отмечаются в период 1954-1956 гг. Увеличение объёмов работ по защитному лесоразведению во всех областях ЦЧР происходило в период с 1967 по 1978 гг., что связано с принятием соответствующих постановлений на правительственном уровне [405]. К настоящему времени общая площадь существующих ЗЛН составляет около 500 тыс. га, распределение которой приводится по видам и областям в таблице 1. Наибольшие площади защитных насаждений находятся в Воронежской (170,8 тыс. га) и Белгородской (86,5 тыс. га) областях.
Полезащитные насаждения в долевом участии занимают 30,4 % от всех видов ЗЛН. При этом, наибольшая их площадь находится в Воронежской области (57,1 тыс. га). Противоэрозионные насаждения представлены, в основном, овражно-балочными видами, где объём сохранившихся посадок составляет 244, 8 тыс. га. Темпы создания защитных насаждений на протяжении всех периодов остаются неравномерными. Максимум лесомелиоративных работ отмечается в 1961-1967 гг. и 1971- 1974 гг. [408].
Агротехнические параметры лесополос и в том числе ширина предопределяют показатели эффективности влияния защитных насаждений (табл. 2).
Для полезащитных насаждений в основном ширина составляет 10-20 м, прибалочных и приовражных лесополос - 16-30 м, вокруг водоёмов до 15 м и насаждений на песках - массивные.
Лесные полосы имеют различную структурную конструкцию (табл. 3). Защитные насаждения всех категорий в условиях ЦЧР на 62,5 % представлены плотными конструкциями, ажурные насаждения занимают - 27,7 % и продуваемые -9,0 %. Полезащитные лесополосы около 25 % имеют продуваемую конструкцию.
Породный состав насаждений, подбираемый с учётом почвенно-климатических условий и формирует оптимальные биогеоценозы. На протяжении всего периода развития защитного лесоразведения наблюдается тенденция, направленная на изменение долевого участия пород. Так, в начале периода прошлого века насаждения в основном были представлены дубом черешчатым (40,8 %). Заіем в период 1931-1941 гг. увеличилась доля сосны обыкновенной и малоценных пород [99]. Затем в лесополосы стали вводить долговечные породы, и с начала 70-х годов прошлого века быстрорастущие.
Распределение площади защитных ЗЛН по породам приводится в таблице 4.
К настоящему времени сосна обыкновенная занимает наибольшую площадь (37,6 %), доля долговечной породы такой, как дуб черешчатый, составляет 23,0 %, быстрорастущие породы занимают около 20 %.
Согласно Федеральной программы [386] требуется дополнительно до 2015 года 220,9 тыс.га защитных лесных насаждений, что является нижним пределом оптимальной нормы (табл. 5).
Значительные объёмы работ по защитному лесоразведению необходимы для Тамбовской (62,1 тыс. га) и Воронежской (59,9 тыс. га) областей. Площадь полезащитных насаждений должны увеличиться на 72,1 тыс. га, облесение песчаных массивов составить 8,1 тыс. га, балочных земель - 10,7 тыс. га.
В существующих защитных лесных насаждениях необходимо проведение лесохозяйственных работ на общей площади 118475 га, заключающихся в осуществлении лесоводственных санитарных, возобновительных рубок уходов, реконструкции и восстановлении (табл. 6).
Наибольшие объёмы работ связаны с лесоводственными уходами (57,3 %) и санитарными рубками (27,9 %). Реконструктивные и восстановительные рубки составляют всего лишь 3,0 %. В связи с отсутствием комплексного подхода к изучению современного состояния полезащитных насаждений и биопродуктивности фитоцинозов ЦЧР, зональных особенностей агроландшафтов нами выполнена всесторонняя лесоводственно-мелиоративная оценка полезащитных систем, что позволит дополнить и уточнить теоретические и практические аспекты лесомелиоративной науки и практики [246, 248, 268].
Чернозём типичный
Параметры ширины лесополос и число рядов в насаждении коррелируют с показателями роста древесных пород. При выборе ширины полос необходимо учитывать фактор экономии пахотных угодий и при этом должна формироваться оптимальная конструкция без рубок ухода [257, 261].
