Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследовательская работа на песчаных землях и их освоение 7
Глава 2. Программа и методика работ 16
Глава 3. Природные условия 29
3.1- Географическое расположение и рельеф 29
3.2. Климат и погодные условия 33
3.3. Почвы 41
3.4. Типы песков 49
3.4.1. Равнинные и склоновые, слабоувалистые, песчаные и супесчаные глубоководные отложения третьей надпойменной террасы 51
3.4.2. Заросшие бугристо-холмистые, близководные пески второй и первой надпойменных террас 54
3.4.3. Средне и слабо заросшие бугристые, близководные пески второй надпойменной террасы 56
3.4.4. Темноцветные песчаные отложения древних водотоков и межбугровых понижений с древесными колками 59
3.4.5. Припойменные и балочные аллювиально-луговые песчаные и супесчаные отложения 62
Глава 4. Водный режим и баланс влаги основных типов песков 63
4.1. Водный режим и баланс влаги равнинных и склоновых, слабоувалистых, песчаных и супесчаных глубоководных отложений третьей надпойменной террасы 63
4.2. Водный режим и баланс влаги заросших бугристо-холмистых, близководных песков второй и первой надпойменных террас 70
4.3. Водный режим и баланс влаги средне и слабо заросших бугристых, близководных песков второй надпойменной террасы 77
4.4. Водный режим и баланс влаги темноцветных песчаных отложений древних водотоков и межбугровых понижений с древесными колками, водный режим и баланс влаги припойменных и балочных аллювиально-луговых песчаных и супесчаных отложений 83
Глава 5. Характеристика грунтовых вод 88
Глава 6. Интегральная схема водного баланса устъ-кундрюченского песчаного массива 97
Глава 7. Концептуальная модель лесоаграрного освоения песчаных земель устъ-кундрюченского песчаного массива 102
7.1 Лесоразведение 102
7.2 Кормопроизводство и бахчеводство 110
7.3 Пастбищное хозяйство 113
7.4 Овощеводство 114
7.4 Виноградарство 114
Выводы 118
Предложения производству 120
Список литературы 121
Приложения 138
- Исследовательская работа на песчаных землях и их освоение
- Равнинные и склоновые, слабоувалистые, песчаные и супесчаные глубоководные отложения третьей надпойменной террасы
- Водный режим и баланс влаги заросших бугристо-холмистых, близководных песков второй и первой надпойменных террас
- Водный режим и баланс влаги темноцветных песчаных отложений древних водотоков и межбугровых понижений с древесными колками, водный режим и баланс влаги припойменных и балочных аллювиально-луговых песчаных и супесчаных отложений
Введение к работе
Песчаные земли Нижнего Дона занимают площадь более 200 тыс, га. Они в большинстве своем сосредоточены по берегам р. Дон и его притокам -Северскому Донцу, Калитве, Чиру и др. и используются для пастбищного хозяйства и лесоразведения. Опыт Обливского ОПХ ВНИАЛМИ, с/х артели «Россия» Усть - Донецкого района Ростовской области, ОАО «Нива» Кала-чевского района Волгоградской области и других хозяйств показал, что песчаные земли можно использовать более разносторонне: для выращивания многолетних трав, бахчевых, некоторых зерновых культур, садов, виноградников. Основой ведения сельскохозяйственного производства на песчаных землях является защита их от дефляции лесными насаждениями, которые, предохраняя пески от раздувания, защищают сельскохозяйственные посевы, дают древесину и повышают рекреационную значимость песчаных арен. В сочетании лес - поле — пастбище на песках ведется интенсивное хозяйство > возрастает плодородие и улучшается комфортность песчаного ландшафта. Песчаные массивы Придонья не одинаковы по геоморфологическим признакам, плодородию, характеру увлажнения. Природные условия каждого, отдельно взятого, песчаного массива обусловливают комплексный подход в решении вопросов его хозяйственного использования. Пространственное сочетание угодий, площадей, экологические аспекты размещения культур, меняются для каждого песчаного массива. Вследствие этого возникает необходимость определять геоморфологическую структуру песчаных массивов, особенности их водообеспеченности, плодородие почв, а также учитывать климатическую зональность. Эти показатели лежат в основе пространственного размещения угодий, оценке их биологической продуктивности и выбора агротехнических приемов лесовыращивания и сельскохозяйственного освоения.
