Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Новый способ выращивания защитных лесонасаждений на пашне Юго-Востока ЦЧЗ

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

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Чеканышкин, Алексей Сергеевич, Воронеж



ч

А

9

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЧЕКАНЫШКЙН АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

НОВЫЙ СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ХИЩНЫХ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ НА ПАШНЕ ЮГО-ВОСТОКА1143

Специальность: 06.03.04 - агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: ведущий научный сотрудник, кандидат с/х наук Скачков Б.И.

Воронеж, 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ-

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОПЫТ ВЫРАЩИВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ

НА ПАШНЕ (Литературный обзор) 6

1.1. Способ посадки лесных полос 6

1.2. Агромелиоративная эффективность лесных полос

с различной конструкцией продольного профиля 9

1.3. Экономическая эффективность защитного лесоразведения 27

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 31

2.1.Местоположение и орогидрография 31

2.2. Климат 32 .2.3. Почвенный и растительный покров 33

3. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 36

3.1. Цель и задачи исследований 36

3.2. Метеорологические условия в годы проведения исследований (1992-1995 гг.) 36

3.3. Объекты и методика исследований 39

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ПРЕРЫВИСТЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС - НОВОЕ В ЗАЩИТНОМ ЛЕСОРАЗВЕДЕНИИ 45

5. АГРОМЕЛИОРАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ ПРЕРЫВИСТЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС 54

5.1. Микроклимат, снегораспределение, влажность поверхностных слоев почвы 54

5.2. Урожайность сельскохозяйственных культур и качество продукции 69

6. ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ПРЕРЫВИСТЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС 77

7. РОСТ И РАЗВИТИЕ МОЛОДЫХ ПРЕРЫВИСТЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС 84

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ И СОЦИАЛЬНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПРЕРЫВИСТЫХ

ЛЕСНЫХ ПОЛОС 94

ВЫВОДЫ 98

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 101

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103

ПРИЛОЖЕНИЯ 120

ВВЕДЕНИЕ

Полезащитные лесные насаждения являются составной частью системы ландшафтного земледелия, способствуют повышению продуктивности и экологическому благоустройству территории.

Однако, последние годы в полезащитном лесоразведении наметилась явная тенденция снижения сохранности, устойчивости и долговечности насаждений из-за применения ограниченного ассортимента древесно-ку старни ковых пород, уменьшения ширины лесных полос и ухудшения качества агротехнических уходов. Даже в Воронежской области, на родине полезащитного лесоразведения, показатель облесенности пашни по административным районам изменяется от 0,53 до 2,31% и в среднем по области составляет 1,35%, что значительно ниже оптимального показателя и создает минимальные условия для внедрения перспективных систем земледелия на ландшафтной основе. Чрезмерно узкие (3-4 рядные) лесные полосы из быстрорастущих древесных пород не достигают оптимальной защитной высоты, задерновываются, страдают из-за недостатка влаги и избытка света под пологом. Отсутствие же опушек и кустарникового подлеска резко снижает почвозащитную роль насаждения и их экологическую емкость (концентрацию орнито и энтомофауны). В то же время, улучшение лесоводственных свойств полезащитных лесных полос тесно связано с уплотнением конструкции продольного профиля, ухудшением их аэродинамических свойств - снижением дальности мелиоративного влияния на поле.

В целях оптимизации природопользования сельскохозяйственных угодий, сохранения почвенного плодородия, стабилизации экологического баланса в регионе и обеспечения высокой культуры сельскохозяйственного производства необходимо продолжить создание устойчивых и долговечных

насаждений с высокой агролесомелиоративной эффективностью, используя современные достижения агромелиоративной науки и передовой практики.

В связи с этим цель наших исследований состояла в решении технологических приемов создания принципиально новых (прерывистых) лесных полос, разработанных в отделе агролесомелиорации НИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева в 1986-1990 гг. (патенты РФ №№ 1519589, 1604252) на основе природного и физического моделирования, изучения лесоводственных свойств и агромелиоративной эффективности с учетом социальной роли и охраны окружающей среды.

