Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
1.1 Влияние лесных полос на гидрометеорологические параметры приземного слоя атмосферы 9
1.1.1 Ветрозащитные действия 9
1.1.2 Температура приземного слоя воздуха и почвы 11
1.1.3 Влажность приземного слоя воздуха
1.2 Влияние лесных полос на формирование снежного покрова на полях... 14
1.3 Воздействие лесных полос на свойствапочв 16
1.4 Продуктивность сельскохозяйственных культур в лесозащищенных фитоценозах 20
1.5 Экономическая эффективность защитного лесоразведения 23
2 Характеристика факторов среды объектов исследования 25
2.1 Климат 25
2.2 Рельеф, гидрография и гидрология 26
2.3 Почвы и растительность 28
2.4 Экологическая ситуация 29
3 Объекты, методика и условия проведения исследований 31
3.1 Характеристика объектов исследований 31
3.2 Методические аспекты организации исследований 34
3.3 Метеорологические условия в период проведения исследований 37
4 Роль лесных полос в мелиорации агроландшафтов 41
4.1 Мелиорация снежным покровом 41
4.1.1 Снегонакопление и снегораспределение в агролесоландшафтах... 41
4.1.2 Распределение снежного покрова в агролесоландшафтах под воздействием рельефа з
4.1.3 Распределение снежного покрова в зависимости от месторасположения лесных полос в пространстве 48
4.1.4 Влияние размеров межполосного поля на величину и распределение снежного покрова 52
4.2 Воздействия лесных полос на свойства черноземных почв 58
4.2.1 Морфологическое и микроморфологическое исследования почв... 58
4.2.2 Агрофизическое состояние почв 74
4.2.3 Органическое вещество 77
4.2.4 Подвижные соединения азота, фосфора и обменного калия в почве... 81
4.2.5 Физико-химические свойства почв 86
4.3 Влияние мелиорирующего фактора лесных полос на урожай 92
5 Агроэкологическая эффективность полезащитных лесных полос 96
Заключение 98
Список литературы
- Влажность приземного слоя воздуха
- Почвы и растительность
- Методические аспекты организации исследований
- Воздействия лесных полос на свойства черноземных почв
Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью внедрения в практику работы участников аграрного сектора экономики страны научных методов применения лесной мелиорации в агроландшафтах с целью создания благоприятных условий для сельскохозяйственной деятельности.
Одной из эффективных мер оптимизации агроландшафтов выступает лесная мелиорация, направленная на обеспечение устойчивости аграрного природопользования, главным образом посредством снижения вредоносности засух, деградации почвенного покрова и перевода агроландшафтов из одного состояния в другое с более повышенной продуктивностью пашни.
Мелиорация при помощи лесной растительности достигается в агроланд-шафте во взаимосвязи его компонентов: леса и пашни. В связи с этим изучение роли лесной растительности как основообразующего биокомпонента, оказывающего позитивное влияние не только на водный режим, но и на почву межполосных пространств с учетом природных условий мелиорируемых территорий, требует углубленных исследований. Выбранное направление исследований, с учетом доминантных природных особенностей мелиорируемых ландшафтов, является актуальным.
Исследовательская работа выполнена в период с 2006 по 2010 гг. в отделе агролесомелиорации ГНУ Воронежского НИИСХ им. В.В. Докучаева Россель-хозакадемии по тематическому плану НИР (государственная тема 03.05.05. «Разработать зональные системы лесоводческих мероприятий и ресурсосберегающие машинные технологии с целью повышения агроэкологической эффективности защитных лесонасаждений на пахотных землях и комплексного агролесомелиоративного обустройства ландшафтов»).
Степень разработанности темы исследований. Мелиоративное влияние лесных полос на агроландшафты исследовано В.А. Бодровым (1936), Г.Г. Даниловым (1960), А.Р. Константиновым, Л.Р. Струзером (1965), И.К. Винокуровой (1966), Г.В. Крыловым, Л.А. Ламиным (1970), Ф.С. Барышманом (1974), Н.Г. Петровым (1975), Г.Г. Даниловым с соавторами (1980), Е.С. Павловским (1988), И.Г. Зыковым, В.И. Пановым (1989), В.М. Ивониным (1993), Б.И. Скач-ковым, Е.А. Душкиной, А.С. Чеканышкиным (1996), К.Н. Куликом (2004), В.В. Захаровым, В.М. Кретининым (2005), Ю.И. Васильевым и др. (2006), В.И. Петровым (2010) и др.