Усть — Кундрюченский песчаный массив расположен на территории Усть - Донецкого района Ростовской области и был впервые описан А. Г.
Гаелем в 1932 г. Он относится к южной части Придонских песков и занимает 15,8 тыс. га. По количеству осадков и термическому режиму этот массив является вполне благоприятным для лесного и сельскохозяйственного использования. В природном отношении массив чрезвычайно интересен своей необычайной многоводностью, обильным разнообразием растительного покрова, богатством черноземовидных почв с мощным, до 2-х м гумусовым горизонтом. Многие уголки песчаного массива заслуживают заботливой охраны, как редкие и уникальные памятники природы.
Целью наших исследований явились разработка классификации типов песков Усть-Кундрюченского массива по их водообеспеченности и с учетом плодородия, геоморфологии, растительности и других природных факторов для оптимального размещения лесных и сельскохозяйственных угодий. Особое внимание в диссертационной работе уделяется вопросу опреснения речных вод песчаными массивами. Известно, что реки СеверскиЙ Донец и Кунд-рючья, проходящие по индустриальным районам юга России и Украины, сильно загрязнены и малопригодны для водоснабжения населенных пунктов. Песчаные массивы, вследствие высокой инфильтрации, сбрасывают часть атмосферных осадков к грунтовым водам и далее в речные системы, чем опресняют речные воды. Количественная оценка этого явления и явилась основной задачей наших исследований. С учетом этого направления была разработана концептуальная модель лесоаграрного освоения Усть-Кундрюченского песчаного массива, позволяющая обеспечить неистощи-тельное водо питание речных систем, сохранить проти во дефляционную устойчивость пастбищ и разнообразить выход сельскохозяйственной продукции.
Работа велась с 2001 по 2004 гг. под общим руководством академика РАСХН Владимира Ивановича Петрова и профессора Николая Филипповича Кулика. Также нами были обобщены материалы предыдущих воднорежим-ных исследований с 1987 по 1991 гг. выполненные ранее на Усть - Кундрю-ченских песках сотрудниками Новочеркасской Государственной мелиора- б ти в ной академии, А. Б. Клиновым и А. X. Муртазалиевым. Почвенные анализы сделаны в лаборатории Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации с любезного разрешения и под руководством доктора сельскохозяйственных наук В. М. Кретинина. Данные по кадастровой оценке земель Усть-Кундрюченского песчаного массива были получены в ЮжНИИгипроземе. Материалы по оценке и состоянию лесного фонда песчаного массива собраны в Усть - Донецком лесхозе. Всем указанным организациям и лицам автор приносит искреннюю благодарность.
Исследовательская работа на песчаных землях и их освоение
Пески всегда привлекали к себе человека. Еще в каменном веке охотник — рыболов выбирал для стоянок песчаные места на берегах рек и озер. Первобытному мотыжному земледельцу проще было осваивать влажные легкие почвы речных долин. Кочевники скотоводы очень ценили песчаные пастбища, особенно с лесными колками и неглубокими грунтовыми водами, которые обеспечивали водопой скоту. Зимой на бугристых песках и перелесках животные находили защиту от буранов и даже при глубоком снеге кормовые растения. В пустынях пески давали воду, здесь концентрировалась жизнь, через них шли караванные тропы. Однако, в местах скопления скота пастбища сбивались, превращаясь в барханные пески. Г. Е. Грумм-Гржимай-ло (1933) в работе «Рост пустынь и гибель пастбищных угодий» рисует впечатляющую картину этого процесса, приводившего даже к гибели древних цивилизаций и к миграции из Центральной Азии в Сибирь и Европу гуннов, угров (венгров), печенегов, половцев, монголов. Сегодня всюду на песчаных массивах от Монголии до Венгрии обнаруживаются многоярусные разновозрастные почвы, по которым как по книге можно читать историю степей и народов их населяющих, особенно если в почвах удается найти керамику, кости, угли, бронзовые или железные орудия и т. п. (А. Г. Гаель 1930, 1932, 1984, 1999; А. Д. Гожев 1929; А. Е. Иванов 1955). Вспышки антропогенной дефляции фиксировались и в новейшей истории. В конце XIX и начале XX века перевыпас скота в сочетании с засушливыми погодными условиями привели к возникновению огромных пространств подвижных песков в северном и северо-западном Прикаспии. Известный ученый Ф. А. Аверьянов (1916), исследуя Астраханские пески, так описал это явление: «Главная масса песков в этой части губернии расположена в Киргизской орде, в так называемых Приморских округах, которые на всем своем громадном пространстве в настоящее время представляют жуткую мертвую песчаную пустыню: на целые десятки верст - ни растительности, ни людей, ни животных, ни птиц, только пески и пески, собранные в громадной высоты мощные бугры, так называемые барханы».