Исследования проведены в 1992-1997 годы на специальном стационаре прерывистых лесных полос в опытно-производственном хозяйстве «Знамя Октября» Научно-исследовател ьского института сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы имени В.В.Докучаева, расположенном в Таловском районе Воронежской области.

Научная новизна состоит в том, что впервые для условий Юго-Востока ЦЧЗ разработана технология выращивания прерывистых лесных полос. Изучена агромелиоративная эффективность прерывистых насаждений первого возрастного периода. Дано физическое обоснование аэродинамики моделей прерывистых лесных полос. Изучены рост и развитие древесно-кустарниковых пород в прерывистых насаждениях и определена их экономическая эффектавность.

Практическое значение. Результаты исследований могут быть использованы для решения практических задач, связанных с выращиванием устойчивых, долговечных и эффективных полезащитных насаждений в условиях Юго-Востока ЦЧЗ. Предлагаются схемы смешения древесных пород и расчетно-технологические карты, обеспечивающие успешное выращивание новых в агролесомелиоративной практике - прерывистых лесных полос.

1. ОПЫТ ВЫРАЩИВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ НА

ПАШНЕ (Литературный обзор)

1.1. Способы посадки лесных полос

В Воронежской области, по данным областного Управления лесами, на землях сельхозформирований создано 135911 га защитных лесонасаждений (ЗЛН), в том числе полезащитных лесных полос - 52467 га. Для завершения работ по защитному лесоразведению согласно Федеральной программы развития агролесомелиоративных работ в России (1994) требуется еще создать 59914 га защитных лесонасаждений, из них полезащитных лесных полос -28993 га, прогивоэрозионных насаждений - 16407 га, на песках - 400 га, на коренных берегах рек, вокруг поселков и полевых станов - 14114 га. Общая площадь всех видов ЗЛ Н должна составить 195825 га. Программа рассчитана на 22 года сроком до 2015 года (В.Г.Шаталов, В.И.Михин, 1995).

В практике защитного лесоразведения известно несколько традиционных способов создания ЗЛН. Применяемый в настоящее время рядовой способ посадки сеянцев древесно-кустарииковы х пород (с плотностью размещения растений 4 и более тыс. шт. на 1 га) считается основным, так как он прост в исполнении и достаточно механизирован. При этом формируется, как правило, насаждение плотной (непродуваемой) конструкции. Ветропрони-цаемость таких насаждений не превышает 10-15%, дальность их эффективного влияния на поле распространяется на расстояние до 20 их высот. Для повышения ветропрон и цаемости и увеличения дальности агромелиоративного влияния необходимо неоднократно в течение их роста прибегать к специальным рубкам ухода.

На основе рядовой посадки лесных полос в Каменной Степи в сороковые годы Ю.В.Ключниковым было положено начало разработке и внедрению в производство коридорного способа выращивания дуба (69, 70). Эти достаточно широкие насаждения с узкими междурядьями (1,2-1,5 м) и обилием

кустарника потребовали дополнительных затрат ручного труда и денежных средств на проведение рубок ухода с целью обеспечения условий для успешного роста главной породы (дуба) и оптимальной ветропроницаемости насаждения.

В.П.Дураков, В.К.Панин (48) в Липецкой области отмечают, что лесные полосы го дуба черешчатого могут создаваться ленточным способом, когда главная порода вводится с густотой 10-12 тыс. шт./га в окружении опушечных одного-двух рядов быстрорастущих пород и кустарников, но при этом для формирования эффективной конструкции также необходимы большие затраты на рубки ухода.

Е.С.Павловским (116) в Каменной Степи разработан диагонально-групповой способ создания лесных полос, позволяющий на 90% механизировать агротехнические уходы и в первые 15-20 лет роста и развития иметь оптимальную конструкцию продольного профиля. В последствии, при разрастании крон деревьев, у диагонально-групповых насаждений снижается вет-ропроницаемость, восстановление которой приходится обеспечивать также рубками ухода, но гораздо меньшей интенсивности, чем в рядовых посадках. Однако диагонально-групповой способ посадки сеянцев не нашел широкого применения из-за отсутствия специальных лесопосадочных машин.

