Содержание к диссертации
Введение
1 Природно-климатические условия района исследований 9
1.1 Климат 10
1.2 Увлажнение и ветровой режим 12
1.3 Почвенно-геологические условия 15
1.4 Агроклиматическое и дендрологическое районирование 17
1.5 Сельскохозяйственные угодья и культуры степного Крыма 19
2 Состояние вопроса 22
2.1 Хвойные породы в защитном лесоразведении 22
2.2 Мелиоративная эффективность и ценность ресурсов защитных лесонасаждений в степи 31
3 Объекты, программа и методика исследований 35
3.1 Цель и объекты исследований 35
3.2 Программа и методика исследований 39
4 Исследование роста лесонасаждений с участием хвойных пород в условиях степного Крыма 44
4.1 Опыт создания лесомелиоративных насаждений с участием хвойных пород в степном Крыму 44
4.2 Рост лесонасаждений с участием сосны крымской 48
4.2.1 Защитные лесные массивы сосны крымской 48
4.2.2 Полезащитные лесные полосы сосны крымской 53
4.3 Рост лесонасаждений с участием плосковеточника восточного 57
4.3.1 Защитные лесные массивы плосковеточника восточного 57
4.3.2 Полезащитные лесные полосы плосковеточника восточного 62
4.4 Рост лесонасаждений с участием можжевельника виргинского 66
4.4.1 Защитные лесные массивы можжевельника виргинского 66
4.4.2 Полезащитные лесные полосы можжевельника виргинского 70
5 Мелиоративная эффективность полезащитных лесонасаждений с участием хвойных пород 76
5.1 Влияние полезащитных лесонасаждений на ветровой режим мелиорируемых агроландшафтов 76
5.2 Влияние полезащитных лесных полос на температуру приземного слоя воздуха прилегающих сельскохозяйственных угодий 86
6 Оценка ресурсов лесонасаждений с участием хвойных пород 96
6.1 Оценка ресурса продуктивности 96
6.2 Оценка природоохранного ресурса 99
6.3 Оценка мелиоративного ресурса полезащитных лесных полос 101
6.4 Общая оценка ресурсов лесомелиоративных насаждений степного Крыма 103
Заключение 106
Список литературы 110
Приложение А – Характеристика опытных объектов 134
Приложение Б – Фотоиллюстрации опытных объектов 160
Приложение В – Акт внедрения научной разработки в учебный процесс 172
Приложение Г – Акт внедрения научной разработки в производство 173
- Хвойные породы в защитном лесоразведении
- Полезащитные лесные полосы сосны крымской
- Влияние полезащитных лесонасаждений на ветровой режим мелиорируемых агроландшафтов
- Общая оценка ресурсов лесомелиоративных насаждений степного Крыма
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Площадь сельскохозяйственных угодий, расположенных преимущественно в условиях степного Крыма, составляет 1680 тыс. га (Крымстат, 2017). Они обеспечивают продовольственную безопасность полуострова, вошедшего в состав Российской Федерации в 2014 году. Здесь выращивают различные сорта озимой пшеницы, подсолнечника и ярового ячменя. Для их защиты от неблагоприятных аридных условий северной и центральной части региона на сельскохозяйственных землях Республики Крым созданы массивные и полосные защитные лесонасаждения, большая часть которых образована лиственными породами (Неонета, Гладун, 2008; Агапонов, Швец, 2010; Неонета, 2011; Плугатарь, 2014).
Защитные лесонасаждения с участием хвойных пород (Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L., Juniperus virginiana Hetz.) на сельскохозяйственных угодьях стали создаваться в опытном порядке с 60-х годов прошлого века (Салогуб, 2014). По нашим данным, площадь массивных лесонасаждений в степном Крыму не менее 2583 га, а полезащитных – 1155 га.
Более широкое применение хвойных видов в агролесомелиорации степного Крыма затруднено недостаточной изученностью роста и мелиоративной эффективности таких лесонасаждений. Это определило цель наших исследований, проводимых в 2008-2016 годах в степной части Крыма: – рост и мелиоративная эффективность лесонасаждений с участием хвойных пород в условиях степного Крыма.
Работа является составной частью научных исследований кафедры лесного
дела и садово-паркового строительства Академии биоресурсов и
природопользования Крымского федерального университета
им. В.И. Вернадского (ФГАОУ ВО «КФУ») в рамках НИОКР «Биоэкологическое изучение интродуцированных древесных растений для развития декоративного садоводства и полезащитного лесоразведения в предгорном и степном Крыму» (регистрационный номер 115121010068; дата регистрации 10.12.2015 г.).