Последние вспышки антропогенной дефляции, проходившие под общим названием «опустынивание», датируются 60 - 70 годами прошлого столетия. В Прикаспии на территории Калмыкии вследствие перевыпаса и распашки легких почв возникла единственная в Европе песчаная пустыня на площади 0,7 млн. га.
Бороться с деградацией почвенного покрова люди начали в глубокой древности на землях Египта. Греческий философ Платон в VI - V вв. до н. э. советовал покрывать лесами холмы Аттики, чтобы не истощались источники воды (Б. С. Маслов, 2002), Во время Римского владычества делались попытки закрепления Гасконских дюн (С. Синельников, 1911). Однако, большинство работ связанных с песками в ранний исторический период, давали информацию в основном географического содержания: названия рек, селений, колодцев и др. (С. И. Вязигин, 1946). Все, что удавалось узнать о территории и народах, первоначально отражалось на путевых картах и в донесениях. В России долго накапливаемые географические сведения о сопредельных восточных странах, как и о своей земле, были отражены в карте «Большой чертеж», изготовленной по повелению Ивана IV в 1552 г. и дополненной в конце XVI в. при Борисе Годунове. Используя географи ческие данные этой книги и более поздние сведения, добытые в XVII в., Семен Ремезов составил в 1697 г. новую карту «Чертеж земли всей безводной и малопроходной каменной степи».
Эти карты, подытоживая на определенный момент географические знания о пустынях, одновременно отражали дороги, которые выбирали путешественники и посланцы Москвы. Площадных съемок и сплошного изучения территории тогда еще не знали. Передвижение через пустыню, а ее в том или ином месте приходилось пересекать решительно всем, могло идти по опре-деленным, достаточно известным дорогам и маршрутам (А. Г. Бабаев, 1977).
В допетровский период (X - XVII вв.) накопление русскими людьми географических знаний не прошло бесследно, хотя многие данные были отрывочными и неполными, а главное, недостаточно подробными и надежными в плане картографического материала. Объясняется это слабостью собственной картографической и полиграфической базы, и конечно, чрезмерным доверием к западноевропейским картам. Правда, в них, как это доказано учеными, многое заимствовано из русских рукописных материалов и чертежей (Д. М. Лебедев 1976). Тем не менее, к иностранным картам, где действительность нередко сочеталась с вымыслом, было в то время большее доверие.
Все материалы, при всей их значительности, собирались только в результате визуальных наблюдений и расспросным путем. В связи с этим Л. С. Берг писал, что «научные географические исследования и вообще развитие географии как науки началось у нас только со времени Петра I» (Л. С. Берг, 1946). Действительно, петровский период известен замечательными географическими открытиями в Средней Азии, Сибири и на Дальнем Востоке.
При жизни Петра I ряд географических исследований увенчался открытиями большого научного значения. Подготовлена первая в России карта Каспийского моря, «которая в свое время наделала много шуму и имела настолько большое значение, что Французская академия выбрала в 1721 г. Петра Великого, представившего ей эту карту, своим почетным членом» (И. В. Мушкетов, 1915). Не обошел своим вниманием проблемы изучения песчаных территорий и великий русский ученый М. В. Ломоносов. В своей книге «О слоях земных» он указал на широкое распространение песков и их разнообразие.
