Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор (состояние вопроса).
2 Объект, условия и методика исследования
2.1. Объект исследования
2.2. Условия проведения исследования
2.3. Методика исследования
3 Воздействие лесных полос и водозадерживающих валов на элементы водного баланса и влагоперенос в зоне аэрации ..
3.1. Теоретическое обоснование влагопереноса в зоне аэрации под влиянием лесных полос и валов
3.2. Лесоводственно-таксационное описание лесных полос и характеристика валов в агролесоландшафтах
3.3. Влияние лесных полос и валов на элементы водного баланса различной вероятности превышения
3.4. Воздействие лесных полос и валов на влагообмен почв с грунтовыми водами в агролесоландшафтах
4 Продуктивность и водопотребление трав
5 Экономическая оценка агролесомелиорации гсастбищньіх угодий
Перспективы дальнейшей разработки темы.
Пастбищнбіх угодий под влиянием лесных полос
- Условия проведения исследования
- Лесоводственно-таксационное описание лесных полос и характеристика валов в агролесоландшафтах
- Влияние лесных полос и валов на элементы водного баланса различной вероятности превышения
- Воздействие лесных полос и валов на влагообмен почв с грунтовыми водами в агролесоландшафтах
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Основным ресурсным дефицитом всхолмленного рельефа степных ландшафтов Приволжской возвышенности является влага. Перераспределение влагозапасов в почвогрунтах зоны аэрации под влиянием лесных полос и водозадерживающих валов, выполняющих функцию защиты земель от эрозии, не всегда отвечает эколого-мелиоративным требованиям и ограничениям по их применению как противоэрозионных рубежей. В частности, концентрация поверхностного стока в прудах валов и снежные шлейфы лесных полос дают начало провальной фильтрации, подъёму уровня грунтовых вод и оттоку воды за пределы агролесоландшафта. Задачей же является сохранение влаги в почвогрунтах зоны аэрации с последующим использованием растениями. Решение проблемы заключается в более равномерном распределении снега и поверхностного стока по склону, для чего необходимо формировать оптимальные конструкции лесных полос и строить несколько сосредоточенных (сдвоенных, строенных) водозадерживающих валов с большим размером зеркала пруда, тем самым создавать максимально возможную площадь увлажнения.
Цель исследования - выявить воздействие лесных полос и валов на элементы водного баланса, влагоперенос в зоне аэрации и продуктивность пастбищ в степных ландшафтах Приволжской возвышенности.
Задачи исследования:
- обработка многолетних данных исследования элементов водного баланса с построением графиков на клетчатке вероятностей;
разработка эколого-мелиоративных требований и ограничений
под влиянием лесных полос и валов с проведением дисперсионного и регрессионно - корреляционного анализа;
- определение экономической эффективности агролесомелиорации пастбищных угодий.
Научная новизна исследования. На основании многолетних исследований (1964-2015 гг.) определена значимая динамика перераспределения элементов водного баланса в противоэрозионных агролесоландшафтах с установлением соответствующих величин осадков, запасов воды в снеге, поверхностного и подземного стока, влагообмена почв с грунтовыми водами различной вероятности превышения. Механизм перераспределения элементов водного баланса связан, прежде всего с применением лесных полос различной конструкции и одиночных более высоких в отличие от сдвоенных низких валов, выполняющих равноценные функции защиты почв от эрозии. В месте строительства валов в зависимости от межвального расстояния обоснованно и установлено равномерное распределение влаги по длине склона без провальной фильтрации и смыкания поверхностных вод с капиллярной зоной и зеркалом грунтовых вод. Выявлена регрессионно-корреляционная зависимость водопотребления трав пастбищ от запасов воды в снеге и влаги в почве.
Теоретическая значимость. Теоретические разработки и многолетние экспериментальные исследования позволили установить, что в местах концентрации снега и поверхностного стока агролесоландшафты формируют значительные влагозапасы в зоне аэрации близких к полной влагоёмкости для валов-канав Борткевича и одиночных валов с рабочей высотой более 2 м. Сдвоенные валы с высотой каждого менее 2 м и определённым межвальным расстоянием позволяют более равномерно распределять влагозапасы в зоне аэрации по длине склона на уровне наименьшей влагоёмкости, что значительно сокращает поступление талых и дождевых вод в грунтовые.