В условиях лесостепной зоны Белгородской области показатели роста дуба черешчатого (Quercus robur L.) при смешении в ряду с ясенем обыкновенным на пробной площади 237 в возрасте 30 лет выше, чем на пробной площади 193, заложенной в лесной полосе, где дуб произрастает совместно с вязом обыкновенным (размещении 1,5 х 1,0 - 0,7 м). Разница по средней высоте дуба в сравниваемых вариантах лесных полос составляет 1,8 м, диаметру - 3,6 см, запасу -157 м /га, сохранности - 14,8 % и долевое участие дуба в составе на три единицы больше (табл. 9, прилож. Д). Таким образом, ясень обыкновенный при совместном выращивании с дубом является лучшей породой, чем вяз обыкновенный, который в силу своих биологических свойств (быстроты роста) угнетает дуб.
Для выявления различия в росте берёзы повислой (Betula pendula Roth.) в зависимости от густоты посадки и размещении посадочных мест в лесных полосах были заложены пробные площади 276 и 277. Обе лесные полосы состоят из 2-х рядов, возраст - 26 лет. Биометрические показатели на пробной площади 277 выше, чем на пробной площади 276. Различия по высоте достигают 12 %, диаметру - 42,3 % и запасу - 39,7 %. В полосах формируется ажурно-продуваемая конструкция, общая лесоводственно-мелиоративная оценка - 5а. Различия по высоте и диаметру существенны (tB = 5,62 t0.05 = 2,0; td = 12,07 to.os = 1,96). Следовательно, уменьшение густоты посадки в чистых лесополосах способствует лучшему росту и повышению биометрических показателей берёзы.
Полезащитные насаждения на чернозёме типичном в условиях лесостепи Воронежской области имеют в составе тополь бальзамический, берёзу повислую, ясень обыкновенный, зелёный, вяз обыкновенный, клён остролистный, грушу лесную, яблоню лесную, жимолость обыкновенную, акацию жёлтую и другие.
Быстрорастущие породы способствуют формированию высокоэффективных насаждений как в мелиоративном плане, так и высокопродуктивных по биомассе [263, 274].
В СПК «Землянское» Семилукского района в 5-рядных берёзово-кленовых лесополосах с размещением 3,0 х 1,0 м в возрасте 35 лет (пробн. площадь 421) берёза имеет на 12,5 % больше сохранность, чем клён остролистный. Берёза произрастает по 1а классу бонитета, клён имеет оценку - П. При ширине 15,0 м в лесополосе сформировалась продуваемая конструкция.
Узкие 3-х-рядные берёзовые полосы с опушечным рядом из груши лесной и тополя бальзамического имеют определенные закономерности в росте и состоянии. На территории землепользования ООО «Землянское» Семилукского района лучшие биометрические показатели роста и состояния в возрасте 25 лет при размещении посадочных мест 2,5 х 1,0 м в лесополосах (пробн. площади 319 и 348) имеет берёза, произрастающая совместно с грушей лесной, где сохранность выше 6,2 %, средние высота и диаметр на 7,2 - 8,5 %, запас стволовой древесины - на 20,1 %, средние приросты соответственно на 8,2 - 20,2 %.
В условия сельхозпредприятия также изучена лесополоса из ясеня зелёного, берёзы повислой и клёна остролистного. К возрасту 24 лет при размещении посадочных мест 3,0 х 0,8 м и пяти рядов в защитном насаждении сформировалась продуваемая конструкция. Ясень зелёный имеет сохранность 62,8 % и достигает высоты 10,5 м, диаметра - 11,6 см, запаса - 69,2 м /га (пробн. площадь 426).
При совместном произрастании ясеня зеленого(Ргахіпиз lanceolata Borkh.)c дубом черешчатым и берёзой повислой в возрасте 28 лет сохранность ясеня составляет 66,4 %, берёзы - 40,5 и дуба - 21,2 %. Ясень зелёный имеет среднюю высоту - 12,0 м, средний диаметр - 13,7 см, запас стволовой древесины - 210,7 м7га (пробн. площадь 460).
