Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эколого-мелиоративная роль биоинженерных сооружений по берегам балок на примере Северо-Восточного Приазовья

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Скрыпанев, Сергей Федорович, Новочеркасск



Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации Новочеркасская государственная мелиоративная академия

На правах рукописи

Скрыпанёв Сергей Фёдорович

/¿>7

ЭКОЛОГО - МЕЛИОРАТИВНАЯ РОЛЬ БИОИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИИ ПО БЕРЕГАМ БАЛОК НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО ПРИАЗОВЬЯ

Специальность: 11.00.11.-Охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов 06.03.04. - Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населённых пунктов

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: - заслуженный лесовод РСФСР, кандидат сельскохозяйственных наук,

профессор, !П. С. Захаров - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Е. В. Полуэктов.

Новочеркасск - 1999г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................................4

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................................7

2 МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ..........16

2.1 Почвенный покров................................................................................................27

2.2 Схема стационарного опыта..............................................................................30

2.3 Методика исследований.......................................................................................37

3 ТАКСАКАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИБАЛОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС.45

Выводы:......................................................................................................................54

4 ВЛИЯНИЕ БИОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ НА СНЕГООТЛОЖЕНИЕ, РАЗВИТИЕ

■: * ■'■> /у .

ПРОЦЕССОВ ЭРОЗИИ И ДЕФЛЯЦИИ................................................................55

4.1 Прибалочные лесные полосы и процессы снегоотложения..........................55

Выводы:......................................................................................................................61

4.2 Влияние биоинженерных почвозащитных систем на процессы эрозии и дефляции.........................................................................................................................62

Выводы:...................................................................................................................... 76

5 ПРИБАЛОЧНЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЛОСЫ И СВОЙСТВА ПОЧВ...............................77

5.1 Физические и водно - физические свойства почвы.........................................77

Выводы:......................................................................................................................89

5.2 Водопроницаемость почвы..................................................................................88

Выводы:....................................................................................................................103

6 ЛЕСНАЯ ПОДСТИЛКА В ПРИБАЛОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОСАХ И ЕЕ

СВОЙСТВА......................................................................................................................107

Выводы:....................................................................................................................116

7 ВЛИЯНИЕ ПРИБАЛОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ВОДНЫЙ РЕЖИМ

ПОЧВЫ, УРОЖАЙНОСТЬ СЕНА ЛЮЦЕРНЫ И ЭКОНОМИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ........................................117

7.1 Водный режим почвы и урожайность...............................................................117

Выводы:....................................................................................................................124

7.2 экодого - экономическое обоснование эффективности создания биоинженерных сооружений.......................................................................................126

Выводы:....................................................................................................................129

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.........................................................................................................131

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.............................................................................135

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................................136

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................156

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В условиях интенсификации земледелия, с целью получения всё возрастающих урожаев сельскохозяйственных культур, игнорирование закономерностей естественного и антропогенного почвообразования привело к существенному снижению почвенного плодородия. Повсеместно наблюдается деградация гумуса, увеличиваются площади переуплотнённых, засоленных, заболоченных, эродированных и дефлированных почв. Особенно масштабным и вредоносным являются эрозия и дефляция.

По данным института ЮжНИИГипроЗем из 8,4 млн га. земель, находящихся в использовании сельхозпредприятий, фермерских хозяйств и граждан Ростовской области 3,4 млн га (40.1% ) являются эрозионноопасными, а 2,9 млн га (34.9% ) в различной степени разрушены эрозией. Кроме того, 6,5 млн га ( 78,3% ) считаются дефляционноопасными. Площадь овражно-балочных земель составляет 228,3 тыс. га (Государственный доклад «О состоянии природной среды ...», 1996).

Восстановление плодородия эродированных почв связано, в первую очередь, с созданием системы почвозащитных мероприятий, обеспечивающей контроль над потерями почвы. Система почвозащитных мероприятий, в настоящее время, включает противоэрозионную организацию территории, агрофитомелиорацию, биоинженерные сооружения (А.Г. Барабанов, 1992; В.А. Бодров, 1961; И.Д. Брауде, 1965; Д.Е. Ванин и др., 1987; Г.Н. Ванькович, М.Д. Васильев, 1974; Е.А. Гаршинёв и др., 1987; И. Гудзон, 1974; М.И. Долгилевич и др., 1992; М.И. Заславский, 1983; В.М. Ивонин, 1989. 1993; А.И. Каштанов, 1974; И.С. Константинов, 1976; М.И. Лопырев, 1995; И.Е. Мирцхулава, 1970; Е.В. Полуэктов, 1984; А.Г. Рожков, 1988; Г.П. Сурмач,1976,1992; Г.И. Шеебс, 1981 и др.).

