Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Роль лесных полос в противоэрозионных системах водосборов бассейна нижнего Дона

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

Автореферат диссертации по теме "Роль лесных полос в противоэрозионных системах водосборов бассейна нижнего Дона"

Министерство сельского хозяйства Российской федерации НОВОЧЕРКАССКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" ИНЯЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВШй . ИНСТИТУТ им. А.К. КОРТУНОВА

На правах рукописи

ВЛАСОВА Лада Владишфовна РОЛЬ ЛЕСНЫХ ПОЛОС В ПРОТИВОЭРОЗИОИННХ СИСТЕМАХ ВОДОСБОРОВ БАССЕЙНА НИЗШЕГО ДОНАч

Специальность; 11.00.11 - "Охрана окруяающей среда и

рациональное использование •природных ресурсов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных,наук

Новочеркасск - 1993

Работа выполнена в Новочеркасском ордена "Знак Почв' инженерно-мелиоративном институте им. А.К. Кортунова.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных на:

профессор В.Ы. Ивонин.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Е.В. Полуэктов; кандидат сельскохозяйственных наук, С.П. Поиещиков.

Ведущее предприятие -. ВяГИПРОЗЕЫ.

Защита диссертации состоится 26 февраля 1993 г.' в 10 часов на заседании специализированного совета К 120.76. Новочеркасского ордена "Знак Почета" ишшнерно-мелиоративнс института им. А.К. Кортунова по адресу:

346409 г. Новочеркасск

Ростовской области,

ул. Пушкинская, 111, ауд. 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институт

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печат предприятия, просим направлять ученому секретарю специализирова ного совета.

Автореферат разослан "<?/ " ЯhScZ &Я 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, профессор

Т.Н. Ыартынен

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теин определяется развитием эрозионных процессов и снижением продуктивности агроценозов на склоновых землях. • '

В связи с интенсификацией земледелия, основанной на "жестком" управлении (с помощью технических средств) природными процессами, нз полях усилилась эрозия почв, снизилось качество сельскохозяйственной продукции, ухудшились другие показатели природной среды, то есть возможности интенсификации не соизмерялись с законами, правилами и принципами экологии. При этом стали высказываться противоречивые мнения о роли лесных полос. Одни исследователи отмечали положительную роль лесных насаждений на склоновых полях, другие -отрицательную.

Для разработки новых технологий и мелиоративных систем с "мягким" управлением и .ограниченным вмешательством в природные процессы, теоретические положения о протиЕоэрозионном' комплексе (A.C. Козменко, С.С. Соболев, Г.П. Сурмач и др.) стали нуждаться в дальнейшем развитии с позиций экологии и общей теории ' систем (Г.И. Швебс, 1981; В.М. йвонин, 1989), то'есть основным предметом проти-воэрозионных мелиораций стала выступать противоэрозионная природно-•техническая, или инженерно-биологическая система. •'

По В.М. Ивонину (1991), на черноземах.степной зоны основой совершенной мелиоративной системы на водосборе может слукить противоэрозионная инженерно-биологическая система (ПИЕС), . составляющими элементами которой являются различные виды защитных лесных насаждений, гидротехнических сооружений,-форм травянистой растительности и ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. При необходимости в число этих элементов (подсистем) включается временная оросительная система.

Роль лесных полос в такой системе требует уточнения. Теоретические положения В.М. Ивошшао том, что лесные насаждения ГШБС являются основными и главенствующими, среди других элементов системы, а также М.И. Долгилевича, Н.Г. Петрова о .связях и структуре системы лесных полос, нуждаются в экспериментальном подтверждении.

Развитие этих теоретических положений помокет осветить роль лесных полос в ПИБС и уточнить их основные параметры для повышения устойчивости и продуктивности агроэкосистем водосборов при рациональном использовании земель и охране природа.

Для решения вышеназванных вопросов нами проводились исследования в 1937-1991 гг. по темам НИР НИМИ а 897 (государственный регистрационный номер 01.087.0008181) и й 923-М (ГРН 01.90.0002704).

