Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологическая и почвозащитная роль массивных лесных насаждений в системе адаптивно-ландшафтного земледелия на черноземах обыкновенных Ростовской области

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая и почвозащитная роль массивных лесных насаждений в системе адаптивно-ландшафтного земледелия на черноземах обыкновенных Ростовской области"

На правах рукописи

Кравченко Андрей Николаевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПОЧВОЗАЩИТНАЯ РОЛЬ МАССИВНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В СИСТЕМЕ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА ЧЕРНОЗЕМАХ ОБЫКНОВЕННЫХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность: 06.01.01 - «Общее земледелие»

4840127

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 П *'

п. Рассвет-2011

4840127

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Донской зональный научно - исследовательский институт сельского хозяйства (ГНУ ДЗНИ-ИСХ) Россельхозакадемии в 2003 - 2006 гг.

• Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Полуэктов Евгений Валерьянович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Шурупов Василий Георгиевич кандидат с.-х. наук Метлина Галина Владимировна

: Ведущее предприятие: ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Защита состоится 17 марта 2011 года в 1£ХЮ часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.066.01 в государственном научном учреждении Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства по адресу: 346735, Ростовская область, Аксайский район, п. Рассвет. Тел.: (86350) 37-3-86, факс: (86350) 37-1-75

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Донского зонального научно-исследовательского института сельского хозяйства Россельхозакадемии

Автореферат разослан 16 февраля 2011 г.

Ученый секретарь объединенного диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук,

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Территория Ростовской области в значительной степени подвержена процессам эрозии и дефляции. Из общего земельного фонда 30,4 млн. га (40,1%) являются эрозионно-опасными, а 2,9 млн. га (34,9%) в различной степени разрушены эрозией. В число последних входят около 400 тыс. га. овражно-балочных земель. В основном они используются как пастбища с различной степенью сбитости и малопродуктивные сенокосы.

Поэтому основная задача мелиоративного освоения овражно-балочных земель в системе адаптивно-ландшафтного земледелия - вовлечение их в интенсивный сельскохозяйственный оборот и перевод в продуктивные сельскохозяйственные и лесные угодья.

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось изучить влияние массивных лесных насаждений на интенсивность развития эрозионных процессов, элементы водного баланса и урожайность сельскохозяйственных культур, с установлением доли этих насаждений в адаптивно - ландшафтном земледелии Ростовской области.

При выполнении настоящей работы были поставлены следующие задачи:

- Изучить породный состав массивных лесных насаждений, их приживаемость и сохранность,

- Определить накопление и перераспределение снега на основных элементах рельефа, особенности формирования стока талых вод.

- Сравнить противоэрозионную устойчивость почвы под лесными насаждениями по отношению к участкам, лишенным древесной растительности.

- Установить влияние лесных насаждений на динамику влажности и водопроницаемости почвы, а также физические свойства.

Научная новизна:

- Впервые установлено влияние массивных лесных насаждений на интенсивность развития эрозионных процессов в системе мероприятий по противо-эрозионной организации территории.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Массивные лесные насаждения позволяют решать практические задачи по повышению продуктивности овражно-балочных земель, как кормовых угодий, с прекращением процессов оврагообразования при организации землепользования.

Производственная проверка результатов исследований проведена на территории ООО «Аксайская нива» Аксайского района Ростовской области.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены: на ежегодных аспирантских сессиях, проходивших в ГНУ ДЗНИИСХ (2003 - 2006 гг.), методических комиссиях при приеме опытов, на заседаниях ученого совета ГНУ ДЗНИИСХ Россельхозакадемии (2003 - 2006 гг.).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано четыре печатных работы. В том числе одна работа - в издании, определенном ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пятнадцати разделов, выводов и предложений производству. Работа изложена на 165 страницах компьютерного текста, включает 4 рисунка, 21 таблицу и 47 приложений. Список использованной литературы включает 296 источников, в том числе 14 иностранных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Место массивных лесных насаждений в системе адаптивно-ландшафтного земледелия, позволяющих предотвратить развитие эрозионных и оврагообразо-вательных процессов, улучшающих свойства почв и повышающих урожайность сельскохозяйственных культур.

2. Особенности снегонакопления в зоне действия массивных лесных насаждений, формирования стока талых вод, изучения динамики элементов водного баланса на сельскохозяйственных угодьях й целинных участках в системе овраж-но-балочных земель.

3. Приживаемость и таксационные показатели основных пород массивных лесных насаждений.

4. Эколого-экономическая эффективность массивных лесных насаждений в системе противоэрозионной организации территории.

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИИ

Местом проведения исследований выбрана территория ОНО ОПХ «Рассвет» ГНУ ДЗНИИСХ Россельхозакадемии Аксайского района, относящаяся к Приазовской наклонной равнине, в пределах Ростовской области, входящая согласно почвенно-эрозионного районирования в зону сильной эрозии и умеренной дефляции.

Опытный участок представлен балками «Большой Лог» и примыкающей к ней б. «Ореховая» и «Безымянная». Крутизна балочных склонов составляет 1314°. Почва - чернозем обыкновенный средне - и сильно смытый, экспозиция склонов юго-западная и северо-западная. К вершине и склонам балки примыкают пахотные земли. В вершине б. «Ореховая» расположено массивное лесное насаждение и лесные полосы посадки 1980г.

