Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Лесоаграрное обустройство балочных земель Ростовской области

ВАК РФ 06.03.04, Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Автореферат диссертации по теме "Лесоаграрное обустройство балочных земель Ростовской области"

Г 3 С.'!

/ В Ш0Я 1-: <

» На правах рукописи

ГАЛАЕВ Исса Абуяэитович

ЛЕСОАГРАРНОЕ ОБУСТРОЙСТВО БАЛОЧНЫХ ЗЕМЕЛЬ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность: 06.03.04 - «Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных мест»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Волгорад, 1998

ГЧбота выполнена в Новочеркасской государственной мелиоративной академии.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации В.М.Ивонин

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель

науки РФ К.Г.Зыков;

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Е.А.Литвинов

Ведущая организация - Ю?ный государственный научно-исследовательский и проектный институт по землеустройству (ЮкНИИгипроэем)

Защита состоится " ^ " <£1998 г. в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д-020Л1.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте агролесомелиорации

Адрес: 400062, г. Волгоград-62, ул. Краснопресненская, 39,

ВШ1АЛШ.

С диссертацияей можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации.

Автореферат разослан

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.А.Петрова

. обцая характеристика "работы

Актуальность темы определяется тем, что в степной '.он« европейской России балочные склоны и днища ислол:>зу:от под пастбища, что приводит к растрачиванию биораэчообрчэич, снижению продуктивности и контрастности экосистем, эрозии почв и др. негативным последствиям На балках без защитных лесньч полос в стадии среднего и сильного сбоя находится около ¡'0% пастбищ, где урожай трав не превышает 0.3-0.4 т/га сухой поедаемой массы.

В Ростовской области почаы балок занимают 445.4 тыс га, в т. числе пастбища занимают 308.1 тыс. га, пашня - 10, сенокосы - 5.7 тыс. га (Чешев A.C. и др.).

Научные основы лесомелиорации белочных земель изложены в публикациях Н.И. Суса, г.а Харитонова, A.C. Коэьменко, И Д. Брауде, Н.П. Калиниченко, И.Г. Зыкова, В Г. Шаталове, В.М Ивонина и др.

Для условий Ростовской области составлена «Схема комплексного использования овражно-балочных систем на землях хозяйств Ростовской области» (ЮЖНИИГипрозем, 1983) и проведены исследования по лесомелиорации овражно-балочных земель (В.М. Ивонин, А.Б. Курбанов, Ф.Е. Медведев, Н С. Чырыев и др.),

Однако, полученные данные нуждаются в обобщении и обосновании приемов лесной мелиорации балочных склонов с помощью систем кустарниковых кулис и биогрупп древесной растительности на террасах. Требуют обоснования параметры систем донных лесных насаждений (илофильтров) и средозащи>иы>. систем в балках, по которым пропускаются шахтные сбросные воды.'

Цель исследований заключена в научном обосновании лесоаграрного обустройства балочных земель степной зоны для решения следующих задач:

- исследовать средозащитную роль лесных насаждений на балочных склонах и псевдопоймах, а также - определить их допустимую рекреационную нагрузку;

- обосновать основные параметры средозащитных инженерно-биологических систем в балках.

Научная новизна определяется:

- изучением характеристик примитивно-щебенистых почв на плотных породах под пологом кустарниковых кулис на террасах и аккумулятивных почв псевдопойм под пологом донных насаждений (илофильтров);

- нахождением допустимых рекреационных нагрузок для балочных лесных насаждений степной зоны;

- исследованием эрозио^йо-аккумулятивных процессов при формировании балочных псевдопойм с помощью донных насаждений (илофильтров). 4 '

Практическая ценность работы заключается в предложениях:

- по созданию, на террасах балочных склонов с примитивно-щебенистыми почвами мелиоративных кулис из кустарников;

- по повышению эффективности лесолугового освоения балочных склонов с неразвитыми дерновыми почвами за счет создания на террасах биогрупп различных древесных видов;

- по методике определения основных параметров аккумулирующих систем донных насаждений (илофильтров);

- по уточнению эффективности средозащитных инженерно-пиологических систем в балках, по которым спускаются шахтные

опросные воды.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждаются большим объемом экспериментального материала, применением современных методик исследований и обработкой полученных данных математико-статичесхими методами с получением критериев достоверности.

Апробация работы проводилась на научно-технической конференции аспирантов и студентов «Актуальные вопросы мелиорация и природопользования»'(Новочеркасск, 1997), междуна родных курсах ЮНЕП I ЦМП «Восстановление и использование сфодированных земель» (Волгоград, 1997), научно-практической конференции «Средозащитная роль и продуктивность лесов Северного Кавказа», посвященной 200-летию создания в России лесного департамента (Новочеркасск, 1998).