Цель исследований - определение роли лесных полос в противоэрозионных системах водосборов. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- изучить существующие лесные полосы как элементы протиБоэро-зионных систем водосборов;

- исследовать роль лесных полос в развитии структуры ПИБС;

- определить роль и место лесных полос в ГШБС;

- разработать мероприятия по усилению роли лесных полос в про-тивоэрозиошшх системах.

Научная новизна заключается: в дальнейшем развитии теории противоэрозионных инженерно-биологических систем - выяснении роли лесных полос в развитии структуры ПИБС; в обосновании для бассейна Ннкяего Дона лесных полос водокаправляющего Бида.оСес-гш-:ива:-з!дих устойчивость и продуктивность агроэкосистем на межполосных «слоновых полях; определении качества зерна озимой пшэшщы в связи с урожайностью и условиями выращивания на склонах.

Практическая ценность работы заключается в обосновшши для условий Нижнего Дона нового типа защитных лесных

насаждений - водонаправляюцих лесных полос, усиленных по низшей опушке земляными сооружениями, ниже которых, яри необходимости,размещают полевые дороги; уточнении породного состава лесных полос на склонах, обеспечивающего наибольшую продолжительность периодов стационарного функционирования ЛИБО, когда устойчивость и продуктивность агроэкссистем на склоках максимальны.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались во Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов по проблемам защитного лесоразведения и охраны природы (г. Минск, 1987), на научных конференциях молодых

ч

ученых и специалистов в НИШ (г. Новочеркасск, 1990, 1992 гг.), КазСЖМ (г. Алма-Ата, 1939, 1990 гг.),- ЕШШМй (г. Волгоград, 1988, 1990 гг.), на всесоюзных научно-технических конференциях и совещаниях в иш (г. Новочеркасск, 1988, 1989 гг.), БрТИ (г.Брянск, 1990), БПИ ДВО АН СССР (г. Владивосток, 1990 г.).

По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, отражающих содержание диссертации.

Полученные результаты включены в Рекомендации по проектированию и созданию противоэрозконных систем водосборов в бассейне нижнего течения р. Дон (Волгоград, 1590) и методические указания по усиление противоэрозионной роли существующих лесных полос (Новочеркасск, 1991).

Производственная проверка результатов исследований проведена в колхозе "Рассвет" Усть-Довецкого района Ростовской области.

Объем работы. Диссертация состоит из вводония, пяти глав, общих выводов и рекомендаций производству, приложений и строка использованных источников. Общий объем диссертации 287 страниц, в том число 116 страниц машинописного- текста, 23 рисунка, 60 страниц таблиц, 46 приложений. Список испадьзовапних• источников вклхчаот 292 наименования, в ток число 7 иностранных.

•В диссертации использованы данные по искусственному дождеванию почв, полученные автором при участии Н.Т..Василевского, В.Н. Дегтя-ренко, С. А. Маркова, И. В. Ревяко и др. во время экспедиции под руководством профессора В.М. Ивонина.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проводится обзор литературы по данному вопросу и обоснование выбранного направления работ.

Водорегулирующая и противоэрозионная роль защитных лесных насаждений исследовалась широко (A.C. Козменко, 1954, 1963; Г.П. Сурмач, 1971, ' 1976; В.И. Панов, 1979; И.Г. Зыков, 1982; Е.В. Полу-эктов, 1984; Е.А. Гарпвшев, 1985;. С.П. Помещиков, 1990 и др.). При этом отмечается положительное влияние лесных насаждений на физические и химические свойства почв (A.M. Вялый, 1951; C.B. Зонн, В.Н. Мина, 1951; В.М. Кретиния, 1967,1971; К.И. Зайченко, 1988 и

др.).

' В бассейне Нижнего Дона мелиоративная и противоэрозионная роль лесных полос в системах насаждений й противоэрозионных комплексах изучалась O.G. Краснопольской, П.С. Захаровым, А.Т. Аникановим, В.М. Ивониным и Ф.А. Миронченко и др. Параметры противоэрозионных комплексов обосновывали Я.И. Потапенко. (1975), П.С. Захаров (1971), Е.В. Грызлов (1975). Роль лесных полос как основных и главенствую -г щих элементов противоэрозионных инненерно-бнологических систем водосборов'требует уточнения."