Равнинные и склоновые, слабоувалистые, песчаные и супесчаные глубоководные отложения третьей надпойменной террасы
Рассматриваемый тип песков находится на III надпойменной террасе реки Северский Донец, в северной части песчаного массива (рис. 3.1.2). Вытянут в широтном направлении от села Тереховка к станице Усть-Быстрянская. Глубокогумусированные супесчаные отложения занимают крутой уступ от II террасы к III, а также равнинную часть пологого подъема переходящего в водораздельную суглинистую степь. Общая площадь рассматриваемого типа песков составляет 2520 га.
Первичный мезорельеф всюду равнинный, лишь в некоторых местах вследствие высокой антропогенной нагрузки сформировался производный вторичный мезорельеф - мелкобугристый с присутствием бугорков, навеянного песка и супеси. Характерной особенностью рельефа территории является наличие пяти овражно-балочных систем, по которым со стороны водораздельной территории (площадь 3900 га) в реку Кундрючья транзитом с грунтовыми водами через песчаный массив стекает около 1 млн м3 вешних и ливневых вод (А. Т. Барабанов, 1993). Коэффициент оражно-балочного расчленения равен 0,4, что свидетельствует о средней степени расчлененности территории (Н.П. Калиниченко 1986). Врез овражно-бал очной сети достигает 30 м (б. Большой Топилин). Грунтовые воды на III террасе залегают на глубине 10-12 м и более.
Основу разнообразия почв составляют черноземе видные песчаные и супесчаные разности. Почвенные разрезы и буровые скважины показывают, что мощность песчаного наноса с супесчаной почвой составляет около 3-3,5 м. Подстилаются почвы довольно тяжелым лессовидным суглинком. Переходы между почвенными горизонтами постепенные. Вскипание карбонатов с соляной кислотой с 60 — 80 см. Основу (скелет) рассматриваемого типа песка составляет средне и мелкозернистый песок (72-92 %). Судя по тому что, даже в иллювиальном горизонте имеется значительная примесь мелкозема, древними водными потоками был отложен не чистый, рыхлый песок, а значительно глинистый. В результате процесса почвообразования в гумусовом горизонте примесь мелкозема увеличилась в 2-3 раза (А. Г. Гаель, 1932), однако, резкое уменьшение мелкозема в верхней части пахотного слоя объясняет выдуванием его ветром.
В пределах II надпойменной террасы глубокогумусированные песчаные и супесчаные отложения встречаются редко, в основном это конусы выносов балочных систем. Растительная ассоциация: разнотравный типчаковый ковыльник, с господством злаков: типчак, ковыль песчаный, костер. Разнотравье представлено полынью полевой, подмаренником настоящим, синеголовником, васильком и др. Сухая растительная масса достигает20-25 ц/га.
Естественная древесная и кустарниковая растительность в основном приурочена к балочным системам и представлена байрачными лесами, с преобладанием дуба, между которыми одиночными деревьями и кустарниками встречаются ясень обыкновенный, груша, яблоня, боярышник, единично терн. Древостой малоценные, однако, играют большую природоохранную роль.
Использование рассматриваемого типа песков в сельскохозяйственном и лесном хозяйстве в годы Советской власти велось более интенсивно, чем в настоящее время. На землях с/х артели им. Кирова были созданы поля с системой полезащитных лесных полос, общей площадью 418 га. Поля защищены 5-ти рядными 30-ти летними лесными полосами, в которых главной породой является робиния псевдоакация. Лесные полосы в настоящее время находятся в удовлетворительном состоянии. Имеет место захламление валежником и сухостоем. Средняя высота лесных полос достигает 14 м, средний диаметр 15 см. Лесные полосы расположены в направлении север - юг, перпендикулярно вреднодействующим ветрам восточных румбов. Расстояние между основными полосами 250 м. Урожайность полей составляла: сорго (зеленой массы) до 270 ц/га, озимая рожь на сено до 49 ц/га, арбуз 240 ц/га. По данным А. Г. Гаеля (1932) до 1930 года виноградники на данном типе песков давали урожай до 8-12 т/га. В настоящее время поля заброшены и их сельскохозяйственное возделывание не ведется. В следствии этого наблюдается появление малоценной древесной и кустарниковой растительности: груша лесная, вяз приземистый, боярышник, клен ясенелистный, шиповник, бузина и пр. Менее чем через 10 лет невостребованность полей III надпойменной террасы превратит их в непроходимую чащобу.