СХЕМА ОПЫТА

Опыт №1. Балка «Ореховая»

- илофильтры из ивы древовидной по дну балки.(1 вариант)

- террасы южной экспозиции, облесенные робинией лжеакацией.(2 вариант)

- не облесенные террасы южной экспози-ции.(3 вариант)

- участок многолетних трав между контурными лесными полосами.(4 вариант)

участок целинной растительности (контроль).(5 вариант)

Опыт №1Г. Балка «Большой Лог»

- лощины, покрытые кустами терна.(6 вариант)

- лощины, не покрытые кустами терна (конгроль).(7 вариант)

Опыт №П1. Балка «Безымянная». Не облесенный участок (контроль).(8 вариант) - массивное лесное насаждение ниже пруда по балке «Большой Лог». (9 вариант)

Рис.1 План-схема объектов исследований.

Среднегодовая температура воздуха в годы исследований превышала сред-немноголетнюю на 0,9°С, в 2003 - 2004 с.-х. г., на -1,5°С, 2004 - 2005 с.-х. г., на 0,6°С, в 2005 - 2006 с.-х. г. Сумма осадков за год: средне-многолетняя 500 мм., по годам исследований - соответственно 835,734, и 538 мм.

Проведены следующие учеты, наблюдения, анализы: мощность снежного покрова, плотность снега и глубина промерзания почвы после выпадения снега и перераспределения его ветром; сток талых и ливневых вод и смыв почвы по методу водороин и твердому стоку «Методические рекомендации по учёту почвенного стока и смыва почвы при изучении водной эрозии»; запасы влаги в метровом слое почвы термостатно-весовым методом (Б.А. Доспехов, ИЛ. Васильев, A.M. Туликов). Плотность сложения пахотного слоя методом режущих колец; агрегатный состав методом сухого просеивания по Н.И. Савинову. Водопроницаемость почвы методом сплошного затопления площадок; закладку пробных площадей проводили по общепринятой в агролесомелиорации методике (ГОСТ 56-69-83). Определение толщины лесной подстилки проводилось по методу A.C. Скородумова. Учёт урожайности травосмеси и естественной растительности методом учётных площадок в десятикратной повторности. Математическая обработка и анализ экспериментального материала осуществлялся по Б.А. Доспехову (1985). Экономическую эффективность системы противоэрозионных мероприятий рассчитывали исходя из экономического эффекта от предотвращённого смыва почвы в соответствии с методическими указаниями по составлению проекта агроландшафтной организации территории и систем земледелия с комплексом противоэрозионных мероприятий (Рассвет, 2001). Расчёт платы за сбросы взвешенных веществ в поверхностные воды в соответствии с постановлением Правительства РФ №344 от 12.06.2003 г, с учётом коэффициента экологической напряжённости территории.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Влияние лесных насаждений и системы почвозащитных мероприятий на процессы снегоотложения.

Значительное накопление снега происходит на участке многолетних трав между контурными лесными полосами, что благоприятно сказывается на водно»! режиме залуженного участка (4 вариант).

В б. «Ореховая» минимальный запас снега отмечен на склоне южной экспозиции 8,2 см, максимальный - на склоне северной экспозиции 9,5 см, с промежуточным значением на дне балки. Запасы воды в снеге по изученным вариантам опыта сильно не отличались. По дну б. «Ореховая» запас воды в снеге составил 17,1 мм, на склоне северной и южной экспозиции соответственно 19,1 и 15,7 мм. Наибольшая плотность снежного покрова в среднем за 2003-2006 гг. по б. «Ореховая» была на склоне северной экспозиции — 0,21 г/см3, по дну балки - 0,20 г/см3, минимальное значение на склоне южной экспозиции - 0,15 г/см3.

На участке целинной растительности высота снежного покрова колебалась от 8 до 12 см. (вариант 5).

В среднем за годы наблюдений снега по не облесенным лощинам (вар. 7) накопилось 7,9 см, а по лощинам, покрытым кустами терна (вар.6) 9,3 см, что на 15,1% больше. Плотность снега была больше по облесенным лощинам, с запасом воды соответственно 14,0 и 11,1 мм.

Результатами исследований, установлено, что на 9 варианте в массивном лесном насаждении ниже пруда по балке «Большой Лог» снега сосредоточено больше чем на не облесенном участке балки «Безымянная» (вариант 8) на 10,1 % что говорит о лучшей способности массивных лесных насаждений задерживать и дольше сохранять снег. Плотность снега и запас воды в нем на обоих вариантах были примерно одинаковы, 0,16 г/см2, 0,17 см2, и 14,2, 13,6 мм. соответственно.

Плотность снежного покрова на залуженных участках меньше, чем в лесу под кронами деревьев и на лесных полянах, так как на защищенных лесными насаждениями участках снег дольше сохраняется и при этом больше уплотняется.

Глубина промерзания почвы по годам исследований колебалась от 5 см в теплом 2003-2004 гг., до 48-55 см в холодном 2005-2006 гг., при этом максимальная глубина промерзания почвы наблюдалась на не облесенных участках б. «Безымянная» и по дну б. «Ореховая». Минимальное промерзание отмечено по облесенным террасам и по лощинам с кустами терна. По-видимому, это связано с отепляющим действием снега и отсутствием ветра в приземном слое, что в дальнейшем положительно сказалось на скорости инфильтрации воды в почву.

