Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Противоэрозионная эффективность защитных лесных насаждений в агроландшафтах юго-востока Украины

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

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Милехин, Петр Афанасьевич

Введение

Глава 1. Состояние изучения почвозащитной эффективности защитных лесонасаждений

Глава 2. Природно-климатические условия района исследований

2.1. Климат

2.2. Рельеф

2.3. Геологическое строение

2.4. Почвы

2.5. Растительность

Глава 3. Общая методика, объекты и основные методы исследований

3.1. Общая методика и программа исследований

3.2. Основные методы исследований

3.3. Объекты исследований

Глава 4. Анализ современного состояния развития эрозионных процессов ч

4.1. Характеристика земельного фонда

4.2. Факторы, влияющие на эродированность и биопродуктивность земель в arpo ландшафтах юго-востока Украины

4.2.1. Математическая модель эродированности пашни

4.2.2. Математическая модель продуктивности пашни

4.3. Эродированность земель и их продуктивность на водосборах рек бассейна Северского Донца

4.3.1. Математическая модель эродированности пашни

4.3.2. Математическая модель урожайности зерновых культур и продуктивности пашни

Глава 5. Изучение почвозащитной роли лесных насаждений на овражно-балочных водосборах

5.1. Перераспределение жидкого и твердого стока в лесных насаждениях

5.2. Оптимизация лесомелиоративных мероприятий 90 Выводы 96 Предложения производству 99 Список использованных источников 103 Приложения

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Противоэрозионная эффективность защитных лесных насаждений в агроландшафтах юго-востока Украины"

Интенсивным эрозионным процессам положили начало чрезмерные вырубка лесов, распашка склоновых земель и выпас скота. Эти причины наложили свой отпечаток на дальнейшее формирование структуры современных агро-ландшафтов, которая в свою очередь определяется уровнем хозяйственного использования земель.

По данным Государственного земельного кадастра в Украине при общей лесистости 17.2 % сельскохозяйственные угодья занимают 69.3 % территории, из них 79.0 % - пашня. Эродированность сельскохозяйственных угодий составляет 33.1%. Ежегодно количество эродированных земель увеличивается на 100120 тыс. га, а более 68 тыс. га угодий полностью утратили плодородие /37/. Свыше 2.5 млн. га занимают сильно эродированные присетевые и овражно-балочные земли, малопригодные для выращивания сельскохозяйственных культур /157/. Около 75% твердого стока смывается с полей вместе с остатками минеральных удобрений и пестицидов. Через овраги и балки они сносятся в пруды, водохранилища и речки.

На долю Донбасса приходится 20 % эродированных земель страны, в результате чего сельскохозяйственные предприятия ежегодно не добирают от 10 до 60 % урожая /178/. Эрозионные процессы в этом регионе характеризуются высокой интенсивностью, обусловленной пересеченным рельефом, значительной крутизной склонов, сложными геологическими условиями, большой пестротой почвенного покрова, видовым составом и характером размещения растительности, ливневым характером осадков, сильными и частыми ветрами и резкими перепадами температур.

С начала 80-х до середины 90-х годов в данном регионе внедрялась почвозащитная система земледелия с контурной организацией территории как наиболее соответствующая требованиям сохранения плодородия земель и повышению их продуктивности. Однако в настоящее время ее внедрение сдерживается кризисным состоянием экономики вообще и сельского хозяйства в частности.

Кроме того, процессы реформирования земельных отношений и сельскохозяйственного производства на современном этапе привели к реструктуризации сельскохозяйственных предприятий. При становлении многоукладного сельского хозяйства очень важно сохранить потенциал плодородия и продуктивности земель, что невозможно осуществить в полной мере без правильного размещения защитных лесных насаждений (ЗЛН) на землях сельскохозяйственного назначения.

В условиях Донбасса почвозащитная эффективность лесонасаждений изучена недостаточно. Отсутствует комплексный анализ и количественная характеристика факторов, обуславливающих интенсивность развития эрозионных процессов и их снижение в системе ЗЛН, в существующих рекомендациях по проектированию и созданию лесонасаждений не учтены особенности их влияния на предупреждение эрозионных процессов в конкретных условиях. Не способствует углублению таких исследований и сужение сети научно-исследовательских учреждений лесомелиоративного профиля. Так в декабре 1996 года был ликвидирован Институт охраны почв УААН, в котором изучением данного вопроса занимались лаборатории лесомелиорации, противоэрози-онных комплексов, моделирования эрозионных процессов и другие. Именно поэтому исследования в этом направлении остаются актуальными в научном плане и целесообразными с точки зрения практического использования их результатов.