Практическая значимость. Показана возможность практического применения лесных полос оптимальной конструкции и размещения валов на склоне с рабочей высотой менее 2 м и межвальным расстоянием 25-50 м, что позволяет равномерно распределить влагозапасы в зоне аэрации. Продуктивность пастбищ под влиянием лесных полос и валов увеличилась на 58,3%.
«Разработка современных технологий ускоренного восстановления продуктивности выбывших из оборота сельскохозяйственных угодий, опустыненных пастбищ и сенокосов, комплексными методами проведения инновационных приёмов по био- и фитомелиорации и агролесомелиорации».
Методология и методы исследования базируются на лесном, водном и земельном кодексах РФ с использованием принципов организации теории и практики классической агролесомелиорации, стандартных и частных методик планирования и проведения экспериментов. В исследовании были использованы: совокупность методов, применяемых в агролесомелиорации, мелиорации, гидрометрии, гидрологии, гидрогеологии и др.; системный подход анализа и синтеза; методы обобщения, наблюдения, сравнения, статистические, описательные, картографические. Полученные экспериментальные данные обработаны методами вариационной статистики с использованием типовых компьютерных программ.
Положения, выносимые на защиту:
лесные полосы и валы в противоэрозионных агролесоландшафтах с высокой эффективностью воздействуют на элементы водного баланса, влагообмен почв с грунтовыми водами и влагозапасы в зоне аэрации;
способы строительства, количество и высота водозадерживающих валов являются значимыми факторами, влияющими на влагоперенос в зоне аэрации;
водозадерживающие валы, построенные на склоне на расстоянии от 30 до 50 м способны обеспечить более равномерное распределение снега и поверхностного стока по склону и максимально возможную площадь увлажнения, а также предотвратить явление провальной фильтрации;
комплексное использование лесных полос и валов обеспечивает повышение продуктивности и экономическую эффективность пастбищ.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследования подтверждается теоретическими разработками, многолетним экспериментальным материалом, статистической обработкой данных с использованием типовых компьютерных программ.
Основные положения диссертации докладывались: на конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 2014 и в 2015 гг.; на международной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов, посвященной 140-летию акад. Н.М. Тулайкова (НИИ сельского хозяйства ЮВ, Саратов, 2015); на международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (ВНИАЛМИ, Волгоград, 2015), на международной научно-практической конференции (НИМИ ДГБАУ, Новочеркасск, 2015); на научно-техническом совете Минсельхоза РФ (Москва, 2014).
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ объёмом 4,1 печ. л. (2,1 печ. л. лично автора), в том числе 2 научные работы объёмом 0,9 печ. л. в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Личный вклад. Автор принимал участие в разработке программы исследований, выполнял натурные обследования, участвовал в сборе полевых материалов, проводил камеральную обработку, систематизацию и анализ
полученного материала. На основе полученных результатов были сделаны выводы и разработаны рекомендации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 143 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 233 наименований, из них 7 на иностранных языках, и 10 приложений. Диссертация иллюстрирована 31 таблицей и 28 рисунками, из которых 14 таблиц и 4 рисунка вынесены в приложения.
Благодарности.
Приношу искреннюю благодарность своему научному руководителю Петру Николаевичу Проездову за неоценимую и всестороннюю поддержку и помощь на всех этапах выполнения работы.
Условия проведения исследования
Исследованиями водного баланса и эрозионных процессов, а также воздействие на них хозяйственного механизма занимались многие естествоиспытатели за рубежом. В нашей стране переведен ряд крупных монографий и работ: X. X. Беннетт (1958), М. Гудзон (1974), Д. Китридж (1951), Г. Конке и А. Бертран (1962), Р.Е. Хортон (1948), Дж. К. Родда (1980) и др [96, 216].
Известна в методическом плане работа Г.И. Фидлера «Методы почвенного анализа» (1973), где приводятся методы полевых исследований влагозапасов почвы, элементов водного баланса, эрозии почв.
Исследованиями Р. Келлера (1971) установлено, что на четвертой части поверхности суши водный баланс находится под влиянием деятельности человека, а сельское хозяйство влияет на гидрологические и эрозионные процессы более глубоко, чем какой-либо другой вид хозяйственной деятельности. Им же отмечено, что сток с континентов в океаны уменьшился примерно на 10 % при почти постоянных осадках и увеличении испарения. В работах чилийских учёных, исследовавших водный баланс применительно к биологической жизни растений представлено методическое обоснование уравнения водного баланса. В структуре предлагаемого ими уравнения фактически учитывается инфильтрация наравне с испарением и стоком [225, 231].