Среди них особое место занимает система лесных полос, создающая организационную основу объединения всех звеньев почвоводоохранного земледелия. Кроме того, лесные полосы, как долговременно действующий биологический компонент оказывают положительное влияние на изменения почвенного покрова, улучшают показатели микроклимата прилегающих территорий, положительно влияют на урожайность сельскохозяйственных культур.

В достаточной степени изучены все эти показатели в Ростовской Области для полезащитных и стокорегулирующих лесных полос (Е.В. Грызлов, 1975, 1977; В.Н. Дегтяренко и др., 1975, 1979; В.М. Ивонин и др., 1979, 1987, 1988, 1995; А.Р. Константинов, Л.Р. Струзер, 1974; В.М. Павлов, 1970; Е.В. Полуэктов, 1984; И.В. Ревяко, 1990 и др.). Вместе с тем в этих исследованиях мало внимания уделено прибалочным лесным полосам, особенно в зоне совместного проявления эрозии и дефляции в условиях ложбинистого рельефа. Поэтому целью и задачей исследований было:

1) Изучить таксационные показатели и уточнить основные лесообразующие породы в прибалочных лесных полосах центральной зоны Ростовской области.

2) Установить влияние возраста и состава лесных насаждений на свойства почвы, определяющие их противоэрозионную и противодефляционную устойчивость.

3) В условиях совместного проявления эрозии и дефляции выявить почвозащитную, гидрологическую и агротехническую эффективность прибалочных лесных полос в сочетании с простейшими гидротехническими сооружениями на ложбинистых склонах.

4) Определить эколого-экономическую эффективность прибалочных лесных полос, усиленных простейшими гидротехническими сооружениями (ПГТС).

Научная новизна исследований заключается в том, что установлена агрогенная эволюция почвенного покрова под воздействием лесных насаждений - прибалочных лесных полос; выявлена и оценена противоэрозионная и противодефляционая роль прибалочных лесных полос, усиленных простейшими гидротехническими сооружениями по ложбинам и потяжинам.

Практическая значимость работы заключается в уточнении породного состава прибалочных лесных полос, рекомендациях по усилению их почвозащитной роли в условиях проявления эрозии и дефляции, путём создания по ложбинам и потяжинам запруд, валов-канав с заполнителями и системы почвозащитных агрофитоприёмов на водосборе перед лесной полосой, прогностике изменения свойств почвы под лесными насаждениями и в зоне их влияния.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается многолетними

(1979 - 1988 г.г.) исследованиями, большим объёмом экспериментального материала, получением уравнений регрессии, характеризующихся тесными связями.

Производственная проверка результатов исследований проведена с 1983 по 1989 г.г в ОПХ «Рассвет» Аксайского района, с 1988 по 1996 г.г в АКХ «Грушевское» того же района и А.О. им . A.A. Гречко Куйбышевского района, а также с 1989 по 1995 гг на территории хозяйств Красносулинского района Ростовской области. Данные исследований использовались при написании «Методических указаний по проектированию системы почвозащитного земледелия для районов распределения водной и водно-ветровой эрозии почв Европейской территории страны», М., 1987, рекомендаций «Создание защитных лесных насаждений в Ростовской области», Ростов-на-Дону, 1987, «Системы земледелия Ростовской области», Ростов - на -Дону, 1991, и «Системы ведения агропромышленного производства Ростовской области ( на период 1996 - 2000 гг.)», Ростов-на-Дону, 1996, учебного пособия «Водопроницаемость и эрозия почв», Новочеркасск, 1994.

Апробация работы проведена на научно-производственной конференции молодых учёных и специалистов 4-6 марта 1980 г в ДСХИ, ст. Персиановкская; конференции молодых учёных ВНИАЛМИ, октябрь 1981; всесоюзном семинаре заведующих кафедр лесных культур и лесной мелиорации в г. Киеве, 16 сентября 1982 г.; совете руководителей сельскохозяйственных предприятий Красносулинского района, 5 марта 1995 г.; конференциях и семинарах НГМА, апрель 1998 г.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

История защитного лесоразведения тесно связана с интенсификацией сельскохозяйственного производства. В. Каразин (1837) ещё в начале прошлого века предложил в целях улучшения полеводства, прежде всего, засаживать балки в безлесных местах, выбирая для этого склоны и берега северных и западных экспозиций, где надёжней закрепляются сеянцы. Затем «переносить

лесопосадки.......на прилегающие степи...... вначале хотя бы в виде межевых

признаков, потом разделения пашен и сенокосов, наконец, и в расстоянии 20 сажен

друг от друга, так чтобы по 6 и до 10 деревьев украшали каждую десятину.....От

этого дожди непременно должны быть своевременными на полях, а сим вместе драгоценное, природою установленное удобрение их древесным листом, которое, верьте, превосходит всякое другое».