По материалам исследований опубликовано две печатных работы (в том числе - одна книга),отражающих содержание диссертации. ;

Производственная проверка результатов исследований проведена* в лесхозах Ростовского управления лесами и Донском учебно-опытном лесхозе. Результаты исследований внедрены в учебный процесс НГМА.

Объём работы определялся введением, пятью главами, общими выеодами и предложениями производству, списком использованной литературы и приложениями.

Общий объем диссертации включает 195 страниц, а том числе 146 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 45 таблиц. 25 приложений.

Список использованных источников включает 154 наименований, в том числе 8- на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Опыт лесоаграрного использования балок

Балки являются основным буфером, сдерживающим поступление наносов в речные долины. Здесь интенсивно протекают аккумулятивные процессы и формируются псевдопоймы.

Наиболее перспективное направление хозяйствования на балочных склонах - лесолуговое освоение, когда лесные кулисы (или полосы) созданные по полосам, бороздам, террасам и т.п., повышают устойчивость и продуктивность травянистых ценозов (Г.Н Высоцкий, A.C. Kapacee, С.С. Соболев, Г.П. Сурмач, А.П. Кузнецов, Н.П. Калиниченко, И.Г. Зыков, В.М Ивонин, Г.И. Васен-ков, С.С. Мясоедов, Ю.В. Бондаренко, А.Г. Рожков, Г.Н. Черкассов

И др.).

На балочных днищах основой лесоаграрного обустройства служат системы донных насаждений (илофильтров) для активизации процессов аккумуляции (В.А. Дуоянский, A.B. Альбенский, Ю П. Бяллович, Л.'И. Расторгуев, С. Керенски, Л. Ценков и др.).

Для усиления аккумулирующей роли донных насаждений, их сочетают с различными простейшими гидротехническими сооружениями (И В. Трещевский и М.И. Бурдаев, В.М. Ивонин и А.Б. Курбанов и др.).

В целом системы лесных насаждений в балках призваны не только к усилению аккумуляции, но и подавлению эрозии почв и грунтов, повышению продуктивности и воссозданию структуры декодированных лугопастбищных угодий, повышению биоразнообразия экосисгем и защите окружающей среды от загрязнения.

т

г

Место проведения, условия и методика исследований '

Крупнейший сельскохозяйственный регион России - Ростовская область расположена в степной природно-мелиоративчой зоне обыкновенных черноземов Южно-Русская провинция этой зоны сильно расчленена долинно-балочной сетью. Климат области - континентальный.

На склонах балок распространены примитивно-щебенистые почвы на плотных породах или неразвитые дерновые почвы на глинах и суглинках, а на балочных днищах - дерново-аллювиальные почвы.

В балках сосредоточены остаточные виды древесно-травянистой ; растительности разнотравно-дерновинчо-злаковой степи. :

Площади ежегодных посадок .овражно-балочных насаждений представлены соотношением:

У0е = 2.951/х°132 при г = -0.824+0.137", (1)

где. Уое *- площади создания овражно-балочных насаждений, га/год; х - порядковый номер года, начиная с 1990 г.

Снижение ежегодных посадок защитных лесных насаждений сопровождаются соответствующим увеличением площадей оврагов (Уов, тыс. га):

У„ = 27.86 + 1.39х при г = 0.8D8t0 131 (2).

Все ото явилось обоснованием для проработки программных вопросов, представленных целью исследований, i При проработке программных вопросов по вариантам ont!-тов из слоя почв 0-20 см отобрали образцы в которых по общепринятым методикам определяли: гранулометрический и ыикроаг-регатный состав. Комковатость (сухое просеивание) и водопроч-

а

н^сть (по Бакшееву) агрегатов, объемную и удельную массу, содержание гумуса.

На основании полученных данных рассчитывали: факторы дисперсности (по Качинскому) и структурности (по Фагелеру), показатели. агрегированности (по бейвер-Роадесу), коэффициенты структурности и критерии водопрочности.

Массу подстилки определяли взвешиванием воздушно-сухих образцов, отобранных по вариантам на площадках 1 м2.

Полученные данные подвергали корреляционному и регрессионному анализу.

Показатели регрессионных нагрузок балочных лесных насаждений определяли в соответствии с ОСТ 56-100-95. /

Урожай сена многолетних трав (воздушно-сухре состояние) учитывали метровками в 6-10 кратной повторности на вариантах опытов. Результаты учета урожая обрабатывали дисперсионным методом.