Структуру ПИБС водосбора образуют связи составляющих элементов. С течением времени структура изменяется, при этом в процессе ее развития выделяют периода неустановившегося, стационарного и затухающего функционирования (В.М. Ивонин, 1985). Для научного обоснования ПИБС, планирования продуктивности и устойчивости эгро-ландшофтов необходимы данные о продолжительности этих периодов.

' : 7

Лесные полосы в зависимости от характера взаимоотношений с местным стоком подразделены на вида: транзитный, водозадерхзшакщий, водонаправляющий и комбинированный (В.М. Ивошш, 1985). Лесные полосы Еодонаправлящего вида в условиях бассейна Никнего Дона требуют теоретического обоснования. При этом, следует определить углы стоковой нагрузки, предупреждающие притрассовун эрозию (В.К. Иво-нин, 1984), и исследовать динамику противоэрозионной' стойкости почв насаждений данного типа.

С улучшением микроклимата и влагообеспечеяяости облесенных полей связывают рост урожайности сельскохозяйственных' культур {В.А. Бодров, С.М. Зепалов, 1935; Г.И. Матякин, 1955; Л.Р. Константинов, Л.Р. Струзер, 1965; Н.М. Милосердов, 1975;М.М. Лазарев, 1988; Е.С. Павловский, 1988 и др.). При этом не учитывается одна из основных характеристик лесных полос на склонах - углы стоковой нагрузки.

Как показали исслодовагага, лесные полосы оказывают влияние на качество зерна. В литературе встречаются данные как о повышении, при определенных условиях, содержания бежа в зерне пшеницы под влиянием лесных полос (Н.М. Милосердов, В.Г. Алтонюк, 1'97б; В.В. Лабазников, 1985 и др.), так и о его понижении (И.В. Доброседова, 1972; Г.Л. Шматко, В.М. Горяинов, 1976; М.М. Лазарев,'А.И. Бснда-ренко, 1985 и др.). Практически нет данных о влиянии лесных полос на аминокислотный состав белка.

Обзор литературы определил" ввшедарвчислевнкв цэли исследований.

Во второй главе охарактеризованы условия, объекты, программа и методика исследований.

Природ!ше условия бассейна Ии-кного Дона способствуют развитию эрозионных процессов. 3 качестве модели, адекватной бассейну крупной реки,был выбран водосбор малой реки Кундрючья (приток Северско-го Донца), располо:шшшй в районе очень сильной исторической и со-

временной водной эрозии (Восточные отроги Донецкого кряка) и характеризующий часть бассейна Нижнего Дона с обыкновенными к южными черноземами.^Ключевые хозяйства - колхоз им. Советской Армии (Красносулинский район), расположенный в верховье р. Кундрючья, и колхоз "Рассвет" (Усть-Донецкий район) - в низовье реки.

Погодные условия за период исследований достаточно благоприятные для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Методика исследований состояла в следующем. Для изучения существующих лесных полос в насаждениях различного породного состава были заложены временные пробные площади, по которым давались общая и таксационная характеристики, и где описывалась травянистая растительность .

Моделирование динамики структуры ПИВС проводилось ка ЭВМ с использованием программ (В.М. Ивонин, 1987) и данных, полученных при анализе ствола модельных деревьев.

При изучении эрозионных процессов вблизи лесных полос по методике В.М. Ивонина (1984) характеризовался склон (крутизна, экспозиция, форма профиля),' тип сброса стока, определялся угол стоковой нагрузки насаждения (угол между трассой лесной полосы и направлением преимущественного падения склона) и среднегодовой объем эрозии

вдоль трассы лесополосы.

Для исследования эрозии- под пологом насаждений и обоснования

лесных. полос водонаправлящвго вида проводилось искусственное доа-довакие по методике В-ЛГ. Ивош-ша (1983), определялись физико-меха-ничоскир (гранулометрический и микроагрэгатниЯ состав, влажность, число и предали пластичности, плотность, удельная масса, водопроч-ность агрегатов по методам И.М. Бакшеева, Д.Г. Виленского, П.И. Ан-дрианова-Н.А. Качинского, время разыскания монолитов ка ПРГ, механическая прочность) и химические (содержания гумуса по Тюрину, рН. водной суспензии, поглозекные кальций, магний, натрий, водная вы-

тяжка с определением плотного остатка) свойства верхних горизонтов почв лесных полос различного возраста и открытых участков. По данным гранулометрического и микроагрегатного составов рассчитывались коэффициенты дисперсности и структурности (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина,' f 986; Л.Д. .Воронин, 1986).