Степень разработанности темы. Опыт защитного массивного и полосного лесоразведения в степном Крыму проанализирован в работах А.Г. Треумова-Дрейзина (1939), С.Е. Кузнецова (1948), В.П. Доброхвалова (1951), М.А. Кочкина (1952, 1954), М.П. Волошина (1956), В.С. Щичко (1958), Н.Н. Дзенс-Литовской (1970), А.Г. Григорьева (1980), А.П. Максимова (1984), А.А. Перепадина (2003), М.Г. Головань (2008). Рост хвойных пород в массивных и полезащитных насаждениях изучался преимущественно в условиях юга Украины Д. Даниленко (1927), А.В. Гордеевым (1949), Б.И. Гавриловым (1950), П.Ю. Кроткевичем (1952), В.А. Бодровым (1953), П.А. Скрипкой (1954), А.Е. Вербиным (1955), Н.Л. Терентьевой (1955), С.Г. Воловодовым (1961), В.М. Виноградовым (1970), Н.А. Лохматовым (2004), Г.Б. Гладуном, (2010), при этом особенности роста хвойных пород (Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L., Juniperus virginiana Hetz.) в степной части Крыма требовали дополнительного изучения.
Мелиоративная эффективность полезащитных лесонасаждений детально рассмотрена в работах Н.Н. Дубенок (2017), О.И. Бабошко, В.В. Танюкевича (2014), Д.П. Бурнацкого (1952), И.И. Галайдиной (1968), Г.Б. Гладуна (2010),
Г.Г. Данилова (1963), М.М. Двинянинова (1950), М.И. Долгилевича,
Ю.И. Васильева (1968; 1970; 1974; 1978; 1981), Н.И. Ивлиева (1962), Н.Р. Казюты (1969), В.И. Коптева и др.(1982; 1985), Н.Ф. Кулика, К.Н. Кулика, А.К. Кулика (1979; 2012; 2015), А.С. Манаенкова и др. (2014; 2015; 2016), Г.И. Матякина (1936; 1952), А.И. Пилипенко, В.Ю. Юхновского (1977; 1992; 1998; 2004), Я.А. Смалько (1963), В.В. Танюкевича и др. (2011; 2013; 2015), А.Т. Барабанова, А.И. Узолина, А.В. Кулика (2016; 2017), А.С. Рулева, А.М. Белякова, А.Н. Сарычева, В.Г. Юферева, А.В. Кошелева (2011; 2016), О.В. Рулевой, Н.Н. Овечко (2016), А.В. Семенютиной (2004), П.Н. Проездова, А.В. Панфилова, Д.А. Маштакова, Л.В. Кузнецовой (2009; 2010; 2016), В.М. Ивонина и др. (2008; 2010; 2012), А.Р. Константинова, Л.Р. Струзера (1974), Я.Д. Панфилова (1936), В.И. Михина и др. (2006; 2012; 2015). Мелиоративное влияние полезащитных хвойных насаждений Pinus sylvestris L. в условиях степного Придонья рассмотрено в работах Н.Н. Дубенок, В.В. Танюкевича, А.В. Журавлевой (2015; 2016). Определены критерии экономической оценки ресурсов в лесонасаждениях, в основе которой лежат запас стволовой древесины, природоохранный ресурс и мелиоративная эффективность (В.М. Ивонин, В.В Танюкевич (2011), Н.Н. Дубенок, В.В. Танюкевич, А.В. Журавлева (2016).
Целью исследований, проводившихся в период с 2008 по 2016 год в Раздольненском, Джанкойском, Симферопольском, Красногвардейском, Сакском, Белогорском и Ленинском административных районах Республики Крым, являлось изучение особенностей роста Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L. и Juniperus virginiana Hetz. в массивных и полезащитных насаждениях, а также мелиоративное влияние лесных полос с участием хвойных пород на микроклимат межполосного поля.
Задачи исследований:
-
изучение опыта создания лесомелиоративных насаждений в степном Крыму;
-
исследование роста лесонасаждений с участием хвойных пород в условиях степного Крыма;
-
изучение мелиоративной эффективности полезащитных лесонасаждений с участием хвойных пород в регионе исследований;
-
оценка ресурсов защитных лесонасаждений.
Научная новизна. Установлены закономерности хода роста Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L. и Juniperus virginiana Hetz. в защитных массивных и полосных насаждениях степного Крыма. Уточнено мелиоративное влияние насаждений с участием хвойных пород на микроклимат межполосного поля. Определена природоохранная роль массивных и полосных насаждений (депонирование углерода и продуцирование кислорода) с участием хвойных пород. Дана экономическая оценка ресурсов массивных и полосных насаждений с участием хвойных пород в условиях степного Крыма.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость. Получены математические уравнения, с высокой точностью описывающие и прогнозирующие ход роста Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L. и Juniperus virginiana Hetz. в массивных и полезащитных насаждениях степного Крыма.