Мощным толчком к практическому осуществлению создания искусственных лесонасаждений послужила жестокая засуха в 1891 году. В.В. Докучаевым была заложена система лесных полос в Каменной степи и сформулированы основы ландшафтной агролесомелиорации. Там, в частности говорилось о необходимости насаждения в сухих и обводнённых балках, с учётом качества грунтов, закрепления ещё развивающихся, преимущественно меловых оврагов и обнажённых берегов рек разными способами (В.П. Доброхвалов, 1950; В.В. Докучаев, 1936,1948,1949; A.A. Измаильский, 1949; И.А. Скачков, A.A. Пятунин, 1972).

С той поры теория защитного лесоразведения на сельскохозяйственных угодьях получило значительное развитие, обогатилось новыми направлениями (A.B. Альбенский, 1977; А.Т. Барабанов, 1987; И.Д. Брауде, 1965; Е.А. Гаршинёв и др. , 1987, 1995; A.C. Дебелый, 1972; М.И. Долгилевич, 1978; М.И. Заславский, 1983; П.С. Захаров, 1971, И.Г. Зыков, 1981, В.М. Ивонин, И.Г. Зыков, 1980, В.М. Ивонин и др , 1995; В.М. Ивонин, 1983, 1989, 1992, 1993, 1995; Н.П. Калиниченко, В.В. Ильинский, 1976; И.П. Калиниченко,, И.Г. Зыков, 1986; A.C. Козменко, 1954,1961; A.A. Молчанов, 1973; С.С. Мясоедов, 1984; П.Д. Никитин, 1972, 1975; Е.С. Павловский, 1976; И.В. Ревяко, 1990; А.Г. Рожков, 1981; Г.П. Сурмач, 1971, 1976, 1992; Н.И. Сус, 1949; Н.В.

Трещевский, 1972,1973; К.Л. Холупяк, 1972,1973 и др).

В настоящее время агролесомелиорации, как средству стабильной организации территории и долговременного воздействия на факторы агросреды, принадлежит определяющая роль в системе почвозащитных и агромелиоративных мероприятий. Вместе с тем защитное лесоразведение по своей сути является и природоохранным фактором (Г.В. Бокий, 1991; Государственный доклад, 1996; Г.И. Дурнев, 1987; В.М. Ивонин, 1988,1995, 1998; Н.П.Калиниченко и др.1 990; Г. Конке, А. Бертран, 1962; Лесная энциклопедия, 1985; И.С. Мартиросова, 1987; Н.Е. Петелько, 1987; Л.Г. Раменский, 1971; А.Г. Рожков, Г.Н. Черкасов, 1989; A.B. Тюрин и др. 1956; К. Г. Шульмейстер, 1975 и др.).

Лесные насаждения на берегах балок и рек, включая прибалочные и приовражные лесные полосы, так же как и стокорегулирующие, повышают и стабилизируют биологическую продуктивность балочных экосистем, выполняют природоохранные и рекреационные функции (К.Д. Глинка и др. 1987; И.Г. Зыков, В.М. Ивонин, 1981,1985,1998; В.М. Ивонин, В.К. Левченко, 1979; В. Мосальский, 1897; A.B. Прахов, 1989; А.Г. Рожков, Г.Н. Черкасов, 1989; Ю.К. Телешек, А.И. Чернецкий, С.С. Иващенко, 1985).

В основе лесной, как и других видов мелиораций, склоновых и балочных земель, лежат необходимость, возможность и целесообразность её применения. В настоящее время свыше 60 млн. га сельскохозяйственных угодий Российской Федерации подвержено эрозии и дефляции. Из них площадь пашни, затронутой в той или иной степени процессами эрозии составляет 26,3 млн. га (20%), дефляцией -7.9 млн. га (6,1 %).

Особенностью эрозионных процессов на Северном Кавказе и Нижнем Дону является совместное проявление эрозии и дефляции. Эрозией roh в в Краснодарском, Ставропольском краях и Ростовской области охвачено более 70% сельскохозяйственных угодий, из них 83% пашни. Площадь оврагов и балок, только в Ростовской области, составляет 228,3 тыс. га. Периодически наблюдаются катастрофические пыльные бури. В 1984 году они охватили 7,4 млн. га пашни и огромные площади пастбищ, почвы потеряли почти 3 млрд. т мелкозёма (A.M.

Бурыкин, 1966, 1972, 1977; Государственный доклад, 1996; Е.С. Павловский, 1991; Е.В. Полуэктов, 1998; Система ведения агропромышленного производства в Ростовской области. 1996.).