Роль эдафических факторов среды в формировании зон мелиоративного влияния лесных полос изучалась по следующей методике. На склонах крутизной до 5° выделялись лесные полосы с различными углами стоковой нагрузки. В пунктах учета, удаленных от лесной полосы на расстояния 2, 5, 10, 15, 20 и 30 (контроль) высот неоавдения, про-.водился учет урожая озимой пшеницы рамками 1«1 м в 10-кратной пов-торности. Математически доказанная зона мелиоративного" влияния лесополос устанавливалась графически (И.Г. Зыков, В.М. Ивонин, 1981).

Мелиоративная и. срэдозащитная роль лесных полос изучалась на экологических профилях: профиль I пересекает поле с одиночной лесополосой; профиль II - стохорегулирутацую полосу, поле, прибалочную полосу; профиль III - поле без влияния лесных полос. На профилях в пунктах учета определялись физико-механические и химические свойства верхнего слоя почв, проводилось искусственное дождевание. Пункты учета располагались: ка профиле I - з лесной полосе, от нее вниз по склону нз расстоянии 2, 5, 10., 15, 30 высот насаждения; на профиле-II - в стокорегулирундей полосе,, -вниз по склону от нее на расстоянии ?., 5, 10, 30 (середина поля) высот, в прибалочной полосе и от нее вверх по склону - 2, 5, 10 высот; на профиле III - на водораздельном участке и на расстоянии ЮО, 200, 300, 400, 500 м от.ноге вниз по склону. На экопрофалях II и III определялась урожайность озимой шэшцы, содержание корней в пахотном слое, весенний скнв почвы методом Еодорсин и влажность метрового слоя почьы'в начале весенней вегетации озимой шганшщ п в фазу "гыход в трубку - колола-■ те".

В образцах зерна озимой пшеницы урожая 1983 г. определялись показатели качества: азот, общий по Кьольдалю с последующим пересчетом результатов на сырой протеин, фосфор - ванадо-молибдатным методом, кал^гй- пламенно-фотометрическим, аминокислоты (лизин, гистидин, аргинин, вспарагиновая кислота, треонин, серии, глутаминовая кисло- та, пролин, глицин, аланин,.валин, метионин, изолейцин, лейцин, ти-разин, фенил-аланин) - методом ионообменной хроматографии.

' Статистическая обработка и регрессионный анализ данных проводились по методикам Е.С. Улановой (1964), Г.В. Веденяпина (19ТЗ), Г.Н. Зайцева (1984), Б.А. Доспехова (1935) с использованием, программ для ЭВМ (В.Н. Мвонин, 1987).

Экономическая еффективность лесных полос- в ПйВС рассчитывалась с использованием метода®:, приведенных в Справочнике агролесомелиоратора (1984).

В третьей главе приведены результаты исследования существующих лзгшх полос (51 пробная площадь). .Главшшк породами защитных лзс-ных насаздевий являются робиния лаеахацяя, дуб черешчвтый, ясень . зеленый. вяз приземистый, береза повислая, тополь чорннй, гледичия трехколючковая; сопутствующими - шелковица белая, абрикос обыкновенный, лох узколистный, клен татарский, клен остролистный, яблоня лесная; кустарниками - свидана кроваво-красная, смородина золотая, акация желтая.. Большая часть лесных полос имеет ширину 15-27 м, хотя исследовались узкие (6-12 м) к широкие (30-45 м) насаждения, количество рядов, соответственно, - 5-9; 1-4; 15-28. Возраст исследуемых полос - от 11 до 40 лет, высота - от б до 14м, запас - от

5.5 до 243 м3/га!