Практическая значимость. В ходе диссертационных исследований разработаны и успешно внедрены в государственном казенном учреждении Республики Крым «Северо-западное объединенное лесничество» таблицы хода роста Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L. и Juniperus virginiana Hetz. с общим экономическим эффектом 6589 тыс. руб. в условиях степного Крыма. Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Новочеркасском инженерно-мелиоративном институте им. А.К. Кортунова (филиал ФГБОУ ВО «Донской ГАУ») по дисциплинам «Агролесомелиоративное устройство»; курс лекций по дисциплине «Лесомелиорация ландшафтов»; практикум по дисциплине «Растительные мелиорации опустыненных агроландшафтов» для студентов по направлению подготовки 35.03.01 – «Лесное дело».
Методология и методы исследований базируются на апробированных в агролесомелиорации методиках Б.А Доспехова (1987), В.М. Ивонина (2003), П.П. Изюмского (1972), а также на системном подходе. При статистической обработке полевых данных использовалось лицензионное программное обеспечение MS Access, MS Excel, Statistica. Автором использовались таксационные материалы официального лесоустройства Евпаторийского, Раздольненского, Джанкойского, Белогорского и Ленинского лесхозов (1963; 1988; 2000), книги учета лесных культур (1953; 1973; 1980), официальные статистические (2017) и справочные данные (2015).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
закономерности хода роста Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L. и Juniperus virginiana Hetz. в массивных и полезащитных лесонасаждениях степного Крыма;
-
влияние полезащитных лесонасаждений на ветровой режим мелиорируемых агроландшафтов;
-
влияние полезащитных лесных полос на температуру приземного слоя воздуха;
-
оценка ресурсов лесонасаждений с участием хвойных пород в условиях степного Крыма.
Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность и обоснованность полученных результатов определяется значительным объемом полевых и многолетних экспериментальных данных, полученных лично соискателем или при его непосредственном участии с широким использованием статистического анализа и информационных технологий.
Основные результаты диссертационной работы были доложены на
международных научно-практических конференциях «Ученые ботаники
Таврического университета: вклад в науку, идеи и их развитие» (Симферополь, 2008), «Лесоводственное образование и наука: история, современное состояние и перспективы развития» (Харьков, 2013), «Актуальные проблемы ботаники и охраны природы» (Симферополь, 2017), международной конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 2017).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ общим объемом 3,99 п. л., в том числе с долей автора 2,92 п. л. В журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ, опубликовано три статьи с участием автора объемом 0,71 п. л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, насчитывающего 221 источников, в том числе 8 на иностранном языке, 4 приложений. Объем диссертации включает 134 страниц стандартного компьютерного набора, текст иллюстрирован 41 рисунком и графиками, содержит 30 таблиц. Приложения содержат акты внедрения научных разработок в учебный процесс и на производстве.
Хвойные породы в защитном лесоразведении
Выращиванием защитных лесных насаждений в засушливых степных условиях занимались многие земледельцы-энтузиасты и ученые-лесоводы. К ним относятся А.И. Левшин, В.П. Скаржинский, В.Я. Ломиковский, И.И. Шатилов, И.Н. Шатилов, и др. [24, 100], В.Е. Фон-Графф, Г.Н. Высоцкий [34-36], И.Я. Данилевский, И.А. Борткевич, О. Патций [143], Д. Даниленко [43], П.Ю. Кроткевич [111].
Об использовании хвойных пород в защитном лесоразведении говорится в работах средины XIX века. В имении Моховое Тульской губернии, отец И.Н. Шатилов и сын И.И. Шатилов в период с 1821 по1891 год, для защиты угодий высаживали защитные лесные полосы, в том числе из сосны и лиственницы [110].
В Николаевской области Украины В.П. Скаржинский, выращивая защитные лесные насаждения на землях не пригодных для сельского хозяйства, большое внимание уделял долговечным древесным породам. К таким породам он относил сосну крымскую, можжевельник виргинский и другие породы [24].
На территории Старобельского лесного массива Запорожской области Украины, на супесчаных и суглинистых почвах наряду с лиственными породами выращивали сосну крымскую, сосну австрийскую, сосну обыкновенную и можжевельник виргинский. Из вышеперечисленных хвойных пород наиболее засухоустойчивыми оказались культуры можжевельника виргинского. В возрасте 75 лет он достиг высоты 8 м, а в 90 лет – 8,5 м. Сосна крымская и обыкновенная отличаются хорошим ростом на супесчаных и супесчано-суглинистых почвах [211]. В южных и юго-восточных районах европейской части СССР на каштановых почвах для создания защитных лесных насаждений в период с 1932 по 1941 год вводили лиственницу сибирскую, сосну крымскую и сосну обыкновенную [182].