3.2. Сток талых ' вод, смыв почвы и мутность потока воды.

В период проведения исследований сток талых вод отмечен только лишь в холодном 2005-2006 году. Температура воздуха в зимний период была на 2Д°С ниже средней многолетней нормы, а среднемесячное количество осадков на 18% выше. Выпадение осадков происходило в виде дождя и мокрого снега.

Высота снежного покрова колебалась от 5,7 до 10 см. Снег пролежал с 12 января по 15 марта. До первой декады января почва не промерзала из-за отсутствия низких температур. С 10 января по 12 февраля произошло резкое понижение температуры до -20°С, что повлекло промерзание почвы до -55 см.

Величина стока талых вод и смыва почвы изменялась по вариантам опыта, от 12,0 - 15,0 мм по облесенным террасам, до 26,1 мм на не облесенном участке б. «Безымянная». По дну балки и в лесном массиве по б. «Безымянная» наблюдался транзитный ток воды, как от таяния снега, так и от постоянно функционирующих родников. На облесенных террасах б. «Ореховая» при аналогичной величине стока смыв почвы составил 0,1 т/га, на не облесенных террасах произошло увеличение стока воды до 19,8 мм и повышение массы почвы, сносимой не только с террас, но и с близ лежащих полей полевого севооборота до 0,3 т/га. Увеличение этих показателей связано с отсутствием лесной подстилки и большей глубиной промерзания почвы. Такая же величина смыва почвы наблюдалась и на не облесенном участке б. «Безымянная», но при гораздо большей величине стока воды -26,1 мм (табл. 1).

На участке целинной растительности величина стока составила 18,0 мм. Это связано со значительным количеством остатков травянистой растительности, что

связано с большим накоплением снега. Величина смыва составила 0,01 т/га, что в 30 раз меньше чем на не облесенных, и в 10 раз меньше чем на облесенных участках. По облесенным кустами терна лощинам сток составил 17,5 мм, а по не облесенным 22,3 мм.

Массивные лесные насаждения очищают поток воды путем фильтрации взвешенных частиц почвы. В качестве вариантов для определения мутности воды приняли насаждения илофильтры по дну балки «Ореховая» и лощины, занятые и не занятые кустами терна. По дну б. «Ореховая» сток воды проходил по давно сформировавшемуся руслу. При входе в лесной массив мутность потока составила 28 г/л, за время прохождения через массив она фильтровалась, происходило ее очищение и на выходе мутность воды уже была 2 г/л., т.е. уменьшилась в 14 раз. Немаловажную роль в фильтрации воды сыграли лесная подстилка, мощность которой составляет 7 см. Размыва почвы внутри массива из ивы древовидной не наблюдалось, что указывает на высокую противоэрозионную устойчивость почвы.

Таблица 1

Величина стока талых вод и смыва почвы по ва о иантам опыта 2003-2006 гг.

Вариант опыта Сток, мм Смыв, т/га

Герраса облесенная 12,0-15,0 0,1

Герраса не облесенная 19,8 0,3

Цно балки Транзитный сток Мутность потока 15 г/л

Участок целинной растительности 18,0 0,01

Песной массив ниже пруда Транзитный сток Мутность входящего потока 28 г/л, выход.-2 г/л

Б. «Безымянная» 26,1 0,3

Лощина, облесенная кустами терна 17,5 Мутность входящего потока] 17,9 г/л. выход.-4 г/л

Лощина, не облесенная кустами терта 22,3 Мутность входящего потока 18,8 г/л, выход.-19,1 г/л

НСРо.5 2,2 0,05

Мутность потока воды, идущего с поля с зяблевой обработкой и входящего'а массив из кустов терна равнялась 17,9 г/л, при прохождении потока через него, за счет густо-стоящих стволиков терна и наличия лесной подстилки происходило снижение скорости воды в 2 - 5 раз. В результате чего поток фильтровался, происходила кальматация твердых наносов почвы. При выходе потока из куста р-

ника его мутность была почти в пять раз ниже, чем при входе, она равнялась уже всего 4 г/л. Наблюдениями за стоком талых вод по лощинам, не покрытым кустами терна, было установлено, что величина смыва почвы уже не снижалась, а наоборот, происходило увеличение мутности потока воды. Так в вершине лощины мутность потока равнялась 18,8 г/л, а внизу она уже была 19,1 г/л, и вся почва попадала в водоем. Кроме того происходил линейный размыв дна лощины с постепенным превращением ее в действующий овраг.

ЗЛ.Влняние массивных лесных насаждений на элементы водного режима почвы.

Наибольший запас влаги в почве осенью был по облесенным террасам б. «Ореховая» - 98,5 мм, а наименьший отмечен на участке многолетних трав между контурными лесными полосами - 11,9 мм. Высокий запас влаги был отмечен и в массивном лесном насаждении ниже пруда по б. «Большой Лог» (табл.2).

За осеннее - зимний период выпало осадков в среднем за 2003-2006 гг - 405 мм, при минимальном количестве - в 2005-2006 гг. - 282 мм, и максимальным - в 2003-2004 гг. - 508 мм.