В условиях лесостепи Липецкой области на чернозёме типичном функционируют лесные полосы с участием различных древесных пород и кустарников.
Тополь бальзамический (Populus balsamifera L.) находит широкое применение. Состояние и энергия его роста предопределяется особенностями выращивания и отмечается снижение показателей роста с увеличением ширины насаждений [263]. Так, в СПК «Рассвет» Задонского и СХПК «Студенческий» Усманского районов в лесных полосах шириной 7,5 и 10,0 м из тополя (пробн. площади 553, 582) в возрасте 25 лет различия в показателях по сохранности незначительны (2,8 %). Однако имеет место существенная разница по среднему диаметру, высоте, запасу и их приростам. По диаметру она составляет 2,9 см или 17,1 %, высоте 1,5 м или 7,5 %, запасу - 35 м /га или 7,7 % в пользу более узкого насаждения.
В лесополосах из тополя бальзамического в СПК «Аврора» Задонского и СХПК «Студенческий» Усманского районов в возрасте 25 лет с размещением 2,5 х 1,0 и 2,5 х 0,8 м (пробн. площади 582 и 561) и отмечается снижение сохранности на 12,7 % с изменением густоты посадки с 4000 до 5000 шт/га. Кроме того, средний диаметр, высота, запас больше на 2,5 - 7,6 % в пользу редкого размещения. Полезащитные насаждения имеют высокую лесоводственно-мелиоративную оценку (56) и продуваемую конструкцию.
Берёза повислая выращивается в полезащитных лесных полосах, при различных способах смешения. Агротехнические показатели выращивания предопределяют её состояние и рост [262, 265, 410].
В агролесоландшафтах СПХ «Воробьёвский» Хлевенского района исследованы лесные полосы с густотой создания 5000 шт/га и 5714 шт/га (пробн. площади 525, 527). Лучшие показатели роста и состояния имеют насаждения с густотой создания 5000 шт/га. Так, сохранность, диаметр, высота, запас в таких насаждениях выше на 4,1 %, чем в сравниваемых вариантах. В лесополосах сформировалась продуваемая конструкция.
Рост и состояние дуба предопределяются параметрами самих линейных насаждений. Так, возрасте 26 лет лучший рост отмечается в 3-х-рядных насаждениях с квадратно-гнездовым размещением посадочных мест 5,0 х 3,0 м, чем в 5-ти-рядных, аналогичных параметров (пробн. площади 649 и 692), где различия по высоте, диаметру и запасу дуба составляют 9,4-10,3 %.
В дубово-ясеневых насаждениях (пробн. площадь 710) сохранность дуба выше на 15,1 %, чем в лесополосах с участием берёзы (пробн. площадь 705). Эта закономерность свидетельствует об активном влиянии быстрорастущей породы, которая по своим биометрическим показателям превосходит дуб в 1,86 - 1,92 раза.
Различия в показателях роста по высоте, диаметру, их приростам составляют 31,9 - 32,5 %. Защитные насаждения представлены плотной конструкцией с лесово дственно-мелиоративной оценкой - 4а.
Ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.) имеет различный состав в за щитных насаждениях. В изученных нами лесополосах имеет определенные закономерности в состоянии и росте в зависимости от способов выращивания[404].
В лесных полосах из ясеня обыкновенного, дуба черешчатого, клёна остролистного и акации жёлтой при подеревном смешении в возрасте 38 лет и размещении посадочных мест 1,5 х 1,0 м (пробн. площадь 684) ясень имеет лучший рост и состояние, чем в лесополосах при порядном смешении его с вязом обыкновенным (пробн. площадь 687). Разница в сохранности равна 6,2 %, в средней высоте, диаметре 7,7 - 9,4 %, бонитете - I единица. Полезащитные насаждения представлены плотной конструкцией и имеют лесоводственно-мелиоративную оценку -46.
Остановимся на особенностях роста различных древесных пород на черно-зёме типичном в условиях Тамбовской области. Общеизвестно, что быстрорастущие породы в полезащитном лесоразведении способствуют формированию высокоэффективных насаждений, как в мелиоративном плане, так и высокопродуктивных по биомассе.