Вопросами воздействия лесных насаждений на почвенный ценоз занимались Г.М. Тумин (1930), П.П. Заев (1932), В.П. Байко, А.С. Горбуленко (1949), П.В. Вершинин, И.Б. Ревут (1953), Н.Н. Никонорова (1953), СВ. Зонн, И.Н. Васильева (1954), В.Д. Константинов (1970), П.Г. Адерихин (1979), З.С. Богатырева (1984), Е.Т. Иванков, Ю.И. Илясов (1986), А.П. Щербаков, СМ. Надежкин (2000), В.А. Королев (2002), Ю.И. Чевердин (2006, 2009), П.И. Тихонравова (2007, 2009), В.М. Кретинин (2009) и др.
Изучение вопросов, связанных с количественными и качественными показателями фитоценозов под защитой лесных полос, проводили Б.В. Карузин (1940), Д.П. Рыжиков (1963), Н.М. Милосердов (1975), А.М. Степанов, А.П. Мирошни-
ченко (1979), В.М. Трибунская (1979), И.Г. Зыков (1989); ОБ. Рулева (1995), ВТ. Шаталов, В.И. Михин (1995), Б.И. Скачков, Е.А. Душкина, А.С. Чеканышкин (1997), А.С. Чеканышкин, Г.П. Черенкова (2004), В.И. Михин (2006) и др.
Агроэкономическая эффективность лесных полос исследована Л.Т. Усти-новской (1958), М.М. Лазаревым (1967), А.А. Сенкевичем (1969), И.В. Трещев-ским и др. (1973), Ф.С. Барышманом (1974), В.М. Трибунской (1974, 1990), В.Н. Егоровым (1979), М.С. Юркевичем (1981), В.И. Коптевым, Н.П. Стоногой (1982), А.М. Степановым (1982), Н.Г. Петровым (1991), А.П. Царёвым, В.А. Царёвым (2008) и др.
Цель и задачи исследований - изучить мелиорирующую роль полезащитных лесных полос агроландшафтов, как основу, формирующую особую микроклиматическую среду, способствующую улучшению гидрологического режима и поддержания неистощительного и компенсаторного природопользования в конкретных природных условиях территории.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучить особенности пространственной дифференциации влияния лесных полос на снегонакопление и снегораспределение в зависимости от различных факторов;
определить водный режим полей в границах мелиоративного влияния лесных полос;
- провести анализ воздействия лесных полос на строение, состав и свойства черноземных почв;
оценить влияние лесных полос на биопродуктивность сельскохозяйственных культур.
установить агроэкологическую эффективность лесомелиорации агро-территорий.
Научная новизна работы. Впервые для Калачского овражно-балочного южно-лесостепного района проведены ландшафтно-мелиоративные исследования с целью получения научно-обоснованных материалов о мелиорирующей роли лесных полос преобразуемой территории- лесоагроландшафтов речных долин Среднерусской возвышенности.
Установлены границы пространственного влияния лесных полос на формирование снежного покрова и улучшение в целом гидрологического режима полей с учетом конкретных условий: рельефа, ориентирования лесных полос относительно географических координат и размеров межполосных полей.
Уточнены в конкретных условиях параметры пространственного воздействия лесных полос на сохранение позитивных признаков черноземных почв посредством морфо и микроморфологических исследований.
Дана пространственная оценка мелиорирующего воздействия лесных полос на важнейшее агрофизическое состояние черноземов и их физико-химических свойств.
Теоретическая значимость работы. Полученные результаты исследований роли лесных полос в обеспечении устойчивого аграрного природопользования вносят вклад в развитие теории и методологии мелиоративного влияния лесных полос на агроландшафты.
Практическая значимость работы. Основные экспериментальные результаты исследований имеют практическую направленность и могут служить различным профильным организациям и сельхозтоваропроизводителям основой для разработки мероприятий, программ и составления проектов по оптимизации природопользования лесоаграрных ландшафтов с сохранением и увеличением их природно-ресурсного потенциала. Последнее может быть достигнуто на основе научно-обоснованного проектирования лесомелиоративных систем с фациальной приуроченностью.