К древесным породам, которые советовали высаживать на землях вблизи моря, относится сосна шотландская, обыкновенная, веймутова и приморская [136].
Изучая опыт выращивания хвойных пород в степных регионах, Д. Даниленко [47] отмечает достаточно широкое распространение сосны обыкновенной и сосны крымской в защитных лесонасаждениях засушливой черноземной зоны, в том числе на территории Краснодарского края и Велико-Анадоля.
Для облесения Нижнеднепровских песков (Украина) активно использовали сосну крымскую и сосну обыкновенную. В этих условиях сосна хорошо сохраняется до 70-летнего возраста. Сосна крымская отличается лучшими показателями роста, чем сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) [20, 29, 37, 43, 175, 183, 204].
Учитывая биологическую устойчивость к засухе и заморозкам, способность расти на бедных, маломощных и засоленных почвах, И.С. Сафаров предлагает широко внедрять в полезащитное лесоразведение сосну эльдарскую, в частности для создания прикаспийской защитной государственной лесополосы [180].
При изучении состояния древесных пород на засоленных каштановых и темно-каштановых почвах юга Украины Е.С. Мигунова отмечает, что плосковеточник восточный, сосна крымская, сосна обыкновенная, можжевельник виргинский и лиственница сибирская (Larix sibirica L.) в степных условиях отличаются высокой засухоустойчивостью, солевыносливостью и большой долговечностью. На каштановых почвах сосна крымская выделяется своими размерами и особенно долговечностью. На лугово-черноземных почвах эта порода растет удовлетворительно, имея в 70 лет высоту ствола 15-17 м, диаметр 50 см. Плосковеточник восточный на каштановых почвах Присивашья в 70 лет не имеет признаков снижения жизнестойкости. Без дополнительного увлажнения он достигает высоты 6-8 м. Достаточно устойчив к солонцеватым и слабосолонцеватым почвам. В 25 лет имеет среднюю высоту 6 м. Можжевельник виргинский характеризуется способностью произрастать на слабозасоленных почвах. На сильно засоленных почвах Херсонской области Украины можжевельник первые 10-15 лет растет удовлетворительно. В условиях сухой степи на лугово-каштановых почвах успешно растет при достаточном увлажнении. В возрасте 80 лет высота его достигает 8-12 м [126].
Многолетний опыт выращивания хвойных пород в парках, пристанционных скверах, железнодорожных складах, отдельных сельских и городских усадьбах свидетельствует о хорошем развитии ели, сосны, можжевельника и других хвойных пород. О. Патций считает, что это является основанием для рекомендации этих пород к более широкому использованию в защитном лесоразведении [143].
Опираясь на работы многих исследователей, П.Ю. Кроткевич [102], освещает опыт применения различных хвойных пород в защитных лесных насаждениях на черноземных почвах в степных и лесостепных условиях. В засушливых условиях степи, наряду с лиственными породами, хорошо растут в виде лесных полос, аллейных посадок, небольших групп и отдельных деревьев сосна обыкновенная, сосна черная австрийская (Pinus nigra L.), сосна крымская, сосна веймутова (Pinus strobus L.), сосна Банкса (Pinus banksiana L.), ель европейская (Picea abies L.), лиственница сибирская, лиственница европейская (Larix decidua Mill.), можжевельник виргинский, можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.), плосковеточник восточный.
По данным П.С. Погребняка ведущими хвойными породами для создания полезащитных полос в степной зоне Украины следует считать лиственницу сибирскую и европейскую, сосну обыкновенную и крымскую, ель европейскую, а в качестве вспомогательных пород – сосну веймутова, крымскую, Банкса и можжевельник виргинский [152].
Исследования представителей рода Сосна (Pinus L.) в условиях Нижнего Поволжья свидетельствуют о высокой устойчивости и жизнеспособности различных видов. В засушливой степи успешно произрастают и формируют защитные лесные насаждения следующие виды сосен: обыкновенная, австрийская, Банкса, желтая, крымская. Произрастая на среднепогребенных каштановых почвах, наилучшими показателями роста отличаются сосна обыкновенная и сосна крымская [103].
На территории Восточного Предкавказья, в условиях Терско-Кумских засоленных песков, защитные лесные насаждения создавались с 1915 г. преимущественно из сосны крымской, австрийской и обыкновенной. Полезащитные лесные полосы, а также искусственные древостои сосны крымской и сосны обыкновенной в полной мере защищают пастбища в засушливых степных условиях Западного Прикаспия. При этом на полиминеральных отложениях древостои сосны крымской в возрасте 20-40 лет имеют некоторое преимущество перед сосной обыкновенной [115, 116, 189-194].