В работах М. И. Львовича и его учеников, А. П. Бочкова, В. Е. Водогрецкого, В. В. Рахманова и С. Ф. Федорова приведены результаты собственных и критические обзоры предшествующих исследований влияния неорошаемого земледелия и леса на сток и другие элементы водного баланса. М.И. Львович (1969) разработал несколько теоретических типов элементов водного баланса в зависимости от свойств почвы, а также ввел в уравнение водного баланса отдельным слагаемым «валовое увлажнение», разграничивая величины увлажнения почвы и испарения. Работы В. Г. Андреянова и Г. С. Семеновой, А. Г. Булавко, И. А. Шикломанова, посвященные широкому кругу вопросов влияния разных видов хозяйственной деятельности на сток рек, а также монографию М. И. Будыко, в которой значительное внимание уделено проблеме антропогенного влияния на климат. Изложение методов и основных результатов исследования водного баланса орошаемых земель дается в работах С. И. Харченко и Л. В. Дунина, Барковского Г. 3., урбанизированных территорий - в книге В. В. Куприянова, осушенных болот и заболоченных территорий - в книге А. Г. Булавко.
В работах Ю. Лямбора (1955 г.) и А. М. Грина (1965 г.) даются первые классификации водных балансов бассейнов рек с учетом степени их хозяйственного использования. Лямбором выделяются: а) первичный (девственный) водный баланс, охватывающий ряд прошедших веков в пределах современной геологической эпохи; б) естественный (первичный) водный баланс, не содержащий элементов искусственного управления влагооборотом (естественный) или содержащий не поддающиеся выделению антропогенные составляющие (первичный баланс); в) баланс водопотребления, отражающий не только существующее состояние водных ресурсов, но и потребности в них (без рассмотрения возможностей и путей покрытия потребностей в случае, если они превышают ресурсы). Кроме этих балансов Лямбором рассматриваются разновидности водохозяйственного баланса: планируемый, перспективный и оперативный. Грин А. М. применительно к условиям Центрально-Черноземного района лесостепной зоны выделяет [56] различные типы водных балансов. При широком развертывании мелиоративных работ выявилась недостаточность теоретического обоснования и практического применения противоэрозионных технологий хозяйственного освоения склонов.
Первые в СССР и России экспериментальные исследования влияния земледелия на сток и эрозионные процессы были выполнены Б.В. Поляковым (1939, 1946) и И.А. Кузником (1939, 1962) [113-115, 158].
Ускоренная эрозия является результатом неправильного хозяйственного воздействия человека на почву, однако человек же и располагает совокупностью приемов, позволяющих бороться с ней. По мнению А. А. Роде и В.Н. Смирнова (1973) в основе всех водно-эрозионных явлений лежит прежде всего поверхностный смыв, т.е. плоскостная эрозия [182, 183]. Остальные явления - развитие оврагов, дренирование ими местности, образование оползней, обмеление рек - представляют собой последствия плоскостной эрозии.
Наконец, существенную роль в борьбе с последствиями эрозии играют инженерные сооружения: водозадерживающие валы и канавы, террасы, плотины и запруды в оврагах, различные водоотводные сооружения. И.А. Кузник (1979) писал, что «система земледелия и, что важнее всего, система основной обработки почвы и состав сельскохозяйственных угодий в бассейнах рек, играющих первостепенную роль в формировании стока, все время подвергаются значительным изменениям» [116].
Сток и эрозия неразрывно связаны друг с другом. Эрозионные процессы чрезвычайно сильно зависят от деятельности человека, который на протяжении веков способствовал повышению ее интенсивности. Значительный вклад в изучение эрозионных процессов внесли естествоиспытатели Д.Л. Арманд (1961), М.Н. Заславский (1968, 1979, 1983), А.С. Козменко, (1953), Б.Ф. Косов (1970), И.А. Кузник (1962, 1979), В.А. Караушев (1977), Н.И. Маккавеев (1955, 1976), Ц.Е. Мирцхулава (1970), С.С. Соболев (1948, 1960), Г.П. Сурмач (1971, 1976, 1992), Н.И. Сус (1949), Г.И. Швебс (1974, 1981), В.М. Ивонин (1992), И.Г. Зыков (1985), В.В. Звонков (1962), А.Т. Барабанов (1983, 1993), Е.А. Гаршинев (1999), В.И. Панов (1975, 2008), А.И Шабаев (1986, 2004), Ю.В. Бондаренко (1982, 2004), П.Н. Проездов (1983, 1999, 2008, 2011) и др. С 30-х годов XX века начато планомерное изучение влияния агротехнических мероприятий на элементы водного баланса и эрозию почв. Анализируя ряд работ, можно считать, что на Юго-Востоке весенний сток с зяби в среднем в 2-3 раза меньше, чем по уплотненной почве (пастбище, озимые, стерня) (A.M. Бялый, 1964; П.Г. Кабанов, 1938; И.А. Кузник, 1938, 1962; М.И. Львович, 1963; В.И. Панов, 1972; Г.П. Сурмач, 1969, 1976, А.И. Шабаев, 1985, П.Н. Проездов, 1983,1999 и др.).