Таблица 2

Элементы водного баланса холодный период в слое почвы 0-150 см, мм., 2003-

2006 гг.

Вариант Осенний запас влаги Весенний запас влаге Коэффициент усвоения осадков Потери осадков за осенне-зимний период, мм.

Терраса облесенная 99 184 0,24 319

Терраса не облесенная 18 132 0,30 290

Между контурными лесными полосами 12 140 0,34 277

Участок целинной растительности 22 141 0,31 286

Лесной массив ниже пруда 90 190 0,29 304

Б. «Безымянная» 25 130 0,26 300

Лощины с кустами терна 62 138 0,20 329

Лощины без кустов терна 14 117 0,26 302

НСР(Й 23,1 14,9 0,03 15,5

Весеннее определение влажности почвы показало, что максимальный прирост влаги отмечен на участке многолетних трав между контурными лесными полосами - 128 мм, а наименьший по лощинам, облесенным кустами терна по f. «Большой Лог». На участке целинной растительности показатель прироста влаги был - 119 мм.

Таблица 3

Элементы водного баланса за теплый период в слое _почвы 0-150 см, мм., 2003-2006гг.__

Вариант Весенний запас влаги Осенний запас влаги Осадки за период вегетации Расход влаги из почвы за период вегетации Коэффициент усвоения осадков Потери осадков за теплый период

1 .Терраса облесенная 184 118 297 66 0,22 231

2.Терраса не облесенная 132 16 297 116 0,39 181

З.Между контурными лесными полосами 140 13 297 127 0,43 170

4.Участок целинной растительности 141 28 297 113 0,38 184

5. Лесной массив ниже пруда 190 107 297 83 0,28 214

6.Б. «Безымянная» 130 21 297 109 0,37 188

7.Лощины с кустами терна 138 71 67 0,22 230

8.Лощины без кустов терна 117 20 297 97 0,33 200

Участок многолетних трав между контурными лесными полосами из ореха грецкого накапливает и удерживает самое большое количество влаги в почве, а наибольшее непродуктивное расходование осадков отмечено по облесенным лощинам б. «Большой Лог». В соответствии с этим самый низкий коэффициент

усвоения осадков (отношение прироста влаги в почве к сумме осадков за холодный период) был по лощинам с кустами терна, по б. «Большой Лог». За годы исследований его значение колебалось от 0,11 до 0,20. Максимальный коэффициент усвоения влаги - 0,34 отмечен на участке многолетних трав между контурными лесными полосами.

Несколько ниже — 0,31 на участке целинной растительности. Под массивными лесными насаждениями он ниже, чем на не облесенных участках, что связано с высокими значениями запасов влаги осенью. К весне значения во влажности между этими вариантами почти выравниваются.

Запас влаги в массивных лесных насаждениях весной выше, чем на не облесенных участках на 38 мм. В течение вегетационного периода больше расходуют влагу не облесенные участки, в сравнении с облесенными, что объясняется затеняющим действием древесных пород. В первый год проведения исследований максимальное значение расходования влаги за лето отмечено на не облесенном участке балки «Безымянная» (154 мм), из-за высоких температур воздуха и чрезмерного уплотнения почвы.

Минимальный расход отмечен на облесенной террасе б. «Ореховая» и лесном массиве ниже пруда (98 мм.). Лесной массив ниже пруда по б. «Большой Лог» расположен по дну балки, через который протекает ручей. Почва в насаждении затенена и покрыта опадом листьев. В результате совокупного действия всех этих факторов в массиве наблюдается небольшой расход почвенной влаги на террасах северной и южной экспозиции.

В20005 и 2006 годах исследований расход влаги значительно был выше, по всем вариантам опыта, что связано с меньшим количеством выпавших осадков и высокими температурами воздуха. Максимальный расход влаги за 2003-2006 гг отмечен на варианте между контурными лесными полосами 127 мм, минимальное - на облесенной террасе б. «Ореховая» и по лощинам покрытым кустами терна 66 и 67 мм соответственно. Таким образом - травянистая растительность потребляла влагу более интенсивно, чем древесная.

3.4. Физические и водно-физические свойства почв Плотность сложения почвы является показателем, который определяет ее воздушный, водный и тепловой режимы. Наибольшие значения плотности почвы в слое 0-30 см в весенний период отмечены на участке б. «Безымянная» - 1,20 г/см3 (табл.4). Несколько ниже плотность почвы принадлежит не облесенной лощине б. «Большой Лог» - 1,18г/см3. Наименьшие значения отмечены на участке целинной растительности и между контурными лесными полосами - 1,06г/см3 и 1,07г/см3 соответственно.

Таблица 4

Плотность сложения почвы (2003-2006 гг.) г/см3.__

Вариант Весной Осенью

0-30 0-30

Участок целинной растительности 1,06 1,09

Терраса облесенная 1,14 1,20

Терраса не облесенная 1,14 1Д9

Между контурными лесными полосами 1,07 1,11

Лощина, облесенная кустами терна 1,12 1,16

Лощина, не облесенная кустами терна 1,18 1Д9

Лесной массив ниже пруда 1,14 1,15

Б. «Безымянная» 1,20 1,21

НСР05 0,18 0,14

Самая низкая плотность почвы наблюдалась в слое 0-10 см на участке целинной растительности и под многолетними травами между контурными лесными полосами 0,87- 1,00 г/см, а максимальная на облесенных террасах б. «Ореховая» -1,16 г/см3.