Изучая состояние и сохранность защитных лесных насаждений в засушливой степной зоне Западной Сибири, А.С. Манаенков [117] для повышения долговечности и эффективности полезащитных лесных полос на комплексных каштановых почвах рекомендует использовать древесные породы, которые экономично расходуют влагу, в том числе сосну обыкновенную и лиственницу сибирскую [118].
Сосна обыкновенная, произрастая в условиях Ширинской сухой степи, образует чистые и смешанные защитные лесонасаждения возрастом 40-50 лет. На песчаных почвах сосна в этом возрасте достигает средней высоты 8,5 м, диаметра стволов 14,8 см, характеризуется удовлетворительным состоянием и сохранностью 65-70%. На черноземных почвах сосна обыкновенная произрастает в чистых и смешанных насаждениях с ивой остролистной, тополями бальзамическим и черным. Чистые насаждения достигают средней высоты 10,1 м, диаметра ствола – 17,3 см. В смешанных насаждениях сосна обыкновенная характеризуется средними высотой 8,4 м и диаметром ствола 14,0 см. Лиственные породы, такие как ива остролистная, тополь бальзамический и черный, в возрасте 45 лет обгоняют сосну в росте и угнетают ее [61, 85-87, 92].
По сообщениям В.В. Танюкевича и А.В. Журавлевой, в условиях Среднего Дона сосна обыкновенная формирует чистые полезащитные лесные полосы плотной конструкции. В возрасте 20-40 лет эти насаждения имеют среднюю высоту от 4,0 м до 7,8 м, средний диаметр стволов 4,0-7,1 см и запас древесины 10,7-46,5 м3/га [194, 200].
В условиях Нижнего Дона на черноземных почвах лесомелиоративные насаждения, образованные Pinus sylvestris и Pinus рallasiana в возрасте 30 лет, характеризуются активным ростом и высокой продуктивностью [120, 203].
Исследования А.Е. Вербина и В.Г. Келеберды, проведенные в хвойных защитных лесных насаждениях Донбасса на меловых почвах, свидетельствуют о том, что можжевельник виргинский является одной из самых перспективных пород в этих условиях [28].
Немецкий колонист Фишер в 1896 г. возле г. Геническа (Херсонская область, Украины), создал рощу можжевельника виргинского. До нашего времени сохранилось несколько сотен деревьев на площади 2 га со средней высотой 8,0 м [24].
По мнению Г.Б. Гладуна и Ю.Г. Гладуна, можжевельник виргинский в защитных насаждениях на темно-каштановых почвах Присивашья Херсонской области Украины является самой долговечной породой из всех, которые использовались в защитном лесоразведении. Автор рекомендует шире использовать данный вид для рекреационного и мелиоративного степного лесоразведения [39].
Полезащитные лесные полосы сосны крымской
Лесные полосы образованные Рinus pallasiana D. Don. обнаружены в результате рекогносцировочных обследований полезащитных насаждений в степной части Крыма (Раздольненский, Симферопольский, Красногвардейский административные районы). Всего было обследовано 7 полезащитных полос, в трех наиболее типичных были заложены пробные площади. Сосна крымская формирует чистые по составу полезащитные лесные полосы шириной 15-20 метров. Как правило, насаждения состоят из четырех рядов. Высота лесополос составляет 5,7-11,1 м, средний диаметр – 10,3-21,5 см, запас стволовой древесины – 81,7-240,1 м3/га. Возраст посадок от 15 лет до 40 лет, густота 958-2620 шт./га при сохранности 30-80%. Лесные полосы оцениваются по II-III классу бонитета, а по санитарному состоянию характеризуются как угнетенные и сильно угнетенные.
При анализе модельных деревьев нами получена регрессионная зависимость изменения средней высоты (Нлп, м) сосны крымской с возрастом (А, лет) в защитных лесных полосах, уравнение (4.4):
Нлп = – 0,0029 А2 + 0,3937 А, при R = 0,924 ± 0,01 (4.4)
Графическое решение уравнения (4.4) показано на рисунке 4.8.
Согласно рисунку 4.8, полезащитные лесные полосы, образованные сосной крымской в возрасте 10 лет, имеют среднюю высоту 3,6 м, в 30 лет – 9,2 м, к 40 годам лесополосы достигают средней высоты 11,1 м. Используя уравнение 4.4 нами установлено, что рост полезащитных лесных полос сосны крымской в высоту прекратится в возрасте 70 лет, достигнув предельного значения 13,3 м.
Изменение среднего диаметра ствола сосны крымской в полезащитных лесных полосах (Dлп, см) с возрастом (А, лет) описывает уравнение (4.5):
Dлп = – 0,004 А2 + 0,5426 А – 1,3444, при R = 0,847 ± 0,04 (4.5)
График по уравнению (4.5) представлен на рисунке 4.9.