Целью исследований были разработка методов количественной оценки и прогноза влияния факторов, обуславливающих развитие эрозионных процессов и продуктивность пахотных земель; выявление среди этих факторов роли лесомелиоративных мероприятий; создание оценочных и прогнозных моделей поглощения жидкого и твердого стока в насаждениях разнообразного породного состава, возраста и категорий при их разном размещении на элементах рельефа.

Для достижения поставленной цели в задачи исследований входили анализ факторов, обуславливающих эродированность почв и продуктивность пашни в условиях интенсивного развития эрозионных процессов, а также выявление среди них роли лесомелиоративных приемов в разрезе административных районов и бассейнов малых рек; изучение стокорегулирующей роли защитных лесонасаждений в зависимости от интенсивности и мутности склонового стока, категорий насаждений, их возраста, породного состава и других факторов; изучение роли факторов, которые обуславливают кольматаж смытого мелкозема в защитных лесонасаждениях.

Научная новизна полученных результатов состоит в применении системного анализа с построением многофакторных математических моделей как для глобальной оценки состояния эродированности почв и их продуктивности, так и для определения количественных взаимосвязей поглощения жидкого и твердого стока в насаждениях разных категорий, возраста и породного состава. При этом разработана классификация древесных пород в насаждениях по их влиянию на склоновый сток, решена задача оптимизации стокорегулирующего влияния лесонасаждений.

Практическое значение имеют математические модели эродированности пашни и сельскохозяйственных угодий в разрезе административных районов и бассейнов малых рек с учетом природно-географического деления области, которые позволяют при реформировании земельных отношений и сельскохозяйственного производства рекомендовать оптимальное соотношение категорий земель для землепользования разного уровня; математические модели продуктивности пашни и урожайности зерновых культур в разрезе административных районов и бассейнов малых рек с учетом природно-географического деления области, позволяющие оценивать и прогнозировать эффективность использования земельных ресурсов области для землепользования разного уровня; математические модели поглощения жидкого и твердого стока в насаждениях, которые дают возможность, используя лесотаксационные материалы, почвенные и гипсометрические карты, проектировать биологически стойкие, высокоэффективные в противоэрозионном отношении защитные лесонасаждения на землях сельскохозяйственного назначения.

Результаты исследований использовались для почвозащитного обоснования лесомелиоративных мероприятий при выполнении проектов внутрихозяйственного землеустройства в КСП им. Ленина, а также при разработке Концепции и Программы освоения эколого-ландшафтной системы земледелия в Луганской области.

Автором лично разработана программа и методика исследований, выполнен сбор, обработка и анализ экспериментального материала, получены основные научные результаты и сформулированы выводы.

Результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-практической конференции "Почвозащитное земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в степной зоне" (Луганск, 1990), научно-практической конференции "Земельная реформа в Донецкой области" (Киев, 1997), международных научно-практических конференциях - по проблемам управления земельными ресурсами и создания системы регистрации земли (Трускавец, 1998), "Проблемы землеустройства, земельного кадастра и экологии окружающей среды в условиях осуществления земельной реформы" (Харьков, 1999) и "Проблемы землеустройства и охраны земель в условиях реформирования земельных отношений" (Сумы, 1999), международной научной конференции "Собственностный статус и проблемы рационального использования земель" (Киев, 2000), научно-технических совещаниях Донецкого и Луганского управлений земельных ресурсов.

Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных работах.

Заключение Диссертация по теме "Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов", Милехин, Петр Афанасьевич

ВЫВОДЫ

1. Для Луганской области характерна наиболее высокая эродированность сельскохозяйственных угодий в Украине - 66.1 %, что обусловлено техногенно-экстенсивным направлением развития сельскохозяйственного производства за последние 30-35 лет на фоне неблагоприятных природных условий (пересеченный рельеф со значительной крутизной склонов, сложные геологические условия, большая пятнистость почв, особенности растительного покрова, ливневый характер осадков, сильные и частые ветры, резкие перепады температур).