Исследования эрозионно-аккумулятивных процессов на балочных псевдопоймах проводили по,участкам с донными лесными насаждениями без явлений их руслового обхода. При этом измеряли расстояния между насаждениями, уклоны тальвегов, объемы аккумуляции и эрозии, основные показатели насаждений. Полученные данные подвергали регрессионному анализу, включая в массивы.обработки данные наблюдений других исследователей.

Толщу наносов по днищам балок исследовали на содержание в слое 0-20 см: Си, 2п, РЬ, СЙ, Со, Мл и Яе методами зтомно-абсорбционной спектрофотометрии. При этом использовали рекомендации, изложенные в письме Центральной гидрохимической лаборатории Министерства природных ресурсов России № ЦП - 12 /11 от 16.05.97 г. в адрес Гидрохимического института

«О методах определения металлов и некоторых других элементов в сточных водах».

В балке «Ковалева», по которой пропускаются шачтние сбросные воды, нами (совместно с А.Б. Курбановым) в 1988 году была построена срдозащитнэя инженерно-биологическая система, состоящая из головного балочного отстойника в виде филкт рующей дамбы-перемычки, фильтрующей донной запруды и «поясов» болотной растительности. Повышение экономической оценки техногенного ландшафта провели при создании в 1968 г. культур робинии лжеакации в виде: прибалочной лесной полосы на примитивно-щебенистых почвах привершинной части балки; насаждения на гребне и низовом откосе дамбы головного балочного отстойника (почвенно-грунтовый слой на пустой породе шахтного терриконика).

Эти культуры характеризовали в 1989 (возраст два года) и в 1997 г. (десять лет). В 1989 г. определяли приживаемость культур (%) и среднюю высоту весной и осенью, а в 1997 г. - среднюю высоту и диаметр на высоте груди, количество стволов (шт/гэ), объемы модельных деревьев (м3) и запас сырой дреЕесины (м3/га) по. методам таксации тонкомерного леса (Изюмский).

Продуктивность травянистых ценозов под ажурным пологом робинии (эдификатор - пырей ползучий) определяли метровками в шестикратной повторное™, принимая в качестве контропм открытый прибровочный участок балки.

Для оценки загрязнения среды в районе исследований по вышеописанной методике определяли содержание Ni, Cu, Zn, Pb Cd, Со, Mn и Fe в почвах (естественные кормовые угодья, полог лесных полос, возрастом 10 лет и 21 год), сбросных {шахтных) ¡¡ транзитных (р. Кундрючья) водах.'наилхе, скопившемся зз 10 лет а . головном балочном отстойнике, и псездспойме балки..

Расчет экономической эффективности проводили по полученной продукции (сено, плоды боярышникатаксовой стоимости выращенной древесины и предотвращенному ущербу окружающей среде.

Средозащитная роль и дигрессия лесных насаждений

Оказалось, что в жестких лесорастительных условиях балочных склонов на примитивно-щебенистых почвах .мелиоративная роль кустарниковых кулис на террасах не хуже мелиоративной роли купис из деревьев. При анализе данных исследований получены следующие уравнения регрессии:

п -л -V

п= 10.86 \Л/0'4 при , г=0.971+0.021; (3).

п= 31.28-0.73^ • , при г=-0.838±0.105; (4) п= 0.74РС-42.27 при г=0.839±0.104; (5)

I п= 21.21дА- 18.2 при >=0.671+0.194; ; (6)

;' п= 23.43 19«с + 0.63 при . г=0.852±0.097; (7) п= 47.02 !дУв-60.89 при ■. •» r-0.732i0.1B4; (8) п= 28.12 1дО +2.38 'при г=0.789+0.134; (¡9) п= 37.31 - 191.791дС при г=-0.724±0.168. (10) В соотношениях (3) - (10) приняты следующие обозначения: п - возраст кустарниковых кулис, лет; УУ - масса подстилки, т/га; Рд - фактор дисперсности (по Каминскому), %; Рс - фактор структурности (по Фагелеру), %■, Кс - коэффициент структурности (сухое рассеивание); ;Уе - водопрочность агрегатов по Бакшееву (содержание агрегатов более 1мм в диаметре), %; р. - содержание гумуса в слое почв 0-20 см, %; в - объемная масса слоя почв 0-20 см, г/см' ;•.■"■

Уравнения (3) - (10) характеризуют кустарниковые сообщества на террасах в возрасте до 21 года беЗ признаков рекреационной дигрессий.