Прибалочные лесные полосы частично задерживают стекающие с полей талые и ливневые воды, смываемую почву и удобрения; сокращают или полностью предотвращают рост береговых и склоновых оврагов, задерживают и распределяют снег на прилегающей пашне; повышают влажность почвы, что увеличивает урожайность как на пашне, так и на склонах балок (A.A. Ажигов и др, 1992; А. Т. Аниканов, H.A. Захаров, 1977; Д.Л. Арманд, 1956; А.Т. Барабанов, 1992; А. Биолчев, 1966; В.П. Борец, Е.Я. Тубольцев , 1987; Н. Гудзон, 1974; М.И. Долгилевич и др, 1992; В.Н. Дьяков, 1989; М.Н. Заславский, 1966; В.М. Ивонин, Л.В. Власова, 1988; В.М. Ивонин, 1993; Н.П. Калиниченко, 1992; В.А. Каргов, 1971; A.C. Козьмегнко, 1954; А.Г. Рожков, 1988; С.С. Соболев, 1948,1960; Г.П. Сурмач, 1971,1976; И.П. Сухарев, 1966,1967,1988; И.В. Трещевский, 1982 и др.).

Механизм их стокорегулирующего действия связан с тем, что в них накапливается больше снега, который становится своеобразным фильтром. Стекающая с полей вода, проходя через него, очищается от взвешенных наносов, скорость движения её замедляется, и она постепенно просачивается в талую почву, которая под снегом промерзает на меньшую глубину. Рядом исследователей (М.И. Глушкова, 1972; В.Н. Дьяков, 1977; В.Н. Жигалов, 1995; В.М. Мишон, 1975; Е.В. Полуэктов, 1984; Е.В. Полуэктов, С.Ф. Скрыпанёв, 1985; Я.И. Потапенко, 1972; Г.П. Сурмач, 1971, 1976, 1987; К.Л. Холупяк, 1973 и др.) было установлено, что под защитой лесных полос не прекращается рост береговых оврагов, к вершинам которых подходят ложбины, прорезающие насаждения и концентрирующие сток воды с большой водосборной площади. В поглощении стока участвует не всё насаждение, а только незначительная её часть. Эту площадь, непосредственно участвующую в приёме, распылении и поглощении жидкого стока и кольматации продуктов эрозии, К.Л. Холупяк (1972) называет рабочими участками (R), а отношение площади рабочих участков к общей площади насаждений (Р), выраженное в процентах - показателем мелиоративного использования насаждений (С). По наблюдениям Е.В. Полуэктова

(1984), во время снеготаяния в 1979 году суммарный сток талых вод с водосборной площади в 12 га составил 142,8 мм. Вся эта масса воды стекала по трём потяжинам. Достигнув лесной полосы, она освобождалась от мелкозёма и, прорвав земляные валики в рядах деревьев, устремлялась на нижележащие поля. Глубина водороины за лесной полосой составила 40 - 66 см, а ширина 78 - 120 см. Следовательно, для усиления природоохранных функций прибалочных лесных полос, прорезанных ложбинами, необходимо в их нижнем междурядье устраивать прерывистые водозадерживающие канавы глубиной до 1 - 1,5 м^тра или по нижней опушке лесополос устраивать водозадерживающие валы (В.Н. Дьяков, 1979; В.М. Ивонин, 1992; Н.П. Калиниченко и др. 1976, 1990; С.С. Мясоедов, 1976; Я.И. Потапенко, 1972. Рекомендации по созданию противоэрозионных лесных насаждений и строительству простейших гидротехнических сооружений, 1972, 1976; А. Г. Рожков, Н.Д. Горина, 1989).

Не менее важное значение при этом имеет ширина и породный состав прибалочных лесных полос. Многолетние исследования, проведённые в сети ВНИАЛМИ (А.Г. Рожков, Д.Е. Ванин, 1976; Г.П. Сурмач, 1971, 1976, 1992; И.Г Зыков, В.М. Ивонин, 1981; А.Т. Барабанов, 1992; В.М. Ивонин, И.Г. Зыков и др., 1980; Е.А. Гаршинёв, 1987; 1995; и др.) дали возможность определить оптимальную ширину лесных полос в сочетании с гидротехническими сооружениями. Суть их сводится к тому, что ширина лесополосы равна длине прудка, образующегося перед сооружением.

Система (лесополоса + гидротехническое сооружение) должна максимально поглощать поверхностный сток. При этом доминирующая роль отводится лесной полосе, как долговременно действующему биологическому компоненту. При подборе древесной и кустарниковой растительности, для создания прибалочных лесных полос, необходимо наряду с лесорастительными условиями склоновых земель учитывать преоб