Демидов В.В. [58] на основании обработки 20-летних данных выявил зависимость стока талых вод от снегозапасов, интенсивности и продолжительности таяния снега, времени полного оттаивания мерзлого слоя почвы, суммы положительных температур за период стока и коэффициента водопроницаемости. В полученном выражении снегозапасам отводится не значительная роль, и совсем не учитываются такие мощные природные факторы, как увлажнение почвы и глубина ее промерзания. Г.П. Сурмач, М.М. Ломакин, А.П. Шестакова (1989) разработали формулу по определению коэффициента стока в зависимости от влажности и глубины промерзания почвы, влагозапасов, типа и уплотненности почвы.
Лесоводственно-таксационное описание лесных полос и характеристика валов в агролесоландшафтах
Комплекс противоэрозионных мероприятий СПК Вязовский, включающий лесные полосы и водозадерживающие валы активно влияет на перераспределение влаги в зоне аэрации. Формирование влагозапасов находится в зависимости от способа строительства, расположения на склоне и параметров валов. Исследования влагопереноса в зоне аэрации бурением скважин показали, что применяемые валы-канавы В. М. Борткевича, валы с рабочей высотой более 2 м и сдвоенные валы с межвальным расстоянием 2-5 м и рабочей высотой каждого менее 2 м (рисунки 3.2, 3.3: позиции А, Б, В) способствуют смыканию поверхностных вод с капиллярной зоной и (или) ГВ благодаря концентрации талой или ливневой воды. При этом влагозапасы в зоне аэрации соответствуют значениям близким к полной, или 1,5-ной наименьшей влагоёмкости на протяжении склона 10-40м (рисунок 3.2, позиции А, Б, В). Водозадерживающие валы, расположенные на расстоянии 30-50 м при рабочей высоте каждого вала менее 2 м обеспечивают более равномерное распределение влаги в зоне аэрации без смыкания поверхностных вод с капиллярной зоной и распространением по длине склона 70-80 м (рисунки 3.2 и 3.3, позиция Г). Чем многоснежнее зима, многоводнее весна, влажнее лето с ливневыми стоками и меньше дефицит влаги до НВ в зоне аэрации, тем больше воды поступает в грунтовые воды. А, Б, В, Г - позиции, параметры и расположение валов. НВ; ПВ - соответственно наименьшая и полная влагоёмкость (НВ = 0,4 ПВ); А - вал-канава Борткевича; Б - вал высотой 2м (агролесоландшафт 4); сдвоенные валы с межвальным расстоянием: В - 5м; Г - 40м (агролесоландшафт 3)
Схема расположения валов на склоне(1) и эпюры увлажнения почвогрунтов зоны аэрации (2) Бурение скважин для определения влагозапасов в зоне аэрации агролесоландшафтов 3 и 4 показало, что валы-канавы В. М. Борткевича и валы высотой более 2 м агролесоландшафта 4 (рисунки 3.2 и 3.3, позиции А, Б) концентрируют поверхностный сток около валов в большем объёме, 50
A - вал-канава Борткевича; Б - одиночный вал с высотой 2м; В - сдвоенные валы с межвальным расстоянием 2-5 м; Г - сдвоенные валы с межвальным расстоянием 30-50 м; ЭУ -эпюра увлажнения почвогрунтов зоны аэрации; ВУ - водоупор; УКЗ - уровень капиллярной зоны; УГВ - уровень грунтовых вод; hp - рабочая высота вала, м; -скважина; купол ГВ (после половодья).