После возраста кулис 5-10 лет на полотне террас формируется подстилка, которая полностью регулирует местный сток и предупреждает эрозию почв. Если подстилку удалить, то связи коэффициентов стока (Э) с,возрастом кулис определяются равенством:

8 = 0.188-0.01 п при г --0.648 ± 0.149. (11)

По уравнению (11), Б=0 при п=19 лет, т.е. к'этому возрасту верхние слои примитивных почв полотна террас приобретают свойства полного регулирования стока. При отсутствии кулис (п=0), изреженные травянистые ценозы обеспечивают при ливнях коэффициенты стока в пределах от 0.1В до 0.19.

Поочередно подставляя а раае.нство (11) соотношения (3) -(10) и решая полученные уравнения, получили теоретические значения исследуемых характеристик почв, обеспечивающие полное регулирование стока на террасах. Сравнивая теоретические характеристики с.фактическими можно судить .о регулировании стока к определенному возрасту кустарниковых кулис.

Аналогичные выводы можно сделать и о полном прекращении эрозии почв на террасах, подставляя соотношения (3) -(10) а уравнение:

. . О = 0.852 г 0.05 п при г = -0.644 ± 0.151, ¡12; где: эрозия примитивных почв на террасах; т/га.

Значение теоретических и фактических характеристик верхних слоев примитивных почв на террасах под пологом кустарниковых кулис приведены в таблйце

Таблица 1

Теоретические (сток и эрозия отсутствуют) и фактические характеристики слоя почв 0-20 см на полотне террас

Коэффициент стока Эрозия почв

Характеристика слоя Размер- теоретическое фактическое значение теоретическое ,< фактическое значение

почв ность значение _JS=0± п=11 ; п=20 значение (J=o) п=11 п=20

Фактор дис-перстности % 16-17 25-28 16-24 19-20 25-28 16-24

Фактор ст руктур-ности % 82-83 72-74 76-84 30-81 72-74 76-84

Показатель агрегированное™ ; % > 55-56 13-25 46-48 45-46 27-33 42-50

Водопроч-. ность агре^ гатов ¡ ' % 49-50 27-33 42-50 46-47 t 27-33 42-50

Гумус [ . Объемная % г/см3 3.8-3.9 1.24- 1.4-1.8 1.Ч1-. 3.6-4.7 1.21- 3.3-3.4 1.27- 1.4-1.8 1.41- 3;6--4.7 ,1.21-

масса -1,25 -1.43 -1.2й -1.28 1.43 1.28;

В целом, процесс восстановления и улучшения характеристик примитивно-щебенистых поч$ на плотных породах, Нарушенных при террасировании склонов, под пологом кустарниковых кулйс представляется следующим: к 5-10 летнему возрасту появляется слой подстилки (0.5-1.0 т/га), обеспечивающий регулирование стока при ливнях высокой интенсивности (если подстилку удалить или повредить, то возникает сток и эрозия почв); по мере роста кулис до 19-20 лет постепенно улучшаются свойства почв, под слоем подстилки, приближаясь к своим теоретическим значениям (см. таблицу 1), обеспечивая полное регулирование стока и защиту почв от эрозии даже при удаленной или поврежденйой.(как этобы-

это бывает при пастбищном игл- рекреационном использовании "склонов) подстилке.

Причем эрозия, по уравнению (12), прекращается к возрасту кулис 17 лет, а сток прозрачной воды, по зависимости (11), продолжается до возраста 19 пет.

На балочных днищах донные лесные насаждения (илофильтры) накапливают и перераспределяют алпюзиальио-делювиальные отложения, ускоряя'формирование псевдопойм. Но при этом происходит русловый обход донных насаждений (8 М. Иеонин).

Способы усиления аккумулирующей роли донных насаждений (илофил!?тро0) и предупреждения.(ликвидации) их руслового обхода приведены на рисунке 1.

При этом донные насаждения играют решающую роль в процессе почвообразования аккумулятивной толщи за счет возникновения нового почвенного горизонта (лесной подстилки) и образования водопрочных агрегатов в слое 0-20 см, что хзрзк.тери-/

зуется равенством:

П1 = 3.54 Ув - 234.26 при Г = 0.762±0.153, (13) где п1 - возраст донных лесных насаждений (илофипьтров), лет.