2. Возвращение современных агроландшафтов к эрозионно стойкому, экологически сбалансированному состоянию в условиях реформирования земельных отношений и перехода к многоукладное™ сельскохозяйственного производства невозможно без комплексного анализа и количественной характеристики факторов, которые обуславливают интенсивность эрозионных процессов и их снижение с помощью лесомелиоративных мероприятий.

Такой анализ должен включать как территориально-административный (для разработки стратегии противоэрозионных мероприятий и соответствующих генеральных схем для области или района), так и бассейновый, или водосборный (для проектирования противоэрозионных, в том числе и лесомелиоративных работ) подходы к делению территории.

3. Для рационального использования земельных ресурсов, повышения экологической стабильности современных агроландшафтов необходимо иметь оптимизационные модели для оценки и прогноза влияния факторов, обуславливающих развитие эрозионных процессов и продуктивность пахотных земель, а также стокорегулирующую и кольматирующую эффективность защитных лесонасаждений.

4. Анализ такого влияния факторов для данного региона позволил определить что:

- эродированность пашни зависит прежде всего от сельскохозяйственной освоенности и общей лесистости территории, средних уклона и длины склона, заовраженности пашни и доли эрозионноопасных культур в севообороте (а для бассейна Северского Донца еще и от общей густоты гидрографической сети);

- продуктивность пашни в первую очередь зависит от. ее эродированности и защищенности лесными полосами, среднего бонитета почв и количества вносимых минеральных удобрений.

В результате проведенного анализа построены многофакторные оптимизационные математические модели как по территориально-административному, так и по бассейновому принципу.

5. Установлено, что для двух природно-сельскохозяйственных районов области - Донецкого и Оскольско-Айдарского, характерны свои особенности проявления эрозионных процессов в зависимости от указанных выше факторов, поэтому упомянутые выше модели построены в отдельности для каждого при-родно-сельскохозяйственного района (или соответствующих им правых и левых притоков С. Донца). Эти модели оказались более точными и имеют более высокие коэффициенты множественной корреляции по сравнению с областными или для бассейна С. Донца в целом.

Коэффициенты множественной корреляции (не ниже 0.80, в основном 0.950.98) и относительные ошибки моделей (не ниже б %, в основном 2-4 %) свидетельствуют, что модели адекватны объектам исследований и пригодны для оценки и прогнозирования состояния эродированности и продуктивности пашни в условиях Донбасса.

Методика построения моделей может быть применена для углубленных исследований - на уровне хозяйств или овражных водосборов, который даст возможность получить более точные модели, пригодные для проектировочных работ.

6. Скорость поглощения склонового стока и интенсивность отложения смытого мелкозема являются основными показателями противоэрозионной эффективности лесных насаждений. Так, стокорегулирующие лесные полосы шириной 10 м при их контурном размещении в 15-20 - летнем возрасте могут задерживать практически весь мелкозем, принесенный с размещенного выше склона крутизной 2-4 градуса, длиной до 400 м.

7. Согласно полученным экспериментальным данным* на овражных водосборах исследуемого региона защитные лесонасаждения поглощают на 25 % меньше жидкого стока, чем твердого. Таким образом, при поглощении 75 % жидкого стока (коэффициент стока 0.25) весь принесенный с ним мелкозем откладывается в насаждениях, при коэффициенте стока равном 0.5, часть мелкозема (25 %) транзитом проходит через насаждение, а при коэффициенте стока равном 0.75, в насаждении откладывается только половина принесенного мелкозема.

8. Лесные насаждения разного породного состава и категорий характеризуются разной способностью относительно скорости поглощения стока. Древес-но-кустарниковые породы, которые изучены в защитных лесонасаждениях, в порядке уменьшения их влияния на данный показатель разместились таким образом: тополь черный, сосна обыкновенная, дуб черешчатый, ясень зеленый, клен полевой, клен остролистный, вяз приземистый, клен ясенелистный, липа мелколистная, терн, береза повисшая, акация белая. Относительно оценки сто-корегулирующей способности категорий насаждений, то наибольшей величины она достигает в приовражно-прибалочных лесных полосах, поскольку основная часть стока проходит через них наиболее равномерно.