За весенне-летний период, плотность почвы увеличивалась на всех вариантах на 0,01 до 0,06 г/см3 с большими значениями на террасах б. «Ореховая», и меньшими по лощинам, не облесенным кустами терна, в массивном лесном насаждении по б. «Большой Лог», и на не облесенном участке б. «Безымянная».

Содержание агрономически ценных агрегатов весной и осенью, в среднем за года исследований по всем вариантам опыта более 70%, и характеризуется как хорошее. Наибольшее содержание этой фракции в весенний период, отмечено на не облесенном участке б. «Безымянная» - 92,8% и на участке многолетних трав меж-

ду контурными лесными полосами - 90,3%. Значительно меньшее содержание агрономически ценных агрегатов отмечено на не облесенных лощинах б. «Большой Лог» - 76% (табл. 5).

Таблица 5

Агрегатный состав почв в слое 0-30 см, % (весна/осень 2003-2006 гг)

Вариант Размер фракций

>10 10-0,25 <0,25

Между контурными лесными полосами 5,9/6,5 90,3/84,8 3,8/8,7

Не облесенная терраса 14,4/8,6 82,6/89,0 3,1/2,4

Облесенная терраса 10,1/16,4 85,0/82,6 4,9/1,0

Участок целинной растительности 4,9/1,3 89,1/87,4 6,0/113

Лесной массив ниже пруда 10,8/3,6 84,5/90,6 4,5/5,8

Б. «Безымянная» 1,5/7,0 92,8/87,7 5,7/5,3

Лощины с кустами терна 9,1/0,9 80,3/94,4 10,6/4,7

Лощины без кустов терна 18,9/3,4 76,0/88,4 5,1/8,2

НСР05 5,84 4,99 4,37

За период вегетации растений происходило заметное улучшение качественного состава структуры почвы за счет увеличения почвенных агрегатов размером от 0,25 до 5 мм. Лучшие показатели в осенний период, отмечены по лощинам, облесенным кустами терна, массивному лесному насаждению ниже пруда - 94,4 и 90,6%. Минимальное процентное содержание агрегатов данного размера отмечено на облесенной террасе б. «Ореховая» - 82,6%, что связано с сильной степенью эродированности почв.

Содержание ценных почвенных агрегатов под массивными лесными насаждениями в среднем за годы исследований составило 89,2%, по отношению к весне их содержание увеличилось на 5,9%. На участках без древесной растительности содержание их увеличилось на меньшую величину и составляло - 87,5%.

Водопроницаемость почв. Величины водопроницаемости во многом определяют размеры поверхностного стока талых и ливневых вод, интенсивность проявления эрозии. Сток талых вод может быть меньшим на то количество воды, которое впитается в почву. По мере увеличения плотности почвы, водопроницаемость, как правило, уменьшается. Скорость впитывания влаги в почву после первого часа наблюдений сильно снижается, причем Тем сильнее, чем больше пыле-

ватой (менее 0,25 мм) фракции будет в агрегатном составе исследуемого слоя почвы. Это в полной мере относится к не облесенным террасам, лощинам незанятых кустами терна, б. «Безымянная».

Высокие значения водопроницаемости за 2003-2004 год были отмечены на облесенной террасе по б. «Ореховая» - 4,78 мм/мин, минимальные на не облесенном участке б. «Безымянная» - 0,67 мм/мин (табл.6).

Таблица 6

Водопроницаемость почвы, мм/мин.(2003-2006гг).

Вариант Среднее за 3 года

Участок целинной растительности 5,82

Терраса облесенная 5,33

Терраса не облесенная 2,84

Участок многолетних трав 1,72

Лощины с кустами терна 2,79

Лощины без кустов терна 1,87

Лесной массив ниже пруда 3,37

Б. «Безымянная» 1,15

НСР05 1,37

В 2004-2005 году максимальная инфильтрация воды отмечена на облесенной террасе по б. «Ореховая», а минимальная на не облесенном участке б. «Безымянная», 4,68 и 0,63 мм/мин соответственно. В 2005-2006 году высокая водопроницаемость отмечена на участке целинной растительности - 8,29 мм/мин, а ниже на участке многолетних трав между контурными лесными полосами лишь - 2,06 мм/мин.

Кусты терна, расположенные на сильноэродированных почвах имеют достаточно высокую водопроницаемость за счет мощной корневой системы, располагающейся в верхнем 0-10 см слое почвы. Данное обстоятельство позволяет резко снизить сток поступающей талой воды, и предотвратить смыв почвы, не дав таким образом попасть сносимому мелкозему в близлежащий водоем.

3.5 Состояние лесных насаждений 3.5.1Таксацнонныс показатели насаждений

При проведении исследований в составе основных лесообразующих пород присутствовали: орех грецкий, алыча, ива древовидная, робиния лжеакация, клен, тополь пирамидальный. Запас древесины ореха грецкого за три года исследований увеличился на 6,8% и составил 33,68 м3, ивы древовидной на 1,3% и составил 69,29 м5, робинии лжеакации на 0,7%, он равен 123,61 м3, клена на 3,2%, алычи на 1,1% (табл.7).