По уравнению (13), на открытых участках псеадопоймы (п'=0) количество водопрочных агрегатов (более 1мм а диаметре) равно 66%, а под пологом столетних насаждений (п-100) У6=94%. Связи.возраста донных насаждений с другими характеристиками слоя 0-20 см аккумулятивной толщи не были существенными-фактор дисперсности (г=-0.159+0.368); фактор структурности,: (г=0.363+0.323); содержание гумуса (г=0.335£0,336); влажность на границе текучести (г=0 545;:0.265); . чясло пластичности (г=0.640+0.223).

Следовательно, донные лесные насаждения (илофильтры) при отсутствии явлений их руслового обхода, способствует отложению аллювия и, вовлекая его в почвообразование, способствует возникновению почв, которые сопротивляются эрозии, в основном за счет образования водопрочных агрегатов и появления лесной подстилки,

Благодаря лесной мелиорации балочных земель происходит обогащение существующего биоразнообразия экосистем, В условиях наших исследований по основным местообитаниям балок зафиксировано около 200 видов из 54 семейств высших цветковых растений, из всех местообитаний самое богатое видовое разнообразие фитоценозов характерно для балочных склонов.

Наиболее распространенными жизненными формами растений в балках являются травянистые многолетники (106 видов Из 30 семейств) и .деревья (43 вида из 14 семейств). В последние ген ды балки степной зоны с лесными насаждениями и водными объектами стали объектами рекреационного спроса. При чрезмерной рекреационной нагрузке на лесные нзраждения происходит вытаптывание и иссушение поче>, уменьшение их плодородия, механические повреждения деревьев, уничтожение подлеска, потеря насаждениями своих средозащитных функций и их гибель'..

По В.М. Ивонину, для защиты лесных насаждений степной зоны предельно допустимая рекреационная нагрузка - это максимальная рекреационная нагрузка, при которой лесное йасаждение сохраняет свою средозащит^уюроль: ; ,

Анализ -данных исследований .но балке «Кадамовская» (зеленая зона г. Новочеркасска) привел к уравнениям связи рекреационной плотностй (Я,,чел/га) с показателями коэффициенте? с? эхг (Зм> грозии почв (J) т/га) под пологом лесных насаждений

. Рис". 1 Способы усиления аккумулирующей роли донных насаждений (илофильтров): А- оттеснение потоков от пе-реферии к центру псевдопоймы под лесным пологом; Б - тоже по верховой опушке; В - распылитель стока под

лесным пологом; Г - тоже по верховой опушке( 1-псевдо- —-----

пойма, 2-балочные склоны, 3-русло временного водотока, 4-деревья, 5-плетневые полузапруды, 6-распылители стока).

из вяза приземистого, тополей, ветлы, клена американского, ясе-. ня ланцетного, гледичии трехколючковой и робинии лжеакации: Яа = 52.6 Э + 3.28 при г = 0.952 г 0.036; (14) ^„=4.43^5.55 при г = 0.871 ь 0.091. (15) •Уравнения (14)-(15) можно использовать при определении допустимой рекреационной плотности из условия полного отсутствия стока (3=0) и эрозии почв (^)=0). Следовательно допустимая рекреационная нагрузка, выраженная через рекреационную плотность, соответственно составит 3.3 и 5.5 чел/га.

1

Аналогичный анализ с рекреационной посещаемостью (Н,, чел/га сезон) и рекреационной интенсивностью (Р?„ чел ч/га сезон) привел к соотношениям:

Я,'-= 4056 5 - 305 язи г = 0.597 ± 0.074; • (16)

Я, = 363 ^ + 460 при г = 0.87.1 ± 0.091; (17) а = 34523 3*1816 при г = 0,955 ± 0.033; (18) Я, = 2973 J + 3249 при г = 0.891 ± 0.078. (19).

Из уравнений (16Н19) предельная рекреационная посещаемость насаждений составляет 350 и 460 чеп/га сезон, а предельная рекреационная интенсивность - 1816 и 3249 чел.ч/га ■ се- > зон.

Принимая меньшее из значений йц, Я, и заключаем, что для балочных лесных насаждений допустимая рекреационная плотность составляет 3.3 чел/га, а допустимые рекреационные . посещаемость и интенсивность - соответственно 350 чел/га сезон и 1816 чел.ч/га сезон.

Средозащитные инженерно-биологические системы балок

В пределах балки средозащитная инженерно-биологическая система (СИБС) подразделяется на склоновую и донную под^истемь;.

Склоновая подсистема СИБС предназначена в основном , дЛя предупреждения эрозии и повышения продуктивности травянистых ценозов. Основной элемент этой подсистемы - древесные кулисы на террасах.

, В жестких лесорастительных условиях кустарники более толерантны чем деревья и поэтому кустарниковые кулисы на тер- . расах более предпочтительны.