Методология и методы исследования. Теоретическую и методологическую базу исследований составили научные труды и разработки отечественных и зарубежных ученых в области агролесомелиорации. При проведении исследований применялись типовые методики, используемые в агролесомелиорации, лесной таксации, почвоведении и экологии. В основу методов исследований положены традиционные подходы экологических исследований:(Захаров В.В., Вадю-нин А.Ф., Корчагина З.А., Аринушкина Е.В. и др.).
Агромелиоративное влияние полезащитных лесных полос изучалось по «Методике системных исследований лесоаграрных ландшафтов», разработанных ВАСХНИЛ (1985).
Определение свойств почв с проведением лабораторных анализов осуществлялось по общепринятым руководствам и методам. экспериментальный материал обработан современными компьютерными программами с применением адекватных статистических методов (Доспехов, 1979).
Основные положения, выносимые на защиту:
особенности пространственной дифференциации влияния лесных полос на снегонакопление и снегораспределение в зависимости от различных факторов;
водный режим полей в границах мелиоративного влияния лесных полос;
состояние и свойства почвенного покрова черноземных почв под воздействием лесных полос в рамках их мелиоративно-экологического потенциала;
продуктивность фитоценозов сельскохозяйственных культур в зоне влияния лесных полос;
агроэкологическая эффективность лесомелиорации агротерриторий.
Степень достоверности полученных результатов подтверждается достаточным объёмом полевого экспериментального материала, многолетними исследованиями, проведенными лично автором или при его участии, применением современных информационных технологий и статистического анализа.
Личный вклад автора. Основу диссертации составляют научные исследования автора, которые выполнялись с 2006 по 2010 гг. Соискатель лично осуществил постановку проблемы, определил цели и задачи в разработке программы и методологии исследований. Спланировал и провел полевые и камеральные работы, обработал, проанализировал и обобщил результаты. Материалы исследований изложил в диссертационной работе, а также подготовил ряд научных статей. Доля личного участия автора в подготовке работы составляет 80%.
Апробация работы. Основные положения диссертации рассматривались и получили одобрение на заседаниях территориально-координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧЗ» (Каменная Степь, 2008, 2009), на заседании сове-
та по земледелию Центрально-Черноземной зоны Отделения земледелия Рос-сельхозакадемии «Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья» (Каменная Степь, 2010), на методических комиссиях по приёмке опытов и на заседаниях Ученого совета ГНУ Воронежский НИИСХ им. В. В. Докучаева Рос-сельхозакадемии (2006-2010 гг.).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, общим объемом 1,44 п.л., личное участие автора составляет 0,8 п.л., в том числе 3 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах. Состоит из введения, 5 глав, заключения и предложений производству. Содержит 16 таблиц, 16 рисунков, 4 приложения. Библиографический список используемой литературы состоит из 216 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.
Влажность приземного слоя воздуха
Первые определения конструкции лесных полос - непродуваемая, ажурная, продуваемая были сформулированы Г. И. Матякиным [120], Я. Д. Панфиловым [144]. Позже Е. С. Павловский [140, 141] выделил промежуточные конструкции лесных полос: ажурно-продуваемая и ажурно-плотная. Количественно продуваемость лесных полос определяется процентным отношением площади просветов в полосе ко всей вертикальной площади полосы [92].
А. Р. Константинов, Л. Р. Струзер [92], Я. Д. Панфилов [144], Я. А. Смалько [166], Д. Л. Арманд [12], Н. И. Сус [173] и др. впервые обобщили результаты исследований ветрозащитных действий лесных полос.
Я. Д. Панфилов [144] первый построил схему снижения скорости ветра под влиянием лесных полос разных конструкций, а исследованиями Я. А. Смалько [166] установлен эффект турбулентного обмена у лесных полос всех конструкций.