В.Я.Векшегоновым (23) был разработан шахматный способ создания лесных полос, позволяющий еще дольше сохранять эффективную ажурную конструкцию продольного профиля без применения рубок ухода. Этот способ успешно прошел производственную проверку, главным образом, при выращивании тополевых и березовых полезащитных насаждений в условиях Северного Казахстана. Несмотря на то, что лесные полосы созданные с редким размещением деревьев (в шахматном порядке) имеют ряд важных преимуществ перед обычными рядовыми посадками, но и они редко используются в производстве ввиду отсутствия приспособлений для механизации посадки и более сложной, чем в рядовых посадках, обработки почвы при про-

ведении длительных агротехнических уходов. Кроме того, шахматный способ рассчитан на постоянное содержание междурядий в состоянии черного пара, что лишает лесной биоценоз его главного компонента - лесной подстилки.

На Украине в ряде хозяйств Б.Н.Логгиновым (89), В.П.Исаевым (62); в Узбекистане в условиях голодной степи по левобережью Сыр-Дарьи -А.М.Коротун (77), в Каменной Степи Н.Г.Петровым (122) были проведены исследования по созданию лесных полос с использованием крупномерного посадочного материала. Преимущество этого способа посадки оказалось в том, что резко сократился срок от посадки лесной полосы до начала проявления полезащитного действия. Однако, высокая стоимость затрат на выращивание крупномерного посадочного материала, его перевозку, посадку и вегетационный полив ограничили его применение в производственных условиях.

В Каменной Степи Б.И.Скачковым (140, 141) разработаны и апробированы в производственных условиях новые способы создания полезащитных лесных полос с постоянной оптимальной конструкцией продольного профиля, основанные на создании прерывистых древостоев в виде чередующихся отрезков (блоков) древесных и кустарниковых пород. В таких насаждениях необходимая ветропроницаемость достигается за счет сквозных окон в древостое, которые в одном случае образуются за счет разницы в высоте древесных блоков и блоков низкорослого кустарника, в другом - за счет различия в интенсивности роста блоков долговечной и быстрорастущей древесных пород.

Основные результаты исследований высокой эффективности прерывистых древостоев впервые были получены в искусственно смоделированных взрослых (18-25 летних) насаждениях (с вырубкой участков древостоя и формированием поросл и на лесосеках в виде низкорослого кустарника).

1.2. Агромелиоративная эффективность лесных полос с различной конструкцией продольного профиля

Полезащитному влиянию лесных полос посвящены многочисленные исследования и печатные труды как в России, так и во многих странах мира. Начало научной постановки вопроса относится к концу 19-го столетия и положено трудами Докучаева, Костычева, Отоцкого, Высоцкого и др. (Ф.И.Готшалк, 1930).

Основным физическим фактором в комплексе мелиоративного влияния полезащитных лесных полос является снижение скорости ветра. От степени воздействия лесных полос на скорость ветра в значительной степени зависит их влияние на вертикальный воздухообмен, испарение с поверхности почвы и транспирацито растений, температуру и влажность приземного слоя воздуха, снегонакопление и влагозарядку почвы и др. Вместе с тем полезащитные лесные полосы способствуют оптимизации природопользования агроланд-шафтов, улучшению условий жизни и труда людей.

Защитное влияние полезащитных лесных полос определяется прежде всего их высотой и конструкцией продольного профиля.

Конструкция продольного профиля лесных полос - важнейший показатель аэродинамической эффективности, характеризующий степень, условия и характер распределения просветов для обеспечения ветропроницаемости по вертикальному профилю насаждений, от которой зависит изменение скорости ветра на межполосном поле.

«Инструктивные указания по проектированию и выращиванию защитных лесных насаждений на землях сельскохозяйственных предприятий» (61) выделяют три основные конструкции полезащитных лесных полос: плотную (непродуваемую), ажурную и продуваемую.

Лесные полосы плотной (непродуваемой) конструкции - высокая зеленая стенка, в летний период почти не имеющая сквозных просветов. В безли-

стном состоянии такие полосы выглядят как густая сетжа веточек крон деревьев и подлеска, сгущающаяся книзу.