По данным таблицы 2 на примитивна-щебенистых почвах мелиоративная роль кулис из кустарников и деревьев была при- '.. «ернс одинаковой/а во влажнрц 1997 г, - они не оказали сущест- * ." санного* влияния на продуктивность естественных ксрг.юаьгх угодий, Для яб!:ыь;енйя эффективности из терргсах необходимо еы~

ращивать лекарственные кустарники: боярышник, шиповник, жимолость, облепиха, скумпия и др.

В лучших лесорастительных условиях (неразвитые дерновые почвы) на балочных склонах древесные кулисы на соседних террасах (после достижения определенного возраста) смыкаются между собой, притеняя ценозы травянистых гелиофитов. Поэтому при лесолуговом освоении склонов нет необходимости в создании лесных кулис на террасах. Целесообразнее создавать биогруппы древесных растений (5-10 посадочных мест через 30-40 м друг от друга), размещая их на соседних террасах в шахматном порядке. При этом продуктивность травянистых ценозов на склоне повышается (таблицы2).

Донная подсистема СИБС состоит из лесных насаждений (илофильтров) и простейших сооружений, предупреждающих русловый обход. Основным параметром таких систем является расстояние между лесными насаждениями по уклону (1„, м), которое определяется по уравнению:-

■ 1н- 264.2 / (¡°576 га ш) при* Я - 0.892 ± 0.072, (20)

где; I" - уклон балочного тальвега; г - отношение удельных объемов аккумуляции и эрозии на балочном днище; Я - коэффициент множественной корреляции.

Если целью лесомелиорации балочных днищ служит пре: дупреждение донных эрозионных образований, то I* назначают из условия 2 = 100 (аккумуляция превышает эрозию в 100 раз). Если же а результате лесомелиорации ожидают формирование устойчивых аккумулятивных образований (псевдопойм), повышение качества вод местного стока и увеличение, биоразнообразия дре-весно-травйнистых ценозов, то расстояние между лесными насаждениями рассчитывают при 2=500:1000.

Таблица 2

Продуктивность естественных кормовых угодий (сено) на балочных склона

Вариант

I____

| УРО-

1996 г__

| прибавка

жай,-. т/га т/га

%

1997 г.

урожай, т/га

прибавка

т/га

%

Среднее

урожай, т/га

прибавка

т/га

%

1

8

Примитивно-щебенистые почвы Открытый участок террасированного склона (контроль) 1,50 - - ,2.04

Участок склона между террасами

с кулисами из деревьев . 2.14 0.64 43 2.10

Тоже с кулисами из кустарников 2.11 . 0.61 41 2.19

Точность опыта,,% 4.95

НСРо.м, т/га • 0.27

Неразвитые дерновые почвы

Открытый участок террасирован- 2.11 - 4.10 ного склона (контроль)

Участок склона между террасами 2.10 -0.01 0,5 3.06 с кулисами из деревьев

2.39 0.28 13 4.70

Тоже с биогруппами деревьев Точность опыта, %

НСРо.«, т/га

0.28 3.5

0.23

0.06 0.15 4.60 0.27

0.60 2.2

0.-26

3 7

1.77

2,12 2.15

3.10

0.35 0.38

10

20 21

-1.04 25 2.58 -0.52 17

15 3.54 0.44 14

Длина насаждений-илофильтроэ по уклону (в„, м) определяется шириной псевдопоймы в створе насаждения (Вп), т.е. в„=Вп.

Высказывают опасения, что в районе Восточного Донбасса аккумулятивные образования в балках могут служить накопителями тяжелых металлов, что создает угрозу окружающей среде.

Исследование этого вопроса показало, что за 10 летний период функционирования донной системы на опытном участке балки «Злодейская» среднее накопление наносов составило 584 т/год. При этом неизменились темпы накопления тяжелых металлов в толще аккумуляции. Это связано с. интенсивным потреблением микроэлементов древесно-травянистыми ценозами. Основным загрязнителем аллювиальных почв явилось железо.

В балке «Ковалева», куда сбрасываются шахтные воды, средозащитная система накапливала наносы в основном перед дамбой перемычкой головного балочного отстойника (рисунок 2). Средняя масса накопления наносов составила 336.7 т/год. Предотвращенный сброс тяжелых металлов в реку «Кундрючья» равнялся 20.9 т/год.

За десять лет эксплуатации головной отстойник заилился и стал зарастать рогозом и камышом. Содержание тяжелых металлов в наилке достигло значительных величин (таблица 3).

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в наилке головного балочного отстойника (июнь 1997 г.)