Анализ уравнения 4.5 и рисунка 4.9 указывает, что в 10 лет средний диаметр стволов составляет 3,7 см, в 30 лет – 11,3 см, к 40 годам стволы сосны крымской достигают диаметра 14,0 см. Согласно указанному уравнению рост по диаметру стволов сосны крымской в полезащитных лесных полосах можно наблюдать до возраста 70 лет, при этом диаметр стволов может достигнуть предельного значения 17,0 см.
Изменение объема ствола сосны крымской в полезащитных лесных полосах (Vлп) с возрастом (А, лет) описывают уравнение (4.6) и рисунок 4.10:
Улп = - 0,0000009 А3 + 0,0001 А2 - 0,0006 А, при R = 0,891 ± 0,03 (4.6)
Анализ рисунка 4.10 показывает, что в возрасте 10 лет объем ствола составляет 0,03 м3, в 20 лет – 0,021 м3, в 30 лет – 0,048 м3, к 40 годам стволы достигают объема 0,078 м3. Согласно уравнению 4.6, увеличение объема ствола сосны крымской в полезащитных лесных полосах продолжается до возраста 70 лет и составит 0,139 м3.
Используя уравнения (4.4-4.6) и рисунки (4.8-4.10) нами была составлена сокращенная таблица хода роста полезащитных лесных полос, образованных сосной крымской в степной части Крыма (таблица 4.4). Установленные зависимости роста сосны крымской свидетельствуют о том, что лесные полосы данной породы в возрасте 10-20 лет произрастают по II классу бонитета, в возрасте 30-50 лет – по III классу, после 60 лет полезащитные полосы характеризуются IV классом бонитета. Указанные изменения таксационных показателей сосны крымской в насаждениях соотносятся с фактическими показателями исследуемых древостоев на пробных площадях (таблица 3.2).
Сравнивая ход роста сосны в массивных и полезащитных насаждениях, можно отметить, что лучшим ростом порода характеризуется именно в защитных лесных полосах. На наш взгляд, это объясняется условиями роста, меньшей конкуренцией за питательные вещества и влагу, и меньшей внутривидовой конкуренцией.
Влияние полезащитных лесонасаждений на ветровой режим мелиорируемых агроландшафтов
Изменение скорости ветрового потока лесополосами продуваемой конструкции, образованными Рinus pallasiana D. Don., проведено на опытном участке № 1 (Раздольненский административный район). Исследования проводились в чистых по составу (10Ск) средневозрастных посадках (37 лет). В день исследований (07.08.2013 г.) дул постоянный ветер западного румба со средней скоростью на контроле 3,5 м/с. Защитная лесополоса являлась типичной для региона исследований и располагалась в направлении север-юг, примыкая к сельскохозяйственным полям. Измерения скорости ветрового потока проводили по методике, изложенной в п. 3.2 диссертации. Общая продолжительность измерений составляла 1020 мин. Результаты полевых исследований представлены в таблице 5.1.
Полученные экспериментальные данные использовали для расчета относительного показателя – коэффициента скорости ветра в зоне мелиоративного влияния полезащитных лесополос Vi к Vk, где Vi – скорость ветра в i-той точке (м/с), Vk – скорость ветра на контроле (м/с), что является аналогом коэффициента кинетической энергии ветра, предложенного В.В. Танюкевичем и В.М. Ивониным [202] (рисунок 5.1).
Математическая обработка экспериментальных данных (таблица 5.1, рисунок 5.1) приведена в таблице 5.2. Проведенные нами исследования указывают на то, что общая протяженность зоны существенного мелиоративного влияния лесных полос продуваемой конструкции, образованных Рinus pallasiana D. Don. не превышает 4Н. Изменение скорости ветрового потока наблюдается в центральном междурядье сосновой лесополосы, где показатели его больше контрольных значений на 15-17% (Fфакт. 1,5 Fтабл. 2,8). Такая особенность мелиоративного влияния объясняется нами большой продуваемостью нижней части лесополосы. К 37 годам сосна крымская в полезащитных насаждениях формирует ажурный полог, приподнятый над почвой на высоту 4,5-5,0 м. Образованная конструкция лесополосы способствует разделению ветрового потока с наветренной стороны на части (на расстоянии 2Н), одна из которых проходит под кронами, увеличивая при этом скорость. С заветренной стороны на расстоянии 2Н скорость ветрового потока близка к контрольным значениям [61].