Динамика увлажнения зоны аэрации и уровня грунтовых вод после половодья в зависимости от способа строительства, расположения и высоты валов на склоне чем сдвоенные валы агролесоландшафта 3 (рисунки 3.2 и 3.3, позиции В, Г). В агролесоландшафте 3 влагозапасы в зоне аэрации распределяются более равномерно по длине склона, поэтому смыкание поверхностных вод под прудами валов происходило только с капиллярной зоной. В агролесоландшафте 4 под валами-канавами Борткевича [27] поверхностные воды достигали грунтовые имело место провальной фильтрации. Кроме того, при обследовании валов высотой более 2 м, построенных в 1950-1970 гг. прошлого столетия для борьбы с эрозией и заилением Волгоградского водохранилища, были обнаружены разрушения (в том числе вал-канава Борткевича в агролесоландшафте 4), потребовавшие последующего восстановления. Причинами разрушения валов являлись отсутствие водообходов (водосбросов); неравенство отметок дна водообходов и зеркала воды пруда вала; заиление пруда вала; ледяная корка в пруду вала от зимних оттепелей; рабочая высота вала более 2 м [97, 161]. Таким образом сдвоенные валы имеют преимущество перед одиночными: в пруду нижерасположенного вала не образуется ледяная корка от зимних оттепелей, и талая вода весной инфильтрует в почвогрунт. При рабочей высоте вала более 2 м депрессионная кривая выходит на сухой откос и вместе с водой фильтруется грунт вала [97, 161]. Для предотвращения разрушения вала возникает необходимость создания дренажной призмы, а это влечёт удорожание строительства, так как устройство дренажной призмы дороже чем строительство Рис. 3.4. Условия, ограничивающие создание водозадерживающих валов по рабочей высоте (hp): hp 2 м; h p 2 м (Ковалёв, 2012) Под канавой вала Борткевича после весеннего половодья влагозапасы в вала (рисунок 3.4). почвогрунтах зоны аэрации соответствовали значению полной влагоёмкости (ПВ) на протяжении склона 12-15 м, которые способствовали образованию купола грунтовых вод и дальнейшему подъёму УГВ (рисунки 3.2 и 3.3, позиция А). Валы высотой более 2 м формируют влагозапасы в зоне аэрации после схода снега ниже значений ПВ на протяжении склона 25-30 м, но также подвержены смыканию поверхностных вод с грунтовыми и порывам (рисунки 3.2 и 3.3, позиция Б). Более равномерное распределение влагозапасов в зоне аэрации по длине склона присуща сдвоенным валам высотой менее 2 м, причём с межвальным расстоянием равным 30-50 м. Содержание влаги на уровне несколько больше значения наименьшей влагоёмкости (НВ) распространяется по длине склона до 70-80 м при практически отсутствии смыкания почвенных вод с капиллярной зоной (рисунки 3.2 и 3.3, позиция Г). Необходимо отметить, что в пруду нижерасположенного вала сдвоенных валов не образуется ледяная корка в результате зимних оттепелей, и вода весной инфильтрует в почвогрунт, в отличие от одиночных, но более высоких валов.
Основой рассматриваемых систем противоэрозионных мелиорации являются лесные полосы и валы, валы-канавы (рисунок 2.3). Лесные полосы на исследуемых объектах созданы в агролесоландшафтах 2 и 3 в 1983 и в 1965 годах соответственно.
Стокорегулирующая лесная полоса агролесоландшафта 2 имеет ажурную конструкцию, состоит из 6-ти рядов. Главная порода - берёза повислая (Betula pendula) - два ряда в середине, сопутствующие породы - ясень ланцетный (Fraxinus lanceolata), так же встречается вяз приземистый (Ulmus pumila) - по одному ряду с каждой стороны. Верхняя опушка усилена кустарником смородины золотистой (Ribes aureum). Кустарник практически выбит (съеден) домашним скотом (рисунок 3.5). Рисунок 3.5 - Стокорегулирующая лесная полоса агроландшафта - 2
Влияние лесных полос и валов на элементы водного баланса различной вероятности превышения
Вероятность превышения увлажнения в зоне аэрации определяется перераспределением снега и поверхностного стока под влиянием ЛП и валов. Один раз в 100 лет под влиянием ЛП и валов увлажнение талой водой зоны аэрации превышает открытые пространства в 3,8 раза, соответственно один раз в 10 лет - в 6, 2 раза, в среднем - в 25 раз (рисунок 3.16).