Предложения производству

1. Для создания биологически стойких, высокоэффективных в противоэро-зионном отношении лесных насаждений разных категорий, подбор древесных пород в них должен вестись с учетом их соответствия лесорастительным условиям и способности влиять на поглощение поверхностного стока (табл. 5.2).

2. Для оптимального размещения насаждений на территории землепользования сельскохозяйственных предприятий при проведении внутрихозяйственного землеустройства предлагается проводить прогнозные и оценочные расчеты поглощения склонового стока в насаждениях, для облегчения которых предлагаются номограммы (рис. 1) и соответствующие математические модели. При этом значения интенсивности и мутности склонового стока должны отвечать ливневым осадкам 10 % обеспеченности продолжительностью 30 минут. Расчет их проводят согласно инструкции СН-435-71 [164].

3. После определения скорости поглощения склонового стока в насаждении, дается оценка его противоэрозионной эффективности (по величине отложения мелкозема в насаждении). Для этого используется соответствующая гиперповерхность (рис. 5.4), которая имеет три уровня оптимизации. При сочетании факторов, которые попадают в первый оптимизационный уровень, насаждения откладывают весь мелкозем, принесенный из размещенного выше склона. На втором уровне оптимизации насаждения нужно совмещать с простейшими гидротехническими сооружениями (валами, валами-террасами или валами-канавами) по нижней опушке лесной полосы. Третий уровень требует внедрения комплекса противоэрозионных мероприятий (организация территории + агротехника + лесомелиорация + гидротехника).

4. Для установления оптимального соотношения разных категорий земель и их размещения относительно рельефа с целью уменьшения интенсивности эрозионных процессов и повышения продуктивности земель предлагается пользоваться номограммами (рис. 2 и 3) и соответствующими математическими моделями (формулы 4.1 и 4.4).

Средняя длина склона, м | 590,560 520 480 440 400 360. 320 280

Рис. 2. Номограмма для расчета эродированности пашни в Луганской области

Минеральные удобрения, кг д.в./га

Рис. 3. Номограмма для расчета продуктивности пашни в Луганской области

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Милехин, Петр Афанасьевич, Харьков

1. A.C. 1685274 (СССР). Устройство для изучения водопоглощающей и кольматирующей способности почв,- Тарасов В.И БИ, 1991.

2. Агролесомелиорация / Под ред. И.И.Суса.- 2-е изд.-. М.: Гос. изд-во с,-х. лит., 1959,- 503 с.

3. Адерихин П.Г. Изменение почв под влиянием лесных полос в Каменной степи // Преобразование природы в Каменной степи- М.: Россель-хозиздат, 1970,-С. 78-88.

4. Арманд Д.Л. Естественный эрозионный процесс // Изв. АН СССР. Сер. геогр,- 1955 -N 6.

5. Атлас природных условий и естественных ресурсов Украинской ССР. -М.: ГУГК, 1978.

6. Балджи М.Д. Люов1 смуги в структур! агроландшафту (на приклад1 сте-noBoi' зони Одесько!' област1 та р1внинного Криму).- Автореф. дис. . канд. с.-г. наук. Одеса, 1995,- 20 с.

7. Барабанов А.Т. Лесомелиорация в почвозащитном земледелии,- Волгоград, 1993.-155 с.

8. Барабанов А.Т. Новый способ крупнополосного размещения с.-х. культур при контурной организации территории // Лесомелиорация при контурном земледелии,- Волгоград,1988.-Вып.1(93).-С.92-99.

9. Барре Р., Годе М. Новые границы окружающей среды / Экономика. Реф. журнал. Серия II. Общественные науки за рубежом.- 1984,- N 1.- 105 с.

10. Белолипский В.А., Шелякин Н.М. Изучение ливневой эрозии почв и ее оценка // Комплекс противоэрозионных мероприятий в действии (методы учета и оценки эрозионно-гидрологических показателей).- Ворошиловград, 1985,- Т. 2.- С. 31-32.

11. Белолипский В.А., Шелякин Н.М., Игуменцев А.Ф. О методах изучения эрозионных процессов // Почвоведение. 1985,- N 12.- С. 95-108.

12. Бибиков Г.И. Облесение меловых склонов // Борьба с эрозией почв.Воронеж, Центр.-Черн. кн. изд., 1973,- С. 109-113.