В обследованных лесополосах СПК «Родина» Мичуринского и ООО «Земледелец» Моршанского районов средняя высота, диаметр, запас, сохранность выше у 4-х-рядных защитных насаждений на 4,1 - 10,9 %, чем у 5-ти-рядных при одинаковом размещении посадочных мест и густоте посадки (пробн. площади 776 и 791).
Плодородие почвы
Лесные полосы в лесоаграрных ландшафтах способствуют изменению физико-химических показателей почв [243, 245, 249]. В условиях Белгородской области среди защитных насаждений заложены почвенные разрезы на различном расстоянии, что позволило получить результаты и оценку мелиоративного влияния искусственных линейных лесополос. Так, сравним морфологические показатели профиля, которые представлены в таблице 28.
Из приведенных материалов таблицы 28 следует, что мощность верхнего перегнойно-аккумулятивного слоя А по мере удаления от лесной полосы постепенно снижается. При анализе механического состава почвы наблюдается обеднение пахотных горизонтов глинистыми частицами, что связано с распашкой их и потерей тонких фракций.
Показатели влияния лесополос на физико-химические свойства почвы представлены в таблице 29.
Содержание гумуса в лесной полосе почти в 1,5 раза превышает его содержание в прилегающих полях севооборота. Так, в насаждении его содержание в верхнем слое мощностью 0-5 см составляет 5,2 %; на удалении от неё 100 м (5Н3) - 3,90 %; на удалении на 200 м - 3,11 %. Следовательно, в лесной полосе происходит аккумуляция органического вещества за счёт ежегодного опада и образования лесной подстилки, состоящего из листьев, травяного напочвенного покрова и отмерших корней. Вниз по профилю количество гумуса постепенно уменьшается и достигает 0,35-0,39 %. Некоторое относительное увеличение гумуса в непосредственной близости от защитных насаждений (100 м) объясняется пополнением органического вещества за счет листового опада деревьев, развеваемого ветром. Кроме того, увеличение мощности горизонта А в лесной полосе и вблизи неё связано с аккумуляцией мелких илистых частиц. Эти почвы имеют слабокислую и нейтральную реакцию среды (рН 5,4-6,0), которая в материнской породе сменяется на щелочную. В почвенном поглощающем комплексе преобладает кальций, насыщающий почвенный поглощающий комплекс на 71-72 %. Присутствие в почвенном поглощающем комплексе гидролитической кислотности до 2,63-3,59 мг-экв. на 100 г почвы снижает степень насыщенности основаниями в гумусовом горизонте до 90,8 %. В профиле с глубиной степень насыщенности возрастает и достигает 100 % в материнской породе. При этом, создание лесных полос в лесоаграрных ландшафтах привело к незначительному повышению концентрации водородных ионов и некоторому возрастанию гидролитической кислотности, тем самым уменьшив степень насыщенности основаниями. Подвижными формами элементов питания фосфором и калием наиболее обеспечены прилегающие поля, что является следствием систематического внесения органических и минеральных удобрений. Бонитет тёмно-серых почв составляет 66 баллов.
Для выявления закономерностей влияния лесных насаждений на свойства пахотных почв оподзоленных чернозёмов заложены почвенные разрезы в центре лесополосы, в 30 м от неё и на удалении 150 м. Результаты представлены в таблице 30.
Из приведенных данных таблицы 30 следует, что мощность гумусовых горизонтов А+АВ вблизи лесной полосы больше (30 м от насаждения), чем на более удалённых участках полей, что объясняется аккумуляцией частиц лесной полосой.
Физико-химические показатели чернозёмов оподзоленных представлены в таблице 31.
Содержание гумуса в чернозёмах оподзоленных варьирует от 3,80 % до 5,01 %. Низкое содержание гумуса в самой полосе можно объяснить большой потерей его до создания лесных насаждений в данном ландшафте. Вниз по профилю количество органического вещества постепенно снижается, достигая на глубине 150-160 см 0,3 %. Активная реакция всей почвенной толщи близка к нейтральной и лишь в материнской породе переходит в нейтральную и слабощелочную. И все же, наиболее благоприятный режим складывается на пашне рядом с лесной полосой, где величина рН в пахотном горизонте повышается до 6,05.