Робиния лнеакация отличается лучшими приростами в высоту (в

среднем 0.60 м/'год),по диаметру (0.6 см/год),по запасу (4.1 м3/год) 2 насаждениях с кустарниковым подлеском из смородины золотей, евч-днкы кроваво-красной, акации долгой, клена татарского, а уакук? в

г 11

лесополосах с участием шелковицы белой, абрикоса обыкновенного,лоха узколистного (показатели, соответственно, - 0.46 м/год; 0.4

см/год; 3.9 м3/год).

Дуб черешчатый имеет высокие приросты по высоте (до 0.39 у^д)

и по диаметру (до 0.4 Щ^) в насаждениях с правильным подбором сопутствующих пород (ясень зеленый,клен остролистный, яблоня лесная), схем смещения и размещения, при своевременных уходах. Лесные полосы из дуба в смешении с вязом приземистым требуют реконструкции.

Ясень зеленый имеет лучшие показатели роста в чистых насаждениях и в смешении с дубом черешчатш (приросты, соответственно, по высоте - 0.38 и 0.39 м/год, по диаметру - 0.4 см/год). В смешанных, насаждениях с робинией и гледичией ясень угнетается.

Нецелесообразно участие в составе лесных полос вяза приземистого, . несмотря на высокие приросты по высоте и диаметру (особенно в первые десять лет).поскольку к 25-30 годам насаздения суховершинят.

Редко применяемая в полезащитном лесоразведении данного региона береза повислая имеет такие кэ высокие приросты по высоте (до 0.85 щц), как и тополь черный, однако, широкое использование этих пород ограничивается гидрологическими условиям! склоновых полей.

Гледичия трехколючковая в исследуемых насаждениях имеет енсо-кие показатели роста (приросты по Еысоте- до 0.38 м/год, по диаметру - до 0.4 см/год) и хорошее состояние.

В травянистой растительности лесных полос наиболее распространены 63 взда высаих цветковых растений, пршадлеяащих. 19 семействам. По таксационным показателям насаждения,общности состава и проективному покрытии травянистой растительности лесные полосы условно разделок/ на четыре группы: I (молодые, полностью не сомкнувшиеся насаждения)- общее проективное покрытие 70-100 %, количество видов - 20; II (насаждения ажурной конструкции без кустарников) - соответственно ,70-80 % и 19; III (насаждения плотной или ажурной кон-

струкции с кустарниками)- 30-45 % и 43; IV (насаждения плотной конструкции с густим кустарниковым подлеском) - 5-20 % и 38. .

Как показали исследования, в насаждениях, имеющих высокие показатели роста и хорошее состояние, как правило, отмечается более разнообразный травянистый покров, невысокое проективное покрытие, вытеснение сорной растительности луговыми и опушечно-леснымк видами. В четвертой глава определены роль и место лесных полос в ПИБС. -Периоды неустановившегося, стационарного и затухающего функционирования ПИБС, продолжительность которых определяется главной породой насаждения, устанавливались для наиболее распространенных в лесных полосах района исследований пород. По результатам анализа ствола . модельных деревьев получены уравнения связи их высот с возрастами (табл. 1). Реализацию модели развития структуры ПИБС провели на основе уравнений (A.C. Козменко, 1954; А.К. Костяков, I960; В.Ы. Ивонин, 1983):

Ь' = ■ g V.V (1)

cos ß-сгЯ

Ъ" - V---(2)

м\ 0 Ua-l

Зависимость (2) решалась.с учетом уравнений высот (табл.1) для уклонов i - 0.0349 (2°); 0.0698 (4°); 0.1045 (6°); 0.1392. (8°), при Mg = 1.5 (среднее значение коэффициента); cos ß = 1 (направление эрозионноопасных ветров перпендикулярно трассам .полос); о =.20 ( по A.C. Козменко). . /

Расстояние между лесника! полосами, усиленными простейшими гидротехническими сооружениями, определялось по уравнению (!) для черноземов обыкновенных средне- и тяжелосуглинистых ,(У = 0.17 м/с) и черноземах южных средне - и легкосугликистых (7 -0.12 м/с) при Клп =1.07 (среднее значение); а =1.5 (склон с отдельными локби-

нами); С = 30--/~Г(по А.А. Черкасову); о = 0.5 (среднее значение); х = 0.000017 м/с; К= 1 (склон прямой).