Таблица 7

Таксационные показатели лесных насаждений, 2006 год._

Порода Высота,м Диамеггр, см Запас, м3

2003 2006 2003 2006 2003 2006

Б. «Ореховая»

Орех грецкий 13,85 14,06 25,1 26,3 31,33 33,68

Алыча 7,7 7,9 11,9 11,93 2,2 2,4

Ива древовидная 15,35 15,7 39,55 39,87 67,74 69,29

Робиния лжеакация 19,67 19 М 21,72 21,83 120,65 123,61

Б. «Большой Лог»

Тополь 13,3 13,4 33,4 33,44 3,82 3,83

Алыча 8,5 8,8 20,2 20,35 4,72 4,84

Клен 16,48 16,9 21,37 21,67 170,7 176,77

Состояние насаждения из этих древесных пород хорошее. Сохранность деревьев в массиве 82%, выпадение их из массива происходило в основном за счет поджогов и рубки. Когда создавался лесной массив, здесь был высажен и тополь пирамидальный, к последнему году проведения исследований в возрасте 26 лет он полностью прекратил свой рост и стал засох.

В целом, состояние деревьев в массивных лесных насаждениях можно характеризовать как удовлетворительное и хорошее. Лучшими породами деревьев для облесения овражно-балочных земель являются орех грецкий, робиния лжеакация, ива древовидная и клен.

3.5.2 Масса лесной подстилки.

Несомненный интерес представляют данные по накоплению и запасам лесной подстилки, оказывающей непосредственное влияние на почву.

Наибольшая масса лесной подстилки сосредоточена по дну б. «Ореховая», облесенном ивой древовидной - 2,12кг/м2, а наименьшая в массивном лесном на-саждепии ниже пруда по б. «Большой Лог» - 0,58кг/м2. Лесной массив испытывает постоянную антропогенную нагрузку, так как расположен в зоне нерегулируемого отдыха. На террасах разница в запасах лесной подстилки между склонами разных экспозиций объясняется тем, что склоны облесены разными древесными породами. Кусты терна имеют сравнительно небольшую массу лесной подстилки -0,93 кг/м2.

Таблица 8

Масса лесной подстилки, кг/м2_

Наименование варианта Масса подстилки, кг/м2

Б. «Ореховая) Склон северной экспозиции 0,84

Склон южной экспозиции 1,45

Днище балки 2,12

Массив ниже пруда 0,58

Лощины с кустами терна 0,93

3.6 Урожайность сельскохозяйственных культур на различных элементах овражно-балочной системы.

Наибольший сбор сена за 2 укоса во все годы исследований отмечен по лощинам, покрытым кустами терна - 15,1 т/га, а минимальный 8 т/га - по балке «Безымянная» (табл.9). Достоверная прибавка к контролю получена на варианте между контурными лесными полосами и по лощинам с кустами терна.

Наибольшую урожайность сена на варианте по лощине с кустами терна можно объяснить тем, что кусты терна кальматировали большую массу плодородного слоя почвы, сносимого с полей, а также накапливают большое количество влаги. В сносимом плодородном слое находится большое количество питательных веществ, что способствует созданию оптимальных условий произрастания, а

наличие влаги получению высоких и устойчивых урожаев трав. Между контурными лесными полосами также создавались наиболее благоприятные условия по увлажнению.

Таблица 9

Урожайность сена разнотравья т/га.

Вариант Годы исследований В среднем 20032004 гг Прибавка к контролю

2004 2005 2006

1.Между контурными лесными полосами 10,1 10,6 10,1 10,3 1,9

2.Террасы не облесенные (контроль) 8,5 8,7 7,9 8,4

3.Участок целинной растительности 9,3 9,8 9,8 9,6 1,2

4.Массив ниже пруда 8,8 9,4 9,3 9,2 0,8

5.Б. «Безымянная» 6,9 7,2 6,3 6,8 1,6

б.Лощины с кустами терна 15,7 16,3 13,3 15,1 6,7

7.Лощины без кустов терна 9,5 9,5 8,6 9,2 0,8

НСРо5 1,3 1,2 1,5 1.6

В среднем за 2003-2006 гг урожайность под лесными насаждениями составила 11,51 т/га, а на открытых участках 8,5 т/га, что на 26,2 % ниже, чем на не облесенных участках.

Наряду с получением сена в массивных лесных насаждениях проводились учеты урожайности ореха грецкого.

Таблица 10

Урожайность ореха грецкого

Вариант Урожайность 1 дерева, кг На 1 га, тонн

Контурная лесная полоса 2,54 1,7

Под пологом прибалочной лесной полосы 1,4 0,93

Без полога прибалочной лесной полосы 1,86 1,24

Различия в урожайности грецкого ореха между вариантами объясняется значительной затенённостью деревьев прибалочной лесной полосой, расположенной выше по склону.

4. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СИСТЕМЫ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ.