В лесном хозяйстве рассматриваемый тип песков используется для посадки кулисных лесонасаждений сосны обыкновенной. Модельное дерево взято в кв. 3. В возрасте 25 лет, средняя высота 11,3 м, диаметр 11,8 см, запас 133 м7га, бонитет I. Анализ ствола показал, что на момент исследования его объем составил 0,064 м3, среднегодовой прирост 0,0025 м3.
Водный режим и баланс влаги заросших бугристо-холмистых, близководных песков второй и первой надпойменных террас
Заросшие, бугристо-холмистые пески распространены на второй надпойменной террасе реки Кундрючья. Данный тип песков является наиболее распространенным на Усть-Кундрюченском песчаном массиве, площадь его составляет 6,8 тыс. га. Рельеф этих земель увалистый, полого-бугристый, с высотой бугров 1,5 - 4 м. Местами по понижениям на близководных участках формируются естественные древесные колки с участием березы, ольхи, сосны. На данном типе песков развиты дерново-степные среднемощные почвы (серопески). Мощность горизонта А до 40 см, глубина залегания грунтовых вод 2-5 м, минерализация до 0,02 г/л. На землях этого типа нами заложено 2 водно-режимные площадки, в лесу и на полевом участке. Рисунок 4.2.1. Общий вид ВРП №3. Фото: август 2003 г. Лесная водно-режимная площадка заложена на землях АОЗТ «Донская чаша», северо-восточнее урочища Топилинская сосна (рис. 4.2.1). Тип леса свежий бор, вид посадки - массивное насаждение сосны крымской, способ посадки чистыми рядами, размещение посадочных мест 1,5x0,7. Возраст насаждения 30 лет. На момент закладки водно-режимной площадки первоначальная густота древостоя, в результате естественного отпада, уменьшилась до 6800 шт/га, средняя высота 8-9 м, диаметр 10,4 м, запас 272 мТга, полнота 1, бонитет Ш. Санитарное состояние насаждения удовлетворительное. Очаги обыкновенного соснового пилильщика отмечены повсеместно, степень повреждения древостоя 20-30%. С момента закладки лесных культур рубок ухода не проводилось, вследствие чего наблюдается повсеместный сухостой и вывал. Мертвый напочвенный покров 5 — 6 см, травянистая растительность развита плохо редко встречаются полынь горькая.
Однако поражает обилие грибов собираемых местным населением и как следствие сильно нарушенная лесная подстилка. Наблюдения за режимом влажности почв с 1987 г. (рис. 4.2.2) показывают, что начало увлажнения почвогрунта в осенний период приходится на октябрь - ноябрь. К началу зимнего периода пески промачиваются до глубины 40-50 см. Далее до глубины 120 - 160 см влажность остается в пределах 2 — 3 %. В зимний период происходит стабильное увлажнение всей зоны аэрации. Рез- кое увлажнение почвогрунтов фиксируется в конце февраля начале марта и связано оно с началом процесса снеготаяния на песчаном массиве. Однако, в отдельные годы (1989 - 90 г.) стабильное увлажнение начинается в начале зимы. Связано это было с большим количеством выпадающих осадков в виде дождя 44,2 мм в декабре 1989 г. и 41,0 мм в январе 1990 г. и относительно высокими температурами воздуха. За счет зимне-весеннего увлажнения поч-вогрунты в лесных культурах на рассматриваемом типе промачиваются до грунтовых вод, во все сроки наблюдений. Наблюдения за колебанием уровня грунтовых вод показали, что амплитуда составляет в среднем 57 см. Исходя из приведенных материалов, можно констатировать, что в сосновых насаждениях на серопесках сложился промывной тип водного режима. На основе данных влажности почвогрунта и колебания уровня грунтовых вод нами сделан расчет водного баланса сосны крымской на серопесках (табл. 4.2.1). В течение холодного периода почвогрунты увлажнились в среднем на 78,1 мм (за счет выпавших осадков 223,0 мм). По водному балансу величина физического испарения составляет 74,9 мм или 33,6. Гравитационный сток 70,0 мм. В теплый период среднегодовые потери влаги из почвогрунта составили 68,4 мм. Расчетная величина физического испарения 168 мм, при величине летних осадков 322,2 мм. Гравитационный сток 70,6 мм. Интересен тот факт, что гравитационный сток равный 140,7 мм меньше расхода на транспи-рацию древостоем грунтовых вод. Разница 39 мм компенсируется за счет притока воды с прилегающих территорий. Транспирация насаждений из почвогрунта составила 152 мм, расход на транспирацию из грунтовых вод 179,6, суммарная транспирация 331,6 мм. В годовом балансе из 545 мм на физическое испарение уходит 242,9 или 44%, суммарная транспирация 331,6. Указанный расход воды в комплексе с относительно благоприятными почвенными условиями обеспечивает произрастание л. к. сосны по III классу бонитета с условием своевременного проведения лесоводстве иных работ.