Из совместного графического решения уравнений (1), (2) (рис.1)

Таблица 1

Результаты моделирования развития структуры ГШВС Еодосбора

' Главная порода Уравнения связи высоты' Коэффициент -

лесных полос (Н,м) и возраста корреляции

(п, лет) деревьев

Тополь черный Н = 0.853-п0-996 s 0.956 ± 0.016

■Робиния лжеакация Н = 0.642-п0-931 0.955 ± 0.014

Вяз приземистый Н = 0.762-п0'852 0.960 * 0.011

Ясень зеленый Н = 0.679-П0,855 0.963 ± 0.012

Гледичия трехкол. Н = 0.493-П°-5П 0.903 ± 0.031

Дуб черешчатый Н = 0.287-п1-011 0.968 ± 0.013

Продолжение табл.1

Г л а в н а я порода лесных t полос Возраст возобновительной спелости, лет (по Е.С. Павловскому ,1373) Продолжительность периода функционирования, лет

неустановившегося стационарного

черноземы южные черноземы обыкно венные черноземы южные чернозе ГШ обык новен-ные черноземы южные черноземы обыкно венные

Тополь черный 41-50 51-60 9-12 19-23 32-38 32-37

Робиния лжеакация 41-50 51-60 15-18 32-36 26-32 19-24

Вяз приземистый' 36-40 46-50 16-19 37-4! 20-21 7-9

Ясень зеленый 21-30 46-50 17-21 • 42-45 4-9 4-5

Гледичия трехкол. 51-60 66-75 23-25 47-52 ' 28-35 19-23

Дуб черешчатый 51-70 81-90 27-30 54-60 24-40 27-30

14

Склоны крутизной 2°

< 2 $ к 5 6 i_Н и !'

Склоны крутизной

ьоо

200

гао

20 50 ад 50 60

Склоны крутизной 6°

2001-

(00

Ю 20 50 АО 50 60 Склоны крутизной 8°

2 5 к 5 6

20 20 40 50 60 70

О <0 го ЗО ко 50 60 Вогодст лесополосы ,лет. •

Динамика протяженности зон мелиоративной обстановки на межполосных полях по мере роста в высоту полос из тополя черного (1), робинии лжеакации (2), вяза приземистого (3), ясеня зеленого (4). гледичии трехколючкозой (5), дуба че~ решчатого (б) на обыкновенных (А) и южных (Б) черноземах.

следует, что наиболее быстро период стационарного функционирования наступает для ПИБС,лесные полосы которых состоят из тополя черного, робинии лкеакации, вяза приземистого и ясеня зеленого, медленнее - из гледичии трехколючковой и дуба черекчатого (как на 'южных, так и на обыкновенных черноземах).

Однако, максимальные периода стационарного' функционирования, установленные с учетом возраста возобновительной спелости (Е.С.Павловский, 1973), отмечены для ПКБС, лесные полосы которых созданы кз дуба черешчатого, гледичии трехколючковой и робинии лкеакации, а в пониженных местоположениях и при близком залегании грунтовых ьод

- из тополя черного.

При исследовании эрозии почв вблизи лесных полос установлено, что основной причиной притрассовой эрозии являются кюветы или колеи полевых дорог, совмещенных с насаждениями. Связь среднегодовых объемов притрассовой эрозии (У7, м3) с углами стоковой нагрузки насаждений <аст, град) и крутизной склонов d0K, град) описывается уравнением (множественный коэффициент.корреляции й = 0.823 ± О.ОТб):

W = 1.1713 + O.ST68-l„„ - 0.0204-а^ ' (3)

Ол. СД/1

При допустимом среднегодовом объеме эрозии около 1 м° на 100 м длины насавдения (русло водотока практически не4 выражено) предупреждение притрассовой эрозии обеспечивают водонаправляющие лесные полосы, расположенные на склонах при крутизне £ск= 2° с углами стоковой нагрузки аш >36при 1СК = 4°, аш >54°; при 1СК = б?

Ядд =90° (рис.2).