На этом же участке (разрез 50А) отмечается и максимальная ёмкость обмена в горизонте Ап и наибольшее содержание обменных кальция и магния, связанное с улучшением гидротермических условий вблизи с лесной полосой и активизацией биохимических процессов. Увеличение доли обменных оснований в почвенном поглощающем комплексе снижает гидролитическую кислотность и увеличивает степень насыщенности почв основаниями. Здесь же наблюдаются и наибольшие запасы подвижных фосфатов и обменного калия. Таким образом, приведенные данные свидетельствуют об улучшающем действии лесных полос на химические и физико-химические свойства примыкающих к ним почв.
По своим физическим и физическо-химическим характеристикам чернозёмы оподзоленные близки к тёмно-серым лесным почвам. Общая пороз-ность в пахотных горизонтах составляет 53-63 %, а иногда 44-46 %. Из общей площади оподзоленных чернозёмов 37,2 % их являются в разной степени эродированными.
Высокое потенциальное плодородие выщелоченных чернозёмов может изменяться под влиянием искусственных насаждений. Чтобы проследить за влиянием лесных полос на физико-химические свойства чернозёмов выщелоченных нами было заложено два профиля. Каждый профиль характеризуется тремя почвенными разрезами. Профиль № 1 состоит из 3-х почвенных разрезов, заложенных в лесной полосе, на расстоянии 30 м от полосы и на расстоянии 150 м, где защитное насаждение имеет ажурную конструкцию. На втором почвенном профиле разрезы расположены в лесной 17-летней тополевой лесополосе ажурной конструкции и на расстоянии 70 и 170 м от насаждения. Чернозёмы 1-го профиля характеризуются отсутствием смыва. Мощность гумусовых горизонтов А+В составляет 58-67 см, а местами и больше (табл. 32). Весь почвенный профиль заканчивается на глубине 123-127 см и ниже начинается материнская порода. По содержанию органического вещества в перегнойно-аккумулятивных горизонтах почвы вся серия разрезов относятся к малогумусным.
Материалы таблицы 33 показывают, что заложенные разрезы в 30 м от лесной полосы и в центре пашни (150 м) имеют различия, где повышенное содержание перегноя в горизонте Ап в почвах, расположенных ближе к насаждению. Объяснить это можно тем, что рядом с лесной полосой создаются наиболее благоприятные гидротермические условия в течение всего вегетационного периода, что увеличивает биомассу органического вещества, поступающего в почву и активизирующего деятельность микроорганизмов и почвенных беспозвоночных. Более интенсивная минерализация и гумификация органических остатков приводит к образованию и лучшему накоплению гумуса в верхнем слое почвы. В процессе более интенсивной минерализации усиливается биогенная аккумуляция кальция и магния. Одна часть этих катионов увеличивает сумму обменных оснований в ёмкости обмена, другая нейтрализует почвенный раствор. В результате наблюдается тенденция к повышению степени насыщенности почв основаниями на участках пашни, прилегающих к лесной полосе.
Нейтрализуя кислые продукты разложения органических остатков, биогенный кальций создает здесь благоприятную нейтральную среду (рН - 6,06 6,54). Активная реакция почвы пашни, удаленной от лесной полосы на расстоянии 150 м близка к нейтральной (рН 5,8 - 6,06). В самом же насаждении за 33 года её существования произошло снижение рН в верхнем 50-ти см слое почвы до 5,3 и 5,4 что, видимо, в связи с сокращением поступления кальция.
Лесные полосы на типичных чернозёмах также изменяют физико-химические свойства почв (табл. 34).
По содержанию гумуса типичные черноземы серии 200-го профиля характеризуются как высоко- и среднегумусовые. Причем, в лесной полосе (разрез 200) его содержание в верхнем 10 см слое составляет 9,60 % и постепенно снижаясь до 3,53 % в горизонте АВ (60-70 см) и до 1,79 % в горизонте В, (120-130); до 1,10% в горизонте В2 (140-150 см).