Воздействие лесных полос и валов на влагообмен почв с грунтовыми водами в агролесоландшафтах
Динамика элементов водного баланса в агролесоландшафтах приводит к значительному влагообмену почв с ГВ (таблица 3.13). Явно просматривается роль конструкции лесных полос в трансформировании элементов водного баланса: в ландшафтах с лесной полосой ажурной конструкции (таблица 3.13, позиция 2)
Примечание - Числитель - весенние половодья, знаменатель - дождевые паводки. по сравнению с плотными (таблица 3.13, позиция 3) весенний влагообмен почв с ГВ в среднем меньше в 2,9 раза, что вполне согласуется с коэффициентом выровненности снежного покрова в зависимости от конструкции (в среднем: для ажурных - 0,19; плотных - 0,36 - в снежные зимы высота снега в плотных лесных полосах на порядок выше соответствующих величин межполосных пространств с запасами воды до 1000 мм) [170, 172]. Под лесными полосами и валами влагообмен почв с грунтовыми водами за дождевые паводки не превышал 247 мм (54% от осадков). В агропастбищных (немелиорированных) ландшафтах при дефиците влаги до НВ 187 мм в зоне аэрации мощностью 6,3 м с исходными влагозапасами 0,7 НВ влагообмен практически отсутствует (таблица 3.13). Во временном отношении влагообмен почв с ГВ в немелиорированных и лесных ландшафтах происходит с вероятностью превышения менее 1%, при дефиците влаги до НВ в зоне аэрации при исходных запасах 0,7 НВ (таблица 3.13, позиции 1 и 5). В мелиорированных ландшафтах (с влиянием ЛП и валов) влагообмен почв с ГВ вероятностью превышения более 50% незначителен или отсутствует (таблица 3.13, позиции 2, 3, 4). Явление промывного режима почв, складывающееся в антропогенных ландшафтах, может отрицательно воздействовать на функционирование системы «вода-почва-растение»: приводить к заболачиванию, а соленосные грунты и минерализованные грунтовые воды к засолению рядом расположенных земель, где сохранился непромывной режим, и восходящие токи воды и солей преобладают над нисходящими [135, 165].
Лесные полосы и валы в агролесоландшафте - 3 способствовали повышению УГВ за 50 лет 2,1 м, или 4,2 см/год. В агропастбищном ландшафте 1, расположенном рядом с агролесоландшафтом - 3 (рисунки 1.1 и 1.2), УГВ за тот же период повысился на 0,2 м, в среднем составил 0,4 см/год, или в 10,5 раз меньше, чем в опыте с валами и лесными полосами, что указывает на гидрогеологическую роль влияния лесных и гидротехнических мелиорации.
Антропогенные воздействия на природные ландшафты предполагают следующие эколого-мелиоративные требования и ограничения: — конструкция для стокорегулирующих и приовражно- прибыточных лесных полос ажурная при крутизне склона 1,5-8; — усиление лесных полос валами-канавами проводится по опушкам (преимущественно нижней) с высотой вала при крутизне склона: 3-5 - 0,6-0,8м; 5-8 - 0,8-1,0м; — водозадерживающие валы строятся на склонах крутизной до 8 и высотой не более 2,0 м, в противном случае создаются сдвоенные валы высотой каждого до 2 м и межвальным расстоянием на длину шпоры - 30 - 50 м при уклоне 0,05-0,14; — валы создаются с совмещением с лесными полосами по опушкам. 4
Наблюдается закономерное увеличение продуктивности трав пастбищ 1-го укоса под влиянием лесных полос и водозадерживающих валов на расстоянии от лесных полос ЗН. Для определения продуктивности пробные снопы трав брались через 12 м в пределах ЗН от ЛП и длины шпоры (перемычки) вала (50 м). Существенное увеличение продуктивности трав пастбищ под влиянием лесных полос и валов составило по годам исследований раздельно 9,6-44,0 %, совместное воздействие ЛП и валов дало прибавку 46,1-77,0%. В среднем за три года наблюдений раздельное влияние ЛП и валов предопределило повышение продуктивности трав по сравнению с открытыми пастбищами до 30,8%, совместное воздействие ЛП и валов- на 58,3% (таблица 4.1, рисунки 4.1, 4.2, 4.3).
Дисперсионный анализ (приложение Ж) показал, что имеются существенные различия по продуктивности трав пастбищных угодий под влиянием лесных полос и валов по сравнению с открытыми пастбищами. Также отмечаются существенные различия по продуктивности травостоя при раздельном применении лесных полос и валов.