Исследования влияния полезащитных лесополос продуваемой конструкции на скорость ветра проводились в посадках, образованных с участием Platycladus orientalis L. Опытный участок № 5 находился в Белогорском административном районе. Смешанная лесная полоса (7Пв3Ог) располагалась перпендикулярно направлению ветрового потока (север-юг). С запада и востока к лесополосе примыкали сельскохозяйственные угодья. Полевые опыты проводились в начале вегетационного периода, до распускания листвы (03.04.2013 г.) используя методику (п. 3.2 диссертации), при средней скорости ветра на контроле 3,0 м/с. Общая продолжительность замеров составляла 510 минут. Результаты полевых исследований представлены в таблице 5.3.
Полученные экспериментальные данные использовали для расчета относительного показателя – коэффициента скорости ветра в зоне мелиоративного влияния полезащитных лесополос Vi к Vk, где Vi – скорость ветра в i-той точке (м/с), Vk – скорость ветра на контроле (м/с) [202]. Графически мелиоративное влияние полезащитной лесной полосы с участием Platycladus orientalis L. приведено на рисунке 5.2.
Математическая обработка экспериментальных данных (таблица 5.3, рисунок 5.2) приведена в таблице 5.4. Как следует из рисунка 5.2, протяженность зоны существенного мелиоративного влияния на скорость ветрового потока для насаждений продуваемой конструкции с участием Platycladus orientalis L. составляет 45 Н. С наветренной стороны, на расстоянии 15Н скорость ветра постепенно снижается. В центральном междурядье зафиксировано некоторое увеличение скорости ветра, но при этом скорость воздушных потоков в этой точке замеров на 8-10% меньше контроля. Максимальное снижение скорости ветра до 70% происходит на заветренной стороне (2,5Н), что существенно (Fфакт 23,9 Fтабл 2,8). Дальность влияния лесополосы в заветренном от нее пространстве достигает 30Н. Такое влияние лесополосы можно объяснить особенностью конструкции с наличием большого количества равномерных просветов по всей высоте полога. Потоки воздуха, сталкиваясь с лесной полосой, разделяются, часть их проходят через полосу, увеличивая свою скорость внутри неё. Разделенные потоки соединяются с заветренной стороны на расстоянии 30Н [61].
Влияние полезащитных лесополос плотной конструкции на ветровой режим агроландшафтов исследовали на примере защитных лесных насаждений, образованных с участием Juniperus virginiana Hetz., на опытном участке № 9 (Красногвардейский административный район). Особенностью являлось изучить специфику влияния лесополосы плотной конструкции с участием хвойных пород (6Гл1Акб1Кт1Сф1Мв), при сильных весенних ветрах восточного и северовосточного румбов в степном Крыму. Был выбран день (17.04.2013 г), когда скорость ветра на контроле достигала 11-12 м/с. Повторяемость таких ветров в районе исследований составляет 8%, а в весенний период они представляют наибольшую дефляционную опасность в условиях южных черноземов [27]. В ходе предварительных наблюдений за мелиоративным влиянием плотных лесополос при сильных ветрах была выдвинута гипотеза, в соответствии с которой плотные насаждения способны эффективно снижать скорость ветрового потока в зоне своего мелиоративного влияния. Данная лесополоса была типичной и располагалась перпендикулярно преобладающим эрозионно-опасным ветрам восточного и северо-восточного румбов. С востока и запада к лесонасаждениям примыкали сельскохозяйственные поля. Замеры скоростей ветрового потока проводили в соответствии с методикой (п. 3.2 диссертации). Общая продолжительность замеров составляла 765 мин. Результаты соответствующих многолетних полевых исследований представлены в таблице 5.5. Графическая интерпретация данных таблицы 5.5, в относительных показателях, приведена на рисунке 5.3. Полученные экспериментальные данные использовали для расчета относительного показателя – коэффициента скорости ветра в зоне мелиоративного влияния полезащитных лесополос Vi к Vk, где Vi – скорость ветра в i-той точке (м/с), Vk – скорость ветра на контроле (м/с), что является аналогом коэффициента кинетической энергии ветра, предложенного В.В. Танюкевичем и В.М. Ивониным [202] (рисунок 5.3).
Общая оценка ресурсов лесомелиоративных насаждений степного Крыма
Экономическая оценка ресурсов защитных лесонасаждений степного Крыма (Робщ) определялась как сумма продуктивного (Рд), природоохранного (Рпр) и мелиоративного (Рм) ресурсов:
Робщ = Рд + Рпр + Рм (6.1)
Соответствующий расчет представлен в таблице 6.4.
Наибольшей ценностью характеризуются лесные полосы с участием хвойных пород, что определяется их мелиоративной ролью. Наибольшую ценность в этом отношении представляют полезащитные насаждения из Platycladus orientalis L. Один гектар таких насаждений характеризуется ценностью в размере 32,05 тыс. руб. Наименее ценны полезащитные насаждения с участием Juniperus virginiana Hetz. Ценность таких посадок составляет 21,02 тыс. руб.