Исследованиями эрозии почв под пологом лесных полос выявлено повышение противоэрозионной стойкости верхнего слоя почв лесных полос в связи с их возрастом за счет ■ утяжеления гранулометрического состава, повышения водопрочности макро- и микроструктуры (по гранулометрическому показателю структурности, количеству водопрочных агрегатов), механической прочности, пределов и чисел пластичности, что подтверждено результатами искусственного дождевания почв лесных полос из робинии лжеакации различного возраста и участка пашни, при обработке которых получены следующие зависимости:

S = 0.1 -г? - 6.2'П + 90.6 при т] = 0.980 ± 0.016; (4)

Q = 0.2Т-П2- U'.G4-n + 114.54 При Т] = 0.990'± 0.008, (5)

где, S - сток, % к контролю (пашня);

п - возраст лесной полосы,-лет; .

Q - смыв, % к контролю.

Анализ уравнений (4) и (5) показывает, что при отводе Излишков

еоды под пологом лесных полос полного зарегулирования стока следует ожидать у 25-летних насаждений, предотвращение эрозии при этом обеспечивается у 15-летних лесных полос. Для усиления протиЕоэрози-онкой роли лесных полос водонаправляющего вида предлагается сочетать их по нижним опушкам с водонаправлякщими сооружениями (валами, валами-канавами), нике которых размещаются полевые дороги.

>/=4,1715 <-0,2768 ¡.ск-О, ОгОЧоСст

5,0

5 Ф /. 5 8

1Л О ^ 2,0

■Л %

о

о 1» Л

£

¿У 1 1,0

«о

Ф О

0 т '

■ ■ 50

I Р. гь

■ . • • -«о

20 ЪО £>0

г М= 2^6291^-25,50^

80

№ о ? 3

о • ■

е с

го

мо но ао ■■■■..' Угол стокоьой нагрузки с<ст,град Рпс. 2. Уравнения связи среднегодовых объемов притрассовой эрозии с углами стоковой нагрузки и крутизной склонов ' (1) и достоверных.зон мелиоративного влияния лесных полос с углами стоковой нагрузки насаждений (2). Исследования показали, что углы стоковой нагрузки лесных полос определяют как , орографические, так и эдафяческие экологические факторы агроэкосистем.на склонах, формирующие в совокупности с климатическими факторами зоны мелиорации лесных полос (Т^,, в высотах насаждения), что выражается уравнением (коэффициент корреляции

1Т

г = 0.824 ± 0.102):

Lj., = 24.629'lg аст - 25.504 (6)

Анализ уравнения (б) и рис. 2 показывает, что на склонах крутизной до 4° при размещении лесных полос в соответствии с горизонталями местности (ciCT = 90°), достоверные зоны их мелиоративного влияния имеют максимальную протяженность (22-23 высоты насаждения). По мере уменьшения углов стоковой нагрузки, протяженность зон сокращается, и при углах стоковой нагрузки от 0 до 12° лесные полосы на склонах могут не только усиливать притрассозую эрозия, но и существенно не влиять на урожай озимой пшеница в благоприятные для роста и развития года, когда отсутствует негативное воздействие вредоносных ветров.. : .'■ Ч-^'Л-"'■'"■-'''''•■. •

Проверка уравнения (б)> натурными данными подтвердила его правомерность.--,; . -л „V.

В пятой главе показана эколого-экономичвекая роль лесных.полос в ПИБС водосборов. /"¡Ч V/,л/ v •

Исследованиями натрех ' экологических профиляа установлено положительное влияние лесных полос на водно-физические.свойства верх-иих слоев почв не только насаждений, . но и межполосных пространств: по показателю степени агрэгатности,... .'гранулометрическому показателю структурности, водопрочдости агрегатов ( по Н.М. Бакшееву и Д.Г. Виленскому), верхним пределам и числам пластичности, объемной массе, продолжительности размокания почв и результатам искусственного доэдевания (рис.3). Зоны усиленной протявоэсозионной : стойкости в я&чале Функционирования ПИВО ограничивается лесным пологом и площадями полей, непосредственно примыкая«?« к насаждениям, увеличиваясь до 10 If вниз и 5 Н вверх'по склону к периоду стационарного функционирования ПйБС. По мере удаления от лесных полос вниз и вверх по

склону в пахотном слое отмечено снижение содержания гумуса при несущественных изменениях в составе водной вытяжки.