Под влиянием ЛП закономерно прибавка продуктивности выше чем валов за исключением 2014 г., когда формирование урожая трав перед валом происходило за счёт притока поверхностного стока воды от таяния снега, составившего 14,8 тыс.м3 - 43,9 мм.
Продуктивность трав пастбищ 1-го укоса в 2014 г. ниже по сравнению с другими годами, хотя эффективные осадки выше до 68,9 %, что объясняется крайне неравномерным выпадением дождей за май - июнь: 1-я декада мая - 42 мм, 2-я, 3-я декады мая, 1-я декада июня - 2,4 мм, 2-я и 3-я декады июня - 92 мм (70% от суммы осадков за два месяца вегетационного периода).
Коэффициент водопотребления трав пастбищ закономерно снижается с увеличением продуктивности с меньшим значением при совместном влиянии ЛП и валов: уменьшение по годам составляет 16,0-29,2 %, в среднем за три года -20,9%.
Для определения внутрипочвенных влагозапасов на опытных участках проводилось бурение с интервалом в 10 суток на глубину 1 м буром Н. А. Качинского, что позволило проследить движение влаги для установления водопотребления естественных трав пастбищ: W = Е ГЧ нач — И он), (4.1) где W - влагозапасы в активном расчётном слое почвы, мм; Жшч, WKon -соответственно влагозапасы на начало и конец декады, мм; п - число декад. Эффективная норма осадков в водопотреблении для данной местности принята 21 мм за период отрастания трав до первого укоса (май - июнь). Суммарное водопотребление и коэффициент водопотребления вычисляли по А.Н. Костякову [106]. Для определения последующего количества влаги (подтягиваемой корневой системой многолетних естественных трав), которая поступает из нижних пластов в корнеобитаемый слой почвы был определен интервал для бурения скважин в 10 дней [164]. На контрольном участке (открытый ландшафт) влага в зоне аэрации накоплена только из снежных запасов, а на опытных участках с гидро- и лесомелиоративными сооружениями - под влиянием лесных полос и прудов водозадерживающих валов - снега и талой воды поверхностного стока. В связи с этим значение снежных запасов и весеннего поверхностного стока особенно значимо в первые декады весеннего вегетационного периода. Повышение продуктивности многолетних трав напрямую связано с запасами воды в снеге (снежностью зим), формированием весеннего поверхностного стока (водностью весен) и задержанием стока в лесных полосах и прудах водозадерживающих валов.
Воздействие лесных полос и валов на влагообмен почв с грунтовыми водами в агролесоландшафтах
Диаграммы 4.1 - 4.3 наглядно иллюстрируют зависимость коэффициента потребления и продуктивности от системы мелиоративных мероприятий. Так при сравнительно одинаковых количественных показателях эффективных осадков и равномерно распределённых параметров использования почвенной влаги на всех графиках заметно превышение коэффициента водопотребеления на открытом пастбище при самой низкой продуктивности. И заметна значительно высокая продуктивность у ландшафтов под влиянием лесных полос и валов, причём коэффициент водопотребления заметно ниже. Дисперсионный анализ (приложение Ж) показал, что имеются существенные различия по продуктивности трав пастбищных угодий под влиянием лесных полос и валов по сравнению с открытыми пастбищами. Также отмечаются существенные различия по продуктивности травостоя при раздельном применении лесных полос и валов.
Под влиянием ЛП закономерно прибавка продуктивности выше чем валов за исключением 2014 г., когда формирование урожая трав перед валом происходило за счёт притока поверхностного стока воды от таяния снега, составившего 14,8 тыс.м3 - 43,9 мм.
Продуктивность трав пастбищ 1-го укоса в 2014 г. ниже по сравнению с другими годами, хотя эффективные осадки выше до 68,9 %, что объясняется крайне неравномерным выпадением дождей за май - июнь: 1-я декада мая - 42 мм, 2-я, 3-я декады мая, 1-я декада июня - 2,4 мм, 2-я и 3-я декады июня - 92 мм (70% от суммы осадков за два месяца вегетационного периода).
Коэффициент водопотребления трав пастбищ закономерно снижается с увеличением продуктивности с меньшим значением при совместном влиянии ЛП и валов: уменьшение по годам составляет 16,0-29,2 %, в среднем за три года -20,9%. Для определения внутрипочвенных влагозапасов на опытных участках проводилось бурение с интервалом в 10 суток на глубину 1 м буром Н. А. Качинского, что позволило проследить движение влаги для установления водопотребления естественных трав пастбищ: W = Е ГЧ нач — И он), (4.1) где W - влагозапасы в активном расчётном слое почвы, мм; Жшч, WKon -соответственно влагозапасы на начало и конец декады, мм; п - число декад. Эффективная норма осадков в водопотреблении для данной местности принята 21 мм за период отрастания трав до первого укоса (май - июнь). Суммарное водопотребление и коэффициент водопотребления вычисляли по А.Н. Костякову [106].