В лесомелиоративных исследованиях одни ученые (Ф. С. Барышман [21], В. А. Бодров [27], М. М. Лазарев [115]) подтверждают преимущество ветропроница-емых лесных полос перед плотными. И. А. Гольцберг [47] отмечала, что оптимальная конструкция лесных полос для разных природно-территориальных зон проявляется неодинаково. В Центрально-Черноземных областях, Нижнем Поволжье и на Украине лучшей конструкцией по исследованиям Н. И. Суса [173] и Г. Г. Данилова [53], является продуваемая. На Северном Кавказе и в Молдавии по данным В. М. Горяинова [49] и Л. А. Вайно [35] - лесополосы ажурной конструкции. В регионах с холодной и снежной зимой - Западная Сибирь, Западный Казахстан, по мнению Г. В. Крылова, Л. А. Ламина [106] и Л. А. Князевой [89], более эффективными являются полосы ажурно-продуваемой конструкции.
Н. Г. Петров [145] представил концепцию дифференцированного размещения лесных полос определенных конструкций в агролесоландшафтах. По его мнению, в системе лесных полос приемлемы полосы как продуваемых, так и плотных конструкций.
Эффективность лесных полос оценивается дальностью ветрозащитного влияния. По вопросу об абсолютной дальности ветрозащитного влияния лесных полос высказаны различные мнения. А. Р. Константиновым и Л. Р. Струзер [92] установлено, что влияние лесонасаждений может распространяться на расстояние равное 40-50-кратной высоте полос. Наиболее ощутимо влияние, по мнению Е. С. Павловского [139], сказывается в заветренной зоне, равной 20-25 высот насаждения, и с наветренной стороны в пределах 5-7 высот. Такие же параметры благотворного влияния лесных полос отмечает Г. Георгиев [44]. Г.И. Матякин [120], Е.Г. Кучерявых [111], И.А. Гольцберг [47], Я.А. Смалько [166] определили её равной 30-кратной высоте насаждения.
Однако, эти показатели варьируют в зависимости от рельефа, угла подхода ветрового потока и параметров линейных насаждений [143, 181, 196].
При этом А. Р. Константинов [92] наибольшее внимание уделяет определению оптимального размера межполосного поля, параметры которого бы способствовали снижению скорости ветра не ниже чем на 10 %.
Изменение турбулентного обмена в нижних слоях воздуха на полях, защищенных лесными полосами, ведет к изменению температурного режима воздуха и почвы. Параметры изменения температурного режима зависят от многих факторов: облесенности межполосного поля, сезона вегетационного периода, времени суток, агрофона, рельефа и т. д.
В условиях Каменной Степи И. К. Винокурова [39] наблюдала снижение температуры воздуха в период вегетации на полях среди лесных полос на 1,0...1,5С, по сравнению с открытой степью. В засушливые же годы температура в приземном слое (над растениями) бывает прохладнее на 2,0...3,0С. Такую же закономерность снижения максимальной температуры воздуха на полях, защищенных лесными полосами, в остро засушливых условиях других регионов наблюдали Г. И. Матякин [120], П. Ф. Никитин, М. И. Долгилевич [135], Г. П. Озолин, М. И. Долгилевич [136].
Особенно заметное терморегулирующее влияние лесных полос проявляется в период суховеев, когда относительная влажность и температура воздуха в открытой степи над поверхностью вегетирующих растений становится для них критической. Тогда под защитой лесных полос температура воздуха отмечается ниже на 0,9...2,4С [138]. В период же прохладной погоды, по данным H. Jiddelon, G. Kollet [208], в защищенном лесными полосами участке поля температура воздуха повышается на 1...2С.
Параметры изменения температурного режима зависят не только от сезона вегетационного периода и времени суток, но также от конструкции лесных полос и расстояния защищенности [66].
Исследованиями В. В. Осипова [138], М. Е. Васильева и Г. Г. Ибрагимова [36] также подтверждены выводы о заметном изменении температуры воздуха в приземном слое почвы в зависимости от конструкции лесных полос.
Изменение температуры почвы на полях под влиянием лесных полос определяется условиями вертикального обмена воздуха, состоянием напочвенного покрова, времени и сезона года, а также параметрами лесных полос.
В условиях Среднерусской лесостепи, по данным И. К. Винокуровой [39], наибольшее ее проявление наблюдается в пахотном слое на глубине до 10 см на фоне контрастного состояния напочвенного покрова. На паровых полях и посевных в период начала вегетации сельскохозяйственных растений температура почвы в системе лесных полос превышала таковую же за пределами влияния в среднем на 1,0С. В отдельные дни и годы эта разница в превышении достигала 2,2...3,3С, а на паровых полях в июле превышения составили 7...9С.