Водный режим и баланс влаги темноцветных песчаных отложений древних водотоков и межбугровых понижений с древесными колками, водный режим и баланс влаги припойменных и балочных аллювиально-луговых песчаных и супесчаных отложений
Как отмечалось выше рассматриваемые типы песчаных земель комплексные. Они включают почвы второго типа — серопески, древесные колки, искусственные насаждения сосны, созданные вдоль водотоков и естественные леса, приуроченные непосредственно к водотокам. Формирование водного режима и баланс влаги на каждом из этих подтипов имеет свои особенности. Участки серопесков, также как и на втором типе имеют промывной тип водного режима и пропускают к грунтовым водам в течение гидрологического года 163 мм осадков. Эта влага с грунтовыми потоками частично используется расположенными в этом типе колками, естественными лесами и сосновыми культурами, а частично сбрасывается в реки. Сосновые культуры вдоль водотоков имеют существенную дифференциацию состояния в зависимости от удаления от тальвега водотока. Вблизи водотока культуры растут по I и 1а бонитету. На расстоянии 50-60 м от водотока бонитет снижается до III и IV, хотя грунтовые воды остаются на глубине 1,5-2 м (рис. 4.4.1). Основной причиной ухудшения роста сосны является бедность почвенного субстрата и появление застойного типа грунтовых вод. Непосредственно у водотока и на расстоянии 20 - 30 м вдоль водотока формируются богатые темноцветные луговые почвы, переходящие по мере удаления от водотока в бедные дерново-степные. Воднорежимная площадка (ВРП-7) заложена в 12 м от водотока идущего на юго-запад в сторону станицы Нижнекундрюченская, в урочище «Долгое». Квартал ЗО Усть - Донецкого лесхоза. Сосновые культуры имеют возраст 32 года, высота 19 м, средний диаметр 18 см, полнота 0,9. Грунтовые воды на воднорежимнои площадке залегают на глубине 150 - 180 см, весной поднимаются до 80 - 100 см. Непосредственно в водотоке формируется водный поток, который летом пересыхает.
Водный режим складывается по промывному типу. Летнее иссушение захватывает 80 см толщу (рис. 4.4.2). Далее располагается капиллярная кайма. Высушенные горизонты обычно промачиваются в весенний период. Водно-балансовые расчеты по ВРП-7 приведены в таблице 4.4.1. Транспирационный расход сосняками вдоль водотоков является максимальным и достигает почти 400 мм. В этот расход включаются также рас- ход травянистой растительности, которая, как отмечалось выше получила широкое развитие в этих местоположениях. Значительная часть транспира-ционного расхода (16%) восполняется приточными водами, остальная часть восполняется вертикальными осадками. Водный баланс колковых насаждений и естественных лесов по водотокам рассчитан по величине испаряемости. Эти местоположения являются наиболее водообеспеченным типом. В весенний период они заполняются водой, которая сохраняется 1 - 2 месяца и более, во влажные годы. Водный баланс основывается на величине испаряемости. По А. П. Алпатьеву (1969) в влагообеспеченных местоположениях суммарный расход равен испаряемости. Этот показатель для рассматриваемой зоны равен 750 мм. Годовой водный баланс по упрощенной схеме включает две расходные статьи: транспи-рацию и физическое испарение. Сумма этих статей должна составлять 750 мм. Осадки восполняют 537,9 мм, приточные воды - 212,1 мм (табл. 4.4.2.) это максимальный приточный показатель и характерен только для локальных насаждений.