Для определения последующего количества влаги (подтягиваемой корневой системой многолетних естественных трав), которая поступает из нижних пластов в корнеобитаемый слой почвы был определен интервал для бурения скважин в 10 дней [164]. На контрольном участке (открытый ландшафт) влага в зоне аэрации накоплена только из снежных запасов, а на опытных участках с гидро- и лесомелиоративными сооружениями - под влиянием лесных полос и прудов водозадерживающих валов - снега и талой воды поверхностного стока. В связи с этим значение снежных запасов и весеннего поверхностного стока особенно значимо в первые декады весеннего вегетационного периода. Повышение продуктивности многолетних трав напрямую связано с запасами воды в снеге (снежностью зим), формированием весеннего поверхностного стока (водностью весен) и задержанием стока в лесных полосах и прудах водозадерживающих валов.
Вблизи лесных полос и валов фиксировались наивысшие влагозапасы в почве, которые формировались за счёт восходящих токов воды из нижних пластов зоны аэрации. Коэффициент водопотребления естественных трав пастбищ 1-го укоса на 99% обусловлен запасами воды в снеге и использованием почвенной влаги (рисунок 4.4). Квод = 1354,2 - 0,671УСН - ЗДВИ ,; R2 = 0,99 Рисунок 4.4 - Зависимость коэффициента водопотребления трав пастбища под 1000. влиянием лесных полос и валов от запасов воды в снеге и использования почвенной влаги Лесные полосы оказывают влияние не только на продуктивность пастбищ, но и видовой состав трав, который меняется от степного к лесостепному типу с появлением новых видов сложноцветных, злаковых, бобовых и др. растений (чина, клевер, астрагал, эспарцет, кострец, мятлик, клубника и др.) (рисунок 4.5).
Гидротехнические и лесные мелиорации способствуют устойчивому повышению урожайности трав пастбищ, при этом коэффициент водопотребления существенно снижается по отношению к открытым ландшафтам, особенно реагируя на понижение снежности зим.
Особенно эффективные результаты представляются при совместном использовании лесных полос и водозадерживающих валов. Даже при самом неблагоприятном стечении погодных условий - малоснежные зимы и маловодные весны - прибавка урожайности доходила до 25,3%, что существенно отличается от результатов применения только лесных полос или отдельно гидротехнических мелиорации.
Повышению продуктивности пастбища площадью до 5га и свыше на 1км длины, в весенний и раннелетний периоды, способствуют снежные шлейфы и талые воды, образующиеся в прудах валов вблизи лесных полос. Средние прибавки продуктивности трав пастбищ по отношению к открытой местности составляют: от лесных полос - 0,79 т/га (33,5%), от валов - 0,81 т/га (34,3%), от совместного влияния лесных полос и валов - 1,19 т/га, или 50,4%. Даже при уменьшении снежности зим гидротехнические и лесные мелиорации способствуют увеличению относительных прибавок урожайности травостоя пастбищ до 65-145%. С уменьшением водности весен относительные прибавки урожайности естественных трав увеличиваются с 5,4 до 34,6%, а в среднем на - 16,7%.
Особенно актуальным видится необходимость создания системы лесных полос и водозадерживающих валов в напряженных эрозионноопасных агроландшафтах с крутизной склона 3-8.
С целью формирования более продуктивных и ценных по разнотравью пастбищ необходимо устраивать водозадерживающие валы в верхней опушке лесополос высотой 1,2-2,0 м [164].
Расчёты рентабельности пастбищных угодий под влиянием лесных полос и валов приведены в таблице 5.1. В затратах учтена уборка и транспортировка трав к месту скармливания. Продукция оценена, исходя из переводного коэффициента в кормовые единицы по отношению к овсу: 0,23 для трав вблизи валов и на контроле и 0,37 для трав вблизи лесных полос (разница в переводных коэффициентах - преобладание бобовых трав около лесных полос, имеющих более ценные кормовые качества по сравнению с другими видами растений). Цена овса во втором квартале 2015 г. составляла 4,2 тыс.руб/т.