На полях, занятых растительным покровом, разница температуры почвы в сторону снижения на глубине 10 см среди лесных полос в среднем за вегетационный период составила 1,2...1,0С. Различия температуры в разных точках защитной зоны от лесной полосы менялись от 0,9 до 3,2С. Снижение температуры почвы летом под влиянием лесных полос отмечают также Ф. Ф. Самусев, В.С. Чернобыль [158], А. С. Быков [32], А. Ф. Калашников [78].
Почвы и растительность
2007-2009-е годы имели различия, как по периодам, так и в целом по каждому году. Основные метеорологические показатели представлены графически (рисунки 3 и 4).
В 2007 календарном году количество осадков и температура воздуха превышали среднемноголетние величины на 14 мм и 2,7С.
В холодный период 2007 года осадков выпало на 60 мм больше, а в теплый период на 45 мм меньше среднемноголетней величины. Зима была снежной и теплее обычного. Основная масса снега выпала в январе и феврале - 80 и 36 мм, при среднемноголетней величине соответственно 25 и 21 мм. Кроме того, наблюдались частые оттепели. Средняя температура холодного периода была выше нормы на 2,7С, теплого периода- на 2,0С. Среднегодовая температура воздуха составила 8,3С, что выше среднемноголетней величины на 2,7С.
Весна была теплой, средняя температура марта превысила норму на 6С. Снежный покров в поле сошел 5-6 марта, почва полностью оттаяла к 18 марта. Запасы воды в снеге накануне снеготаяния были невелики - около 30 мм, но в сочетании с осадками весенних месяцев и избыточного увлажнения почв с осенне-зимнего периода возникло некоторое повышение уровня грунтовых вод. 25.0
Количество осадков в годы исследований (2007-2009 гг.) Летние месяцы характеризуются недостатком выпадающих осадков и повышенной температурой воздуха. За июнь - август осадков выпало меньше сред-немноголетней величины на 65 мм, при средней температуре воздуха теплее обычного на 2,2С. В результате этого к началу осени верхний слой почвы был совершенно сухой.
За сентябрь - октябрь количество осадков было близким к норме этих месяцев, однако выпавших дождей хватило только на увлажнение верхнего полуметрового слоя почвы. К началу ноября запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы составили под озимыми 142 мм, под зябью - 161 мм.
Все зимние месяцы 2008 года характеризуются наличием оттепелей, сопровождавшихся выпадением жидких осадков. В связи с этим высота снежного покрова была незначительной и составляла в первой половине зимы 5-9 см. Лишь в январе высота снега возросла до 16 см, а к концу второй декады февраля до 20 см. Промерзание почвы составляло 65-70 см.
Средняя температура воздуха декабря и января была близкой к норме, в феврале - теплее обычного на 5С.
Весенние процессы начались необычно рано. Разрушение снежного покрова произошло 25 февраля, а уже 1 марта снег сошел полностью. Температурный режим марта был выше среднемноголетней величины на 7С, а количество выпавших осадков составило две нормы. Запасы продуктивной влаги в начале вегетации составили в пахотном слое 34мм, в метровом слое почвы - 189 мм. По количеству выпавших осадков и температурному режиму весенний период был благоприятным для роста и развития растений.
Погодные условия летних месяцев (особенно июля и августа) отличались от среднемноголетних условий повышенным температурным режимом и количеством осадков. Для июля это превышение составило по температуре воздуха на 0,8С, по количеству осадков на 34 мм, для августа соответственно на 4,3С и 40 мм.
Первые два месяца осени 2008 года (сентябрь и октябрь) были теплее обычного соответственно на 0,5С и 3,6С. Количество выпавших осадков составляло 50,9 мм и 45,7 мм или 116 и 111 % от нормы. Переходный месяц от осени к зиме - ноябрь оказался невероятно теплым. Максимальная температура воздуха повышалась до +11 С, на поверхности почвы до +15С. В целом за месяц средняя температура воздуха составила 2,5С, что на 4С выше нормы. Осадки в течение месяца выпадали неравномерно, преимущественно в виде дождя и составили 29 мм или 78 % от нормы. Снежный покров установился только в конце второй декады ноября.