Форма элемента

Содержание элемента, мг/кг

N1 | Си | 2п | РЬТ СсГГСо | Мп | Ре

»движные ■ • 340 80 1200 95 1.7 72 1850 57000 ементы

(язанные элементы ' •

;еликатной 64 .34 1200 85 0.7 17 50 19 »акции

ловое содержание 404 114 2400 180 2.4 89 1910 57019

Срок эксплуатации головного балочного отстойника определился 10 годами (без проведения очистных работ). По истечении этого срока ниже по уклону необходимо сооружать новую дамбу-перемычку.

Лесное насаждение на гребне и низовом откосе балки к 10 летнему возрасту отличалось лучшими таксационными показателями, по сравнению с контрольным насаждением (таблица 4).

Таблица 4

Характеристика 10-и летних культур робинии лжеакации

Средние [~Количест-

Вариант насаждения

Лесная полоса в вершине балки на примитионо-щебе-нистых почках (контроль)

Насаждение пс гребню и низов )му откосу домбы-:;о-мычки на слое тех-ногенно-грунтоаого субстрата на пустой породе терриконика

высота, м

6.9

.8.5

диаметр, во ство-см { лоз, ____[___шт/га

Объем модельного дерева, мэ

Запас, м3/га

7.7

8.3

1483

533

0.0176 26.1

0.0242 61.3

По гребню и низовому откосу дамбы в течении периода наблюдений происходило внутрипочвень'ое орошение культур робинии в результате поступления шахтных вод к корневые системам через промежутки между «зернами» пустой породы. К еозрэсту 10 лет корни робинии проникли в толщу пустой породы, пористый, объем которой к этому времени был згилен мелкоземом.

Таким образом, а районе головного балочного отстойника за период 193^-1997 г г. сформировались устойчивые древесно- *

Рис. 2. Фильтрующая Дамба-перемьта головного <5^......

птгтойника- 1 - вершина балки; 2 - дно балки, 3 -дамба из

Год1,, терриконика; 4 - почвогрунт на пустой породе, 5 - дрен^ное устройство; 6 - насаждение робинии лжеакации,

травянистые ценозы, способствующие утилизации шахтных сбросных вод.

ПОД ажурным пологом культур робинии сформировались ценозы травянистых растений с эдификатором - пыреем ползучим (средняя продуктивность 0.5 т/га).

Экономическая эффективность средозащитных инженерно-биологических систем

При определении эффективности систем на балочных ' склонах с примитивно-щебенистыми почвами на плотных породах рассматривали варианты: контрольный (открытый участок террасированной склона), предлагаемый (кулисы из лекарственных кустарников на соседних террасах). При этом получены соотеет-

ствующие показатели: доход - 305 и 11386 руб/га, срок окупаемости капитальных вложений - 5 лет и 1 год. Высокие экономические показатели предлагаемого варианта объясняются высокой ценой реализации плодов боярышника (шиповника и др).

На склонах с неразвитыми дерновыми почвами на глинах и суглинках в качестве предлагаемого был обсчитан вариант раз- _ мещения биогрупп древесных растений в шахматном порядке на соседних террасах.

Доход и срок окупаемости капитальных вложений при этом существенно не отличались от контрольного варианта.

Экономическая эффективность донных средозащитных систем определялась предотвращенным ущербом окружающей среде, который в балке «Злодейская» (пропуск местного стока) составил 0.879 млн. руб/год, а в балке «Ковалева» (пропуск шахтных сбросных вод) - 6.845 млн. руб/год. Чистый экономический эффект при этом соответственно составил 0.539 и 5.145 млн. руб/год, а срок окупаемости капитальных вложений - 3 и 2 года.

Общие выводы

1.При лесоаграрном обустройстве балочных земель целесообразны лесолуговое освоение примигивно-щебенистых и неразвитых дерновых почв склонов и лесные мелиорации дерново-аллювиальных почв псевдопойм."

2. Лесолуговое освоение примитивно-щебенистых почв проводят при создании по террасам мелиоративных кустарниковых 1 (лекарственных) кулис, способных к. возрасту 20 лет достигать > высоты 5 м и формировать на полотне террас подстилку массой -'/ 11-12 г/га. При этом утяжеляется гранулометрический состав \ верхнего спои почв на террасах, улучшается скрепление;меха-..

нических элементов в агрегаты, снижается -ле >ень раз; у!: он -я их в воде, увеличивается противо"розионн.т и прошв .деф!- I ционная способность почв.