Облесённость и мелиоративное состояние пашни
Оптимальное соотношение сельхозугодий, защитных насаждений, произрастающих в агротерриторииях позволяет иметь устойчивый экологический каркас ландшафта [41].
В лесоаграрных ландшафтах, имеющих разные показатели облесённости пашни отмечаются различные объёмы урожайности сельскохозяйственных культур при одинаковой оценке плодородия пахотных земель. Поэтому для установления данной зависимости в условиях Белгородской области по 100 хозяйствам 5 районов результаты обобщены и приводятся в таблице 43, на рисунке 62 и приложении Ж.
Увеличение полезащитной лесистости пашни от 0,25 % до 3,75 % на почвах, оцениваемых в 60 баллов способствует изменению урожайности пшеницы озимой от 30,5 до 33,9 ц/га. На более плодородных почвах (80 баллов) эти показатели составляют от 29,8 до 36,9 ц/га. Результаты по овсу (почва 80 баллов) следующие: при облесённости 0,25 % - урожайность 17,7 ц/га; 3,75 % - 29,5 ц/га.
В группе хозяйств с оценкой почвы 60 баллов изменение облесённости на каждые 0,25 % даёт прирост урожая озимой пшеницы в среднем 0,28 ц/га; для почвы 80 баллов эти показатели составляют 0,80 ц/га и по овсу (почва 80 баллов) - 0,90 ц/га. Однако, эти различия достоверны до определённых показателей облесённости. Так, при значении 3,35 % уже не наблюдается существенных приростов. Исходя из этого и с учётом имеющихся данных (площадь полезащитных насаждений 18,1 тыс. га, облесённость пашни 1,11 %) для условий Белгородской области площадь полезащитных насаждений должна составлять не менее 54,7 тыс. га, лесомелиоративные работы проведены на площади 36,6 тыс. га (прилож. Ж).
Для установления вышеприведённой зависимости в условиях Воронежской области по 100 хозяйствам 5 районов результаты также обобщены и приводятся в таблице 44, на рисунке 63 и приложении И.
Увеличение полезащитной лесистости пашни от 0,75 % до 3,50 % на почвах, оцениваемых в 80 баллов способствует изменению урожайности пшеницы озимой от 21,8 до 39,3 ц/га. На более плодородных почвах (90 баллов) эти показатели составляют от 25,8 до 43,7 ц/га (1,00 - 3,50 %). Результаты по ячменю (почва 80 баллов) следующие: при облесённости 1,00 % - урожайность 15,0 ц/га; 3,75 % -33,0 ц/га; по овсу (почва 80 баллов) при полезащитной лесистости 0,75 % урожайность равна 16,1 ц/га, при показателях 3,75 % - 36,1 ц/га.
В группе хозяйств с оценкой почвы 80 баллов изменение облесённости на каждые 0,25 % даёт прирост урожая озимой пшеницы в среднем 1,7 ц/га; для почвы 90 баллов эти показатели составляют 2,14 ц/га; по ячменю (почва 80 баллов) - 1,73 ц/га и по овсу (почва 80 баллов) - 1,86 ц/га. Однако, эти различия достоверны до определённых показателей облесённости. Так, при значении 3,25% уже не наблюдается существенных приростов. Исходя из этого и с учётом имеющихся данных (площадь полезащитных насаждений 42,8 тыс. га, облесённость пашни 1,35 %) для условий Воронежской области площадь полезащитных насаждений должна составлять не менее 97,7 тыс. га, лесомелиоративные работы проведены на площади 54,9 тыс. га
Для установления вышеприведённой зависимости в условиях Липецкой области по 100 хозяйствам 5 районов результаты обобщены и приводятся в таблице 45, на рисунке 64 и приложении К.