Первая половина зимы 2009 г. была значительно теплее среднемноголетней величины и характеризуется как очень снежная. За этот период выпало более 85 мм осадков при среднемноголетней норме 56 мм. Месячная норма осадков, равная 29,2 мм, а также отрицательная температура воздуха в марте привели к дальнейшему увеличению снежного покрова на межполосных полях.
Высокий температурный режим воздуха в I и II декадах апреля привёл к быстрому сходу снега. Опытные поля освободились из-под снега уже к концу II декады апреля. К тому же апрель, август и сентябрь 2009 г. следует отнести к аномальным по количеству выпавших осадков, составивших к среднемноголет-ним показателям (соответственно по месяцам) 24, 15 и 5 %.
Погодные условия летнего и осеннего периодов 2009 года отличались от среднемноголетних условий повышенным температурным режимом. Особенно это проявилось в 3-ей декаде августа, когда высокий температурный режим усиливался атмосферной засухой.
В августе, сентябре и октябре температура воздуха также была выше многолетней на 3...4С, а количество выпавших осадков недобрало до нормы одной трети многолетних значений. Ноябрь был также теплее обычного на 3,5С, но уже в первой декаде декабря установились устойчивые отрицательные температуры и на полях стал формироваться снежный покров. Количество выпавших твёрдых осадков в декабре превышало среднемноголетние показатели на 15 мм.
Методические аспекты организации исследований
На этих же межполосных полях, но прилегающих к лесным полосам, расположенным в широтном направлении, высота снега в зоне их влияния (как уже отмечалось) имела сравнительно большие показатели. На профиле снежного покрова, под влиянием широтных лесных полос, снежная масса в больших объемах на 30 % аккумулируется непосредственно в самом насаждении и в сугробах его опушек, по сравнению с лесонасаждениями меридионального направления.
Увеличение снегозапасов в широтных лесных полосах находит свое объяснение в том, что сопровождается оно одновременно с уменьшением снежного покрова с участка поля, слабозащищенного лесными полосами зоны, то есть частичного сдувания снега с поля и аккумуляции его в лесной полосе и ее опушках.
Анализ наблюдений за снегонакоплением под влиянием лесных полос с различным месторасположением их в пространстве и различной степенью их взаимодействия с полем показал, что даже несмотря на частичную убыль снега с поля, внутри взаимодействующих лесных полос полного сдувания снега не наблюдалось и, стало быть, система лесных полос обеспечивает устойчивость залегания снежного покрова на межполосных полях. Однако, факты скопления больших объемов снега в лесных полосах, в опушках, в их шлейфах, а наряду с этим, понижение снегозапасов на прилегающих к ним полях, свидетельствуют о недостатках в местоположении и структурной разнохарактерности существующей системе лесных полос по отношению к господствующим по силе и направлению ветрам. Основные лесные полосы, на мелиорируемых полях, в свое время были предназначены выполнять защитное назначение от суховейных восточных ветров, то есть они были заложены в меридиональном направлении, что, естественно, сейчас отражается негативно на вещественно-энергетическом обмене в биоэкосистеме:» поле - лесная полоса».
В условиях проводимых исследований долинно-речных ландшафтов преобладающими метеленосными ветрами, как отмечалось, являются ветры южных (Ю, ЮВ, ЮЗ) направлений и, следовательно, полезащитные лесные полосы, то есть широтного направления, оказывают наибольшее влияние на накопление снегозапасов. Как установлено наблюдениями, в таких полосах в среднем накапливается до 96 мм снегозапасов с учетом снежных шлейфов, что равно 20-25 % (в отдельные метелевые годы до 36 %) суммы выпавших твердых осадков. В среднем в лесных полосах и в их шлейфах к концу зимы скапливается снежных запасов (с учетом убыли за счет зимних оттепелей) на 13-18 % выше суммы выпавших твердых осадков. В тоже время на прилегающих к лесным полосам полях снежных запасов скапливается порядка 60-65 % от суммы выпавших твердых осадков.
Таким образом, проведенные исследования по выявлению влияния пространственного размещения лесных полос (относительно географических координат) на накопление и распределение снегозапасов на межполосных клетках полей, позволяют сформировать следующие научно обоснованные выводы.