Наибольшей ценностью характеризуются массивные защитные насаждения, образованные с участием Рinus pallasiana D. Don. Ценность 1 га таких насаждений составляет 28,45 тыс. руб. Наименее ценны насаждения из Juniperus virginiana Hetz. Ценность 1 га лесных массивов имеет порядка 10 тыс. руб.
Массивные посадки из Platycladus orientalis L. характеризуются ценностью ресурса общей стоимостью 11,76 тыс. руб./га.
Хвойные породы Рinus pallasiana D. Don., Platycladus orientalis L., Juniperus virginiana Hetz. в качестве опыта стали применять в лесомелиорации агроландшафтов степного Крыма с 60-х годов ХХ века. Создавались массивные лесонасаждения и полезащитные лесные полосы с использованием однолетнего и двухлетнего посадочного материала по стандартной для степной зоны технологии.
В ходе исследования установлено, что на агроландшафтах степного Крыма произрастает 1008 га массивов сосновых лесных насаждений, чистых по составу. Это молодняки и средневозрастные насаждения. Порода растет по IV-V классу бонитета. Рост сосны в таких насаждениях прекращается в 80 лет, таксационные показатели при этом составят: высота ствола 9,9 м; диаметр ствола 18,2 см; объем ствола 0,146 м3. В условиях лесных полос порода растет по III-IV классам бонитета, а возраст естественной спелости составит 70 лет с предельной высотой ствола 13,3 м, диаметром 17,0 см, объемом 0,139 м3. Данные различия по росту породы объясняется большей внутривидовой конкуренцией в массивных насаждениях в условиях сухой крымской степи.
Плосковеточник восточный в лесомелиоративных насаждениях степного Крыма формирует лесные массивы и полосы возрастом 40-50 лет. Лесополосы создавались по стандартной для степной зоны технологии с участием таких пород как: Gleditsia triacanthos L., Ulmus parvifolia Jacq., Robinia pseudoacacia L., Styphnolobium japonicum L.. Массивные насаждения создавались по аналогичной технологии, чистые по составу или с участием Pinus pallasiana D. Don. и Gleditsia triacanthos L. Рост лесных пород существенно не отличается, что объясняется большей устойчивостью вида к лесорастительным условиям региона. Естественная спелость породы наступает в возрасте 110-120 лет, при этом растения достигаю предельных таксационных показателей высоты 11,7 м, диаметра 14,3 см, объема ствола 0,079 м3.
Можжевельник виргинский сформирует полезащитные насаждения и лесные массивы в возрасте 30-50 лет. Массивные насаждения создавались чистыми по составу по стандартной технологии для Степной зоны северного Крыма. Полезащитные насаждения шириной до 30 м, имеют сложный породный (6Гл1Акб1Кт1Сф1Мв). Лучше порода растет в массивных насаждениях, достигая предельных таксационных показателей в 100 лет: высота 12,0 м; диаметр 13,5 см, объем ствола 0,125 м3. В полезащитных насаждениях рост породы менее интенсивный: возраст спелости 100 лет; высота 9,2 м; диаметр 13,3 см; объем ствола 0,070 м3. Отличия в росте породы объясняются большей устойчивостью массивных насаждений к засушливым условиям северного Крыма.
Полезащитные лесные полосы продуваемой конструкции образованные Рinus pallasianaD. Don. (10Ск) формируют зону мелиоративного влияния на скорость ветрового потока общей протяженностью 4Н. Максимальное изменение скорости ветра на 17%, относительно контрольных значений, происходит в центральном междурядье полосы. Общая протяженность зоны существенного изменение температуры приземного слоя воздуха (0-20 см) составляет 4Н. Максимальное изменение температуры наблюдается в центральном междурядье защитной полосы, где показатель отличается на 5% от контроля.
Лесополосы продуваемой конструкции с участием Platycladus orientalis L. (7Пв3Ог) формируют зону мелиоративного влияния на скорость ветра протяженностью 45Н. Наибольшее снижение показателя происходит в заветренной части поля, на протяжении до 30Н. Снижение скорости происходит на 70% относительно контроля. Протяженность зоны существенного влияния по температуре приземного слоя воздуха составляет 20Н. Температура воздуха изменяется на 5%.
Полезащитные лесные полосы плотной конструкции с участием Juniperus virginiana Hetz. (6Гл1Акб1Кт1Сф1Мв) имеют зону существенного мелиоративного влияния на скорость ветрового потока общей протяженностью 45Н, в том числе в заветренной от лесонасаждения части поля 35Н. Здесь происходит снижение скорости ветра на 80% относительно контроля. Существенное увеличение температуры приземного слоя атмосферного воздуха (0-20 см), на 24% относительно контроля, происходит на протяжении 13Н.