13. Бибиков Г.И., Костенко И. Культуры на меловых эродированных склонах Белгородской области // Лесное хозяйство,- 1973,- N

14. Булыгин С.Ю. Стратегия борьбы с эрозией почв / Земледелие,- № 3, 1991.- С.27-30.

15. Булыгин С.Ю. Теоретические и прикладные основы конструирования почвоохранных агроландшафгов: почвенный аспект. Автореф. дис. . докт. с.-х. наук. - Харьков, 1992,- 44 с.

16. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв.- М., 1986,- 153с.

17. Ванин Д.Е., Здоровцов И.П., Рожков А.Г. и др. Основные принципы контурно-мелиоративного земледелия в ЦЧЗ // Проблемы почво-водоохранного земледелия: Научн. тр. / Почв. инст. им. В.В. Докучаева." М., 1986,- С. 54-63.

18. Величко А.Б. Водопоглощающая способность почв в защитных лесных полосах // Лесоводство и агролесомелиорация,- К.Урожай, 1982,- Вып. 64,-С. 48-51.

19. Величко А.Б. Роль защитных лесных насаждений в очистке загрязненного поверхностного стока // Мелиоративная роль лесных насаждений. -Межв. тем. сб. науч. тр. Харьков, 1986. - С. 64-71.

20. Величко Б.Л. Повышение водорегулирующего влияния системы полезащитных лесных полос гидротехническими сооружениями // Мелиоративная роль лесных насаждений. Межв. тем. сб. науч. тр. -Харьков, 1986. - С. 71-79.

21. Вернадский Б.И. Биосфера,- М.: Мысль, 1967,- 347 с.

22. Вильяме В.Р. Сочинения. Том 1. Почвоведение (1888-1910).- М., 1941.

23. Виноградов В.И. Перспективы развития лесомелиоративной науки // Агролесомелиоративные насаждения, их экология и значение в лесоаграр-ном ландшафте,- Сб. науч. тр. ВНИАЛМИ,- Вып. 2(79).- Волгоград, 1983,-С. 3-16.

24. Высоцкий Г.Н. Защитное лесоразведение,- Киев: Наукова думка, 1983.-. 207 с.

25. Высоцкий Г.Н. Избранные сочинения,- М., 1962.-Т. 1,2. 11.- С. 77-80.

26. Высоцкий Г.Н. О гидрологическом и метеорологическом влиянии лесов.-М.: Гостехлесиздат, 1938,- С. 59-80.

27. Гаршинев Е.А. Противоэрозионная лесомелиорация и эволюция эрози-онно-гидрологического процесса,- Автореф. дис. . докт. с.-х. наук. Волгоград, 1995.-48 с.

28. Гаршинев Е.А., Барабанов А.Т. Методика полевого моделирования эрозии, расчета смыва и расстояний между лесными полосами. М., 1991,42 с.

29. Гаршинев Е.А.,Зарудная Т.Я. Оценка приемов ускоренного повышения водопоглощения в молодых лесонасаждениях на типичных черноземах ЦЧО // Методы исследования водной эрозии в противоэрозионной лесомелиорации,- Волгоград,1989 Вып.3(86).- С.62-73.

30. Георги А.А. Почвенный покров и антропогенное районирование южной части Луганской области на примере Лутугинского и Антрацитовского районов. Автореф. дис. . канд. е.- х. наук: 06.01.03,-Харьков, 1966.23 с.

31. Греков В.А. Влияние почвенных условий Закарпатской области на рост и развитие плодовых культур. Автореф. дис. . канд. с.-х. наук,- Харьков, 1988,- 15 с.

32. Губайдулин С.А. К вопросу картирования потенциальной опасности проявления процессов эрозии // Вопросы методики почвенно-эрозионного картирования .- М.: 1972.- С. 27-35.

33. Гудзон Н. Охрана почвы и борьба с эрозией,- Пер. с англ.- М.: Колос, 1974.-303 с.

34. Державна програма захисту земель ввд водно!' 1 вггрово! ерозп, шших вид1в деградацп земель (Проект).- Кшв, 1996,- 80 с.

35. Джамаль В.А., Шелякин Н.М., Медведев Н.В. и др. О контурном земледелии на склоновых землях //Проблемы почвоохранного земледелия: Научные труды / Почвенный институт имени В.В.Докучаева.- М., 1986.-С. 40-46.39