В условиях долинно-речных ландшафтов, с преобладающими метеленос-ными ветрами южных румбов, полезащитные лесные полосы широтного направления оказывают наибольшее влияние на снегозадержание и распределение его на межполосных полях. В этой связи основные лесные полосы должны размещаться перпендикулярно к господствующим в зимний период ветрам, то есть в широтном направлении, а в интересах сельскохозяйственного производства они должны быть в 2 раза длиннее меридиональных лесных полос.
Многочисленными исследованиями установлено, что эффективная дальность действия лесных полос на снижение скорости ветра распространяется на расстоянии 25-35-кратной их высоты [39, 47, 66, 92, 109, 135 и др.]. Этим же расстоянием оперируют и при оценке влияния полос на величину и распределение снежного покрова на прилегающих участках местности, но, к сожалению, не всегда учитывают специфику природных условий мелиорируемой территории.
Оперируя приведенными данными дальности влияния лесных полос, одно время было стремление при лесомелиоративном обустройстве агроландшафтов рекомендовать для повсеместного пользования 100-гектарную величину межполосного поля. Распространение такого ошибочного мнения по площади оптимального поля, на наш взгляд, было вызвано недостаточной изученностью фактора, касающегося не только количественного влияния размеров межполосной клетки на величину и распределение снегозапасов, но также и роли природных условий, мелиорируемых агроландшафтов.
С целью установления закономерностей влияния различной площади межполосной клетки в системе лесных полос на величину снегозапасов с учетом природных условий долинно-речных агроландшафтов были проведены снегомерные съемки на межполосных полях различной по площади величины. Число маршрутов по каждому из полей составляло в зависимости от его размеров - от 3 до 4. Лесные полосы пересекались двумя маршрутами, снегомерные измерения проводились в начале и в конце зимы (рисунок 6). Изменение основных снежных характеристик на разновеликих полях межполосных клеток приводятся в таблице 3.
Анализ полученных данных по влиянию размеров межполосных полей на распределение снежного покрова и запасов воды в снеге (таблица 3) позволяет сформулировать следующую закономерность: чем меньше размер межполосного поля, тем больше высота снежного покрова и больше запасов воды в снеге. С увеличением площади межполосных полей эти снежные характеристики уменьшаются. При этом, как видно из графика зависимости средних высот снежного покрова и запасов воды в снеге (рисунок 7) для каждой площади поля кривые связи почти параллельно смещаются вниз вместе с увеличением показателей снежных характеристик - от начала зимы к ее концу. Плотности снежного покрова, наоборот, увеличиваются с увеличением площади полей. Плотность снежного покрова на больших полях всегда выше, чем плотность снега в окружающих их лесных полосах.
Воздействия лесных полос на свойства черноземных почв
Одним из существенных факторов антропогенного воздействия на физико-химические свойства почв является лесная растительность.
Исследования, проведенные С. В. Зонном и И. Н. Васильевой [70] на черноземах Деркульской степи, выявили существенные различия в составе и водопроч-ности структурных отдельностей почв не только под лесными насаждениями, но и на пашне. Позже, М. С. Брук [29] при повторном изучении влияния лесных полос на физические свойства почв этих участков, установила, что с увеличением возраста лесных полос увеличивается содержание гумуса и его подвижных фракций и возрастание водопрочности почвенной структуры.
П. Г. Адерихин, З. С. Богатырева [6], продолжившие изучение физических свойств обыкновенных черноземов на отрожках Калачской возвышенности в Каменной Степи, подтвердили ранее полученные выводы о положительной роли лесных полос как под лесными полосами, так и на пашне на структурный состав почвы, а также на особые режимы тепла и влаги.
В. А. Королевым [97] и Ю. и. Чевердиным [191] при ]зучении физическич свойств обыкновенных черноземов Каменной Степи, в ряду многолетняя залежь -разновозрастная пашня, было выявлено, что при длительном сельскохозяйственном использовании этих почв в сильно десмогенной системе, микроагрегатный состав существенных изменений не претерпевает, т. к. после первых 5-7 лет распашки структура пахотного горизонта в системе полезащитных лесонасаждений приобретает относительно устойчивое состояние.