В денежном выражении полный прямой годовой ущерб от водной эрозии по вариантам опыта составил: террасы облесенные - 384 руб./га; террасы не облесенные - 1144 руб./га; участок целинной растительности — 41 руб./га; не облесенный участок б. «Безымянная» - 1144 руб./га (табл. 11)

Таблица 11

Эколого-экономическая оценка системы почвозащитных _мероприятий 2003-2006 гг. руб/га. _

Вариант опыта Годовой ущерб от водной эрозии Эколого-экономи-ческий эффект

Терраса облесенная 384 76160,0

Терраса не облесенная 1144 76403,4

Участок целинной растительности 41 83480,8

Б. «Безымянная» 1144 76114,0

Полный эколого-экономический эффект от действия облесенных террас б. «Ореховая» составляет 76160 рублей, а эффект от действия не облесенных террас составляет 76403,4 рубля, что на 243,4 рубля больше, чем действие облесении.: террас. Самый большой эффект по величине (83480,8 рубля), оказался на участие целинной растительности, на котором никогда не производилось никаких проги -воэрозионных мероприятий. Минимальный эколого-экономический эффект отмечен на не облесенном участке б. «Безымянная» -76114,0 рублей.

ВЫВОДЫ

1. Массивные лесные насаждения овражно-балочной сети в общем комплексе противоэрозионных мероприятий адаптивно-ландшафтных систем земледелия являются эффективным средством сокращения процессов водной эрозии и - наи-

более рациональным способом освоения овражно-балочных и других малопродуктивных земель.

2. Высота снежного покрова под пологом древесной растительности на 10,1% выше участков без древесной растительности, что способствует дополнительному накоплению влаги в почве. Наибольшие значения отмечены на облесенной террасе б. «Ореховая» по склону северной экспозиции.

3. Сток талых вод в овражно-балочной сети формируется при промерзании верхнего слоя на глубину более 45 см и выпадением осадков в виде снега более 28,0 мм. Минимальный уровень смыва и размыва почвы отмечен на участке целинной растительности.

4. На облесенных террасах смыв и размыв ниже, чем на не облесенных на 66,6%, ввиду развитой корневой системы древесных растений и наличия лесной подстилки, предотвращающих глубокое промерзание почвы, обеспечивая хорошую водопроницаемость. Минимальный уровень смыва и размыва почвы отмечается на участке целинной растительности. Лощины с кустами терна снижают сток воды, осаждая в кустарнике почвенные частицы, обеспечивают защиту от заиливания размытой почвой прилегающих водоемов.

5. Осенний запас влаги под лесными насаждениями в 3,6 раза выше, чем на не облесенных участках, весной эта разница нивелируется. Сезонные колебания влажности на облесенных участках значительно меньше, чем на участках, лишенных древесной растительности.

6. Плотность сложения почвы под лесными насаждениями ниже, чем без них на 0,1 - 0,2 г/см3, при этом учитываются агрофизические свойства почвы и их противоэрозионная устойчивость. Под естественной целинной растительностью более высокие показатели содержания агрономически ценных агрегатов в течение всего сезона.

7. Величина инфильтрации влаги в почву под массивными лесными насаждениями превышает на 30% инфильтрацию открытых участков.

8. Наиболее благоприятным ростом и развитием характеризовались орех грецкий по склону северной экспозиции и робиния лжеакация по склону южной

экспозиции. Ива древовидная имеет больший прирост, чем робиния лжеакация, но в ее составе больше сухостойных и больных деревьев, а 70% из них - суховершинные. Поэтому ее следует использовать по дну балок в качестве илофильтров. Облесение кленом можно проводить в хорошо увлажненных условиях при наличии постоянного источника воды. Из-за несоответствия лесорастительных условий из насаждения выпал тополь, поэтому его не следует использовать при создании массивных лесных насаждений.

9. Оценка эколого-экономического эффекта показала, что лучшими вариантами при облесении овражно-бапочной сети является участок целинной растительности из-за низкого смыва почвы и облесенные террасы б. «Ореховая».

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

При посадке массивных лесных насаждений по склонам оврагов и балок рекомендуется располагать их по горизонталям местности с нарезкой террас. Для создания защитных лесных насаждений на овражно-балочных землях Нижнего Дона лучше всего использовать в качестве основных пород робинию лжеакацию, орех грецкий, а из сопутствующих - терн, так как в данных лесорастительных условиях они обладают лучшими показателями роста и развития, и обеспечивают максимальную противоэрозионную устойчивость почв.

Публикации;

1. Кравченко, А.Н. Запасы влаги в почве и её водопроницаемость на склонах при занесении балок / А.Н. Кравченко // Плодородие. 2009. №6- С. 47-48.

2. Кравченко, А.Н. Почвозащитная и водоохранная роль массивных лесных насаждений в степной зоне / А.Н. Кравченко // Научные аспекты земледелия и животноводства.- п. Рассвет: Типография Донского зонального научно исследовательского института сельского хозяйства, 2009.- С. 113-117.

3. Кравченко, А.Н. Влияние облесения балок на водно-физические свойства эродированных обыкновенных черноземов / А.Н. Кравченко Е.В. Полуэктов // Земельные ресурсы: перспективы использования в ЮВО. Новочеркасская Государ-

ственная Мелиоративная Академия,- Новочеркасск: ООО НПО «Темп» 2007.- С. 92-94.

4. Кравченко, А.Н. Таксационные показатели массивных лесных насаждений / А.Н. Кравченко // Земельные ресурсы: перспективы использования в ЮВО. Новочеркасская Государственная Мелиоративная Академия.- Новочеркасск: ООО НПО «Темп» 2007.- С. 94-96.