3. Полученные уравнения связи возраста кустарниковых г.улис на террасах с марсой подстилки и следующими характеристиками слоя 0-20 см примитивно-щебенистых почв факторы дисперсности (по Качинскому) и структурности (по Фагелеру), коэффициенты структурности (сухое рассеивание) и водопрочности (но Бакшееву) агрегатов, содержание гумуса и объемная масса.

4. Процесс восстановления и улучшения характеристик примитив но-щебенистых почв, нарушенных при террасировании, определяется; появлением подстилки к возрасту кустарниковых кулис 5-10 лет; обогащением верхнего слоя почв гумусом и улучшением физико-механических характеристик к возрасту кулис около 19 лет. Это способствует регулированию местного стока и пре дупреждению эрозии почв.

5. На дерново-аллювиальных почвах донные лесные насаждения (илофильтры), при отсутствии явлений их русловых обходгч, способствуют не только отложению аллювия- под -своим пологом, но и, вовлекая его в почвообразование, повышают спосоо-ность почв сопротивляться эрозии в основном за счет увеличения содержания водопрочных агрегатов и появления нового почвенного горизонта - лесной подстилки.

6. Древесно-травянистые ценозы баночных земель отличаются высоким биологическим разнообразием (около 200 видов из 54 семейств высших цветковых растений) которое, однако, может сокращаться, в связи с перевыпасом скота, повышением рекреационного спроса на балочные лесные насаждения и др.

7. Полученные уравнения связи показателей рекреационной нагрузки балочных насаждений (эдификаторы - вяз лризсмнстмй,

тополя, клен американский, ясеня, гледичия трехколючковая, робиния лжеакация) с характеристиками,поверхностного стока и эрозии почв. При этом определены допустимые рекреационные нагрузки насаждений: рекреационная плотность - 3.3 чел/га; рекреационная посещаемость - 350 чел/га сезон, рекреационная интенсивность - 1816 чел. ч/га сезон.

8. Повышение продуктивности и устойчивости травянистых ценозов при террасировании балочных склонов целесообразно: на примитивно-щебенистых почвах - созданием на соседних террасах систем кулис из лекарственных кустарников; на неразвитых дерновых почвах - созданием систем биогрупп древесных растений, размещая их на соседних террасах в шахматном порядке.

9. Повышение продуктивности и устойчивости дерново-аллювиальных почв балочных псевдопойм целесообразно с помощью аккумулирующих систем донных лесных насаждений (илофильтров), основные параметры которых определяются уклонами тальвегов, отношениями объемов аккумуляции и эрозии, а также - шириной балочных днищ.

10. В случае .сброса в балку шахтных вод, основным сооружением средозэщитной инженерно-биологической системы является головной балочный отстойник в виде фильтрующей дамбы-педемычки, на гребне и низовом откосе которой создают продуктивные древесно-травянистые ценозы. Срок службы такого сооружения (без проведения очистных работ) - около 10 лет.

11. Создание на балочных склонах по террасам кулис из лекарственных кустарников и систем биогрупп деревьев экономически выгодно, особенно в засушливые годы.

12. Аккумулирующие системы- донных лесных насаждений (ипофипьтров) окупаются за три года после создания,, а средо-

защитные системы в балках, куда сбрасываются шахтные воды - за два года. Общая экономическая эффективность систем соответственно составляет 0.39 и 0.63.

Предложения к производству

1. На примитивно-щебенистых почвах балочных склонов по террасам следует выращивать мелиоративные кулисы из боярышника, шиповника, облепихи, скумпии и др. лекарственных кустарников.

2. На неразвитых дерновых почвах балочных склонов по террасам следует создавать биогруппы древесных видов из тополей, ив, березы повислой, дуба черешчатого, сосен, ясеней и кленов, гледичии трехколючковой и робинии лжеакации.

3. Разработана методика определения основных параметров аккумулирующих инженерно-биологических систем балочных псевдопойм.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:'

1.В.И. Челомбитько, И,А. Галаев. Состояние земельных мепио-раций в Ростовской области И Тезисы и докладов научно-технической конференции аспирантов и студентов «Актуальные вопросы мелиораций и природопользования» (27 мая 1997 г., НГМА). Новочеркасск, 1997. С. 101-103.

2. Ивонин В.М., Галаев И.А. Лесоаграрное обустройство балочных земель. - Новочеркасск, 1998, -116 с.

ЛР * 020763 24.0.93.

Пописано в печать 8.06.98г.

Тираж 100. Заказ 7. Печат. лист I.

400062. г.Волгоград, ул. Краснопресненская, 39,

печатно-множительный участок ВШЛЛМИ. .'