Известно также, что распашка целинных чернозёмов сопровождается трансформацией почвенно-поглощающего комплекса. Прежде всего, в пахотном горизонте отмечается снижение ёмкости катионного обмена: уменьшение содержания Са2+на 4-9 % и обменного Mg2+Ha 20-30 % [199]. Произрастание древесной растительности на обыкновенных чернозёмах, также, как и их распашка, приводит к изменению в почве содержания обменных оснований кальция, магния и гидролитической кислотности как под пологом лесонасаждений, так и на прилегающих к ним территориях [6]. Характер этих изменений во многом определяется микроклиматическими (экологическими) условиями, складывающимися в биоэкосистеме «пашня-лесная полоса».
Достаточно информативными показателями происходящих в почве изменений в зоне мелиоративного влияния лесных полос, в качестве основных критериев оценки, являются показатели физико-химического состава почв. Изучение физико-химических признаков и свойств почвы, относительно пространственного влияния лесных полос, проводилось, как отмечалось ранее, на ключевых участках и на отдельных почвенных разрезах. Почвообразующей породой служат лёссовидные карбонатные глины. Грунтовые воды на момент отбора почвенных образцов залегали на глубине 4,2 м от поверхности почвы. По типу вода характеризуется как гидрокарбонатно-сульфатная-натриево-кальциевая (Приложение Г).
В задачу наших исследований входило изучение воздействия лесополос на динамику состава поглощённых катионов и ёмкости поглощения. Установлено, что для почв лесной полосы и прилегающей к ней пашне характерно преобладание кальция в составе обменных катионов без резкого уменьшения ёмкости обмена с глубиной (таблица 13). Близки по физико-химическим свойствам, к выше рассмотренным, результаты исследований пахотного слоя почв. Что касается характера происшедших изменений в составе обменных катионов, связанных с пространственным влиянием лесных полос, то по усредненным данным большой выборки образцов в лесомелиорируемой пашне во всем гумусовом горизонте почвы отмечается повышенное содержание обменного кальция, по сравнению с почвой пашни в зоне ослабленного мелиоративного влияния лесных полос.
Расстояние от лесополосы Глубина, см Са2+ Mg2+ Гидролитическая кислотность Сумма обменных катионов Са2+ Mg2+ Н+ Гидролитическая кислотность Ca2+/Mg2+ Степень насыщенности, % почвах дает расчет их процентного содержания по отношению к емкости обмена: в зоне влияния лесных полос в пахотном слое кальция в составе обменных катионов 81-82,5 %; доля обменных катионов кальция в не мелиорируемой пашне снижается до 79,1 %. Обменного магния почва содержит 12,1-12,8 мг-экв./100 г почвы, от суммы катионов доля кальция составляет в верхнем слое 81-82,5 %; отношение кальция к магнию колеблется от 5,7 до 6,8. Преобладание в почве поглощенного кальция создает наиболее благоприятные условия ее плодородия. Доля обменных катионов кальция в менее мелиорируемой пашне снижается до 22,9-25,1 мг-экв./Ю0 г почвы. Увеличение доли магния и узком отношении его к кальцию в почве за пределами эффективного влияния лесных полос свидетельствует об ухудшении физико-химических свойств почвы.
Степень насыщенности основаниями в пахотном слое мелиорируемой зоны поля колеблется в пределах 93,8-94,6 %. Эти показатели соответствуют данным исследований П. Г. Адерихина и З. С. Богатыревой [6], которые отмечают степень насыщенности в пахотном слое 91-94 % на расстоянии 25 м от лесной полосы, а на расстоянии 100 м - 94-96 %.
Дальнейший анализ воздействия лесных полос на свойства почв показал, что в зоне влияния лесных полос происходит увеличение в составе катионов поглощенного Н+. Очевидно, что лесные полосы косвенно повлияли на увеличение гидролитической кислотности в прилегающих к лесным полосам пахотных участках за счет большего накопления снега и увлажненности пашни. Кроме того, преобладание в поглощающем комплексе кальция в мелиорируемой пашне, является важным следствием воздействия лесных полос и фактором улучшения структуры почвы.
Отсюда следует, что физико-химические свойства почвы на пашне в зоне влияния лесных полос более благоприятны для роста и развития сельскохозяйственных культур за счет нарастания преобладающей доли в поглощающем комплексе кальция над магнием и повышением гидролитической кислотности, способствующей усилению подвижности питательных веществ в черноземах.