Полосы ажурной конструкции имеют много мелких просветов, равномерно расположенных по всему профилю насаждения. Это обычно полосы с редким подлеском и негустым стоянием деревьев, обеспечивающим ажурную сомкнутость крон.

Полосы продуваемой конструкции имеют довольно высокую сомкнутость крон верхнего яруса и не имеют подлеска; нижние сучья у деревьев обрезаны до высоты 1,5-2,0 м, что обеспечивает свободный проход воздушного потока между стволами.

Кроме указанных основных конструкций лесных полос, различают еще несколько промежуточных: ажурно-плотная, ажурно-продуваемая и другие.

Классификация конструкций лесных полос, по Е.С .Павловскому (117), приведена в таблице 1.1.

Известно, что конструкция лесных полос в различных почвенно-климатических условиях должна иметь свои характерные особенности. Вет-родомные полезащитные лесные полосы, в зависимости от количества зимних осадков, режима ветров, механического состава почв и других факторов должны иметь конструкцию, которая в соответствующих условиях была бы наиболее эффективной. Чаще всего формирование необходимой конструкции лесных полос достигается их разреживанием с удалением подлеска или обрезкой нижних ветвей у деревьев.

С.Н.Андрианов (3), изучая вопросы приуроченности конструкций вет-роломных лесных полос к определенным природным зонам, пришел к выводу, что для засушливой степи Южной Украины наиболее приемлема продуваемая конструкция с низкими нижними просветами (примерно одна десятая защитной высоты насаждения) и густотой древостоя около 2500 шт. на 1 км длины. Обусловлено это тем, что зимняя работа лесных полос в местных условиях при сравнительно небольшом и эпизодическом снегопереносе имеет

Таблица 1.1.

Характеристика продольного профиля лесной полосы в облиственном состоянии

Наличие и характер Площадь просветов, % Конструкция

Распределения просветов между стволами в кронах

Почти без просветов по всему профилю 0-10 0-10 Плотная (непродува-емая)

Мелкие и средние просветы по всему профилю 15-35 15-35 Ажурная

Много крупных просветов между стволами и почти полное отсутствие просветов в кронах Свыше 60 0-10 Продуваемая

Много крупных просветов между стволами, мелких и средних просветов в кронах Свыше 60 15-35 Ажурно-продуваемая

Много мелких и сред- 0 20-35 Ажурно-плотная

них просветов в кронах и отсутствие просветов в нижней части

относительно меньшее значение, чем летняя. Для Западной Сибири и Северного Казахстана, характеризующихся длительной зимой и большим снегопе-реносом, С.Н.Андрианов рекомендует продуваемые и ажурно-продуваемые насаждения, способные пропускать снег через себя и более равномерно распределять его по полю.

Исследования А.Е.Дьяченко (49) показали, что лучшими аэродинамическими свойствами обладают лесные полосы ажурной конструкции, способствующие более благоприятному снегораспределению на полях. Однако сте-

пень ажурности насаждении должна быть различной в зависимости от климатических условий территории. Например, на Северном Кавказе при неустойчивом снежном покрове ажурные лесные полосы должны иметь несколько большую плотность, чем в Башкирии и Северном Казахстане, где наблюдаются частые метелевые ветры.

В земледельческих районах Урала Л.С.Мочалкин (107) рекомендует на пахотных склонах ажурные с низким кустарником лесные полосы, а на безлесных горных склонах - плотные полосы для увлажнения и использования территории под лугопастбищные угодья. На пастбищных землях Казахской ССР эффективны пастбищезащитные полосы ажурной и продуваемой конструкции, обеспечивающие равномерное распределение снега на защищаемых площадях пастбищ.

Оригинальные суждения о ветрозащитной роли существующих полезащитных лесных полос были высказаны в 1980 году инженером-аэродинамиком и изобретателем из г. Быково - П.В.Лукьяшко (90). Он сравнивает работу лесной полосы с обычной решеткой (дроссельной заслонкой), помещенной в воздушный поток аэродинамической трубы. Даже при ажурности решетки 50% пропускается только часть воздушного потока. Ветровой поток пройдя через такое препятствие расширяется и согласно уравне