Подписано в печать 14.02.2011 г. Печать оперативная. Усл. печ. л, 1. Заказ №50 Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Государственного научного учреждения Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Адрес: 346735, Ростовская обл., Аксайский р-н, пос. Рассвет, ул. Институтская, 1

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Кравченко, Андрей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2. МЕСТО, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕ- 39 ДОВАНИЙ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ <

3.1.Влияние лесных насаждений и системы почвозащитных меро- ^ приятий на процессы снего-отложения

3.2. Сток талых и ливневых вод и смыв почвы

3.3. Влияние массивных лесных насаждений на элементы водного ^ режима почвы

3.4. Физические и водно-физические свойства почв

3.4.1. Плотность сложения почвы

3.4.2. Структурно-агрегатный состав

3.4.3. Водопроницаемость

3.5. Состояние лесных насаждений 78 3.5.1. Краткая характеристика древесных пород 78 3.5.2 Таксационные показатели насаждений

3.5.3. Масса лесной подстилки.

3.6 Урожайность сельскохозяйственных культур на различных

§5 элементах овражно-балочной системы.

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СИСТЕМЫ ПОЧВОЗАЩИТ- 89 НЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

4.1 Эколого-экономическая оценка противоэрозионных меро- 97 приятий

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Агроэкологическая и почвозащитная роль массивных лесных насаждений в системе адаптивно-ландшафтного земледелия на черноземах обыкновенных Ростовской области"

Актуальность темы. Сельскому хозяйству принадлежит особо важная роль в решении проблемы ускорения социально-экономического развития страны. С развитием производительных сил общества на смену природным биогеоценозам приходят культурные агробиоценозы. Последние обладают более высоким уровнем биологической продуктивности, поэтому они должны служить предметом особой заботы при осуществлении охраны окружающей природной среды. В настоящее время в большинстве своём природные экосистемы полностью трансформировались и сменились антропогенными.

В условиях экологической несбалансированности нашего существования, кризиса, а в некоторых регионах и катастрофы — вопросам экологической устроенности сельскохозяйственных угодий, защиты от деградации почв как основного средства сельскохозяйственного производства, должно уделяться первостепенное внимание.

Эрозия и дефляция являются ведущими деградационными процессами в мире. Из общей площади сельскохозяйственных угодий нашей страны более 60 % - эрозионно - опасные и подверженные водной и ветровой эрозии. Каждый третий гектар пашни и пастбищ является эродированным и нуждается в защите от процессов деградации земель. Ежегодный прирост эродированных площадей достигает 1,5 млн. га, а рост оврагов — до 160 тыс. га.

Территория Ростовской области в значительной степени подвержена процессам эрозии и дефляции. Из общего земельного фонда 3,4 млн. га (40,1%) являются эрозионно-опасными, а 2,9 млн. га (34,9%) в различной степени разрушены эрозией. В число последних входят около 400 тыс. га. ов-ражно-балочных земель. В основном они используются как пастбища с различной степенью сбитости и малопродуктивные сенокосы. Поэтому основная задача мелиоративного освоения овражно-балочных земель в системе адаптивно-ландшафтного земледелия — вовлечение их в интенсивный сельскохозяйственный оборот и перевод в продуктивные сельскохозяйственные и лесные угодья. Это и многое другое обуславливает необходимость дальнейшего исследования балочных систем, с целью более продуктивного их использования.

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось изучить влияние массивных лесных насаждений на интенсивность развития эрозионных процессов, элементы водного баланса и урожайность сельскохозяйственных культур, с установлением доли этих насаждений в адаптивно - ландшафтном земледелии Ростовской области.

При выполнении настоящей работы были поставлены следующие задачи:

- изучить породный состав массивных лесных насаждений, их приживаемость и сохранность;

- определить накопление и перераспределение снега на основных элементах рельефа, особенности формирования стока талых вод;

- сравнить противоэрозионную устойчивость почвы под лесными насаждениями по отношению к участкам, лишенным древесной растительности;

- установить влияние лесных насаждений на динамику влажности и водопроницаемости почвы, а также физические свойства.

Объекты исследований. Массивные лесные насаждения по балочным склонам, как основная преграда на пути водных эрозионных потоков и не облесенные участки балочных склонов.

Научная новизна.

Впервые в области выявлено влияние массивных лесных насаждений на интенсивность развития эрозионных процессов в системе мероприятий по про-тивоэрозионной организации территории.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Лесные насаждения позволяют решать практические задачи по повышению продуктивности кормовых угодий овражно-балочных земель, с прекращением процессов оврагообразования при организации землепользования.

Производственная проверка результатов исследований проведена на территории ОАО «Аксайская нива» Аксайского района Ростовской области.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается большим объемом экспериментального материала и статистической обработкой результатов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены: на заседаниях ученого совета ГНУ ДНИИСХ Россельхозакадемии (2003 -2006 гг.), на ежегодных аспирантских сессиях, проходивших в ГНУ ДЗНИ-ИСХ (2003 - 2006 гг.), методических комиссиях при приеме опытов,

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений производству, изложена на 165 страницах компьютерного текста, включает 4 рисунка, 21 таблицу и 47 приложений. Список использованной литературы включает 296 источников, в том числе 14 иностранных авторов.