Увеличение полезащитной лесистости пашни от 1,50 % до 3,25 % на почвах, оцениваемых в 80 баллов способствует изменению урожайности пшеницы озимой от 27,8 до 35,6 ц/га. На более плодородных почвах (90 баллов) эти показатели составляют от 33,3 до 45,3 ц/га (0,75 - 3,25 %). Результаты по ячменю (почва 80 баллов) следующие: при облесённости 1,25 % - урожайность 19,2 ц/га; 3,25 % -32,1 ц/га; для овса при полезащитной лесистости 1,5 % урожайность равна 25,5 ц/га; 3,25 % - 34,5 ц/га.
В группе хозяйств с оценкой почвы 80 баллов изменение облесённости на каждые 0,25 % даёт прирост урожая озимой пшеницы в среднем 1,78 ц/га; для почвы 90 баллов эти показатели составляют 1,70 ц/га и по ячменю (почва 80 баллов) - 1,92 ц/га и почвы 90 баллов - 0,22 ц/га; по овсу (почва 80 баллов) -1,54 ц/га. Однако, эти различия достоверны до определённых показателей облесённости. Так, при значении 2,75 % уже не наблюдается существенных приростов. Исходя из этого и с учётом имеющихся данных (площадь полезащитных насаждений 15,6 тыс. га, облесённость пашни 1,07 %) для условий Липецкой области площадь полезащитных насаждений должна составлять не менее 40,3 тыс. га, лесомелиоративные работы должны проведены на площади 24,7 тыс. га (прилож. К).
Для установления вышеприведённой зависимости в условиях Тамбовской области по 100 хозяйствам 5 районов результаты обобщены и приводятся в таблице 46, на рисунке 65 и приложении Л.
Увеличение полезащитной лесистости пашни от 0,50 % до 3,25 % на почвах, оцениваемых в 70 баллов способствует изменению урожайности пшеницы озимой от 22,2 до 37,2 ц/га. На более плодородных почвах (90 баллов) эти показатели составляют от 28,1 до 41,8 ц/га (0,75 - 3,25 %). Результаты по ячменю (почва 80 баллов) следующие: при облесённости 0,75 % - урожайность 20,1 ц/га; 3,50 % 30.5 ц/га; для овса (почва 80 баллов) при полезащитной лесистости 1,00 % урожайность равна 23,0 ц/га; 3,25 % - 33,1 ц/га.
В группе хозяйств с оценкой почвы 70 баллов изменение облесённости на каждые 0,25 % даёт прирост урожая озимой пшеницы в среднем 1,54 ц/га; для почвы 80 баллов эти показатели составляют 1,44 ц/га и по ячменю (почва 80 баллов) - 1,06 ц/га, овсу (почва 80 баллов) - 1,20 ц/га. Однако, эти различия достоверны до определённых показателей облесённости. Так, при значении 2,90 % уже не наблюдается существенных приростов. Исходя из этого и с учётом имеющихся данных (площадь полезащитных насаждений 34,6 тыс. га, облесённость пашни 1,63 %) для условий Тамбовской области площадь полезащитных насаждений должна составлять не менее 61,7 тыс. га, лесомелиоративные работы должны проведены на площади 27,1 тыс. га (прилож. Л).
Для установления вышеприведённой зависимости в условиях Курской области по 100 хозяйствам 5 районов результаты обобщены и приводятся в таблице 47, на рисунке 66 и приложении М.
Увеличение полезащитной лесистости пашни от 1,25 % до 3,50 % на почвах, оцениваемых в 80 баллов способствует изменению урожайности пшеницы озимой от 22,7 до 37,0 ц/га. На более плодородных почвах (90 баллов) эти показатели составляют от 27,8 до 44,6 ц/га (0,75 - 3,50 %). Результаты по ячменю (почва 80 баллов) следующие: при облесённости 1,25 % - урожайность 16,0 ц/га; 3,50 % 31.6 ц/га; для овса (почва 80 баллов) урожайность составляет при полезащитной лесистости пашни 1,25 % - 18,5 ц/га; 3,50 % - 33,9 ц/га и на более плодородных почвах (90 баллов) при облесённости 0,75 % урожайность равна 23,4 ц/га; 3,50 % -41,9 ц/га.