Исследованиями на облесенном и открытом экологических профилях

ол г £ 20

-л.

Ъ 0.2

-л

10

О 2

Б \

1 / А У \> \\ \1 \ 1 и

200

б а 0,ЬГ 30

ьодоРАЗдег.

&

чоо

'АССТОЯНИе ЬНИ1 по скпокч.м

Рис. 3. Коэффициент стока и модуль стока взвешенных наносов на экопрофиле с лесными полосами (1) и баз лесных полос (2)

показано, что лесные полосы способствуют уменьшению смыва почвы, продуктивному использованию накопленной за зимне-весенний период почвенной влаги, сохранению посевов, повышению урожайности озимой пшеницы на межполосных полях.

На облесенных полях по-паровому предшественнику тесная связь (7) установлена между использованной за период от качала Еесенней вегетации до фазы "колошение" влагой метрового слоя почвы (7/ ,5), весенним смывом (М, м3/га) и урожаем (2, кг/га) при Н - 0.717 ± 0.162, а на открытых полях (8)- между использованной влагой 0-2С см слоя почвы №го, % ), весенним смывом и урожаем при Н = 0.969 ± 0.027:

г = 1933.81 .^¿£79 • м-°-029

(7)

Z = 3069.83•W^40* • М-0'039 (8)

Из уравнений (7) к (8) следует, что на открытых полях урожай определяется выпадающими в весенне-летний период осадками, а на облесенных полях - запасами накопленной в зимне-весенний период елэ-ги. Проверка уравнений натурными данными показала, что для прогноза урожайности может быть использована только модель для облесенных полей (7).

Анализ качества зерна озимой пшеницы (сорт Донская Безостая, предшественник - пар) показал, что содержание в зерне зольных элементов, азота, протеши, аминокислот белка определяется уровнем урожайности и экологическими факторами среда. Уравнения, где связь между содержанием в зерне элементов (соединений) и урожайностью существенна, представлены в табл.2. Анализ моделей (табл.2) показывает, что для облесенного поля оптимальная урожайность - 3.8-4.2 -^g, поскольку при этом наибольшее содержание в зерне бежа (соответствует стандарту' на сильную пшеницу) и незаменимых аминокислот.

Естественная водообеспеченность полей ПИБС (рассчитанная по формуле А.И. Костикова с учетом разработок В.А. Каргова, A.M. Вялого, А.Р. Константинова, Л.Р. Отрузера) гарантирует уровень оптимальной урожайности озимой пшеницы (3.8-4.0 т/га) в течение восьми лет из1 десяти.

При расчетах эффективности лесных полос ПИБС с различными главными породами и на склонах крутизной 2,4,6° учитывались: доход от реализации дополнительной продукции, полученный за счет увеличения урожайности культур на межполосных полях (за период стационарного функционирования системы); потери урожая с изъятой из севооборота'' пашни; затраты на создание- и содержанке лесных полос за зесь период фунетдопирования системы. Наиболее эффектишн лесные полосы из тополя черного, ко его выращивание возможно только на участках

Таблица 2

Показатели качества зерна озимой пшеницы в зависимости от урожайности

Элементы, соединения Уравнение связи содержания элемента или соединения (у, % от абс. сух. вещества) в зависимости от урожайности (г, т/га) Показатели тесноты связи

Зкопрофиль II. Облесенное поле

Азот У =-0.343x2 + 2.755х - 3.282 0.642 ± 0.208

Фосфор У =.0.0481? - 0.365х + 0.983 0.577 + 0.236*

Калий У = 0.020т2 - 0.133х + 0.661 0.760 ± 0.150

Протеин У =-2.166с? +17.391Х -20.824 0.622 + 0.217*

Анинокислоты- а Незаменимые:

валин у =-0.1102? + О.ВбОх - 1.188 0.810 + 0.122

метионин У =-0.202х? + 1.624х - 2.930 0.949 ± 0.035 -

изолейцин у =-0.139з? + 1.1ОТх - 1.766 0.707 X 0.177

фенил-аланин У =-0.0б8з? + 0.581 х - 0.606 0.684 + 0.188

сумма незамен, аминокислот У =-0.5ТЗх? + 4.560Х - 5.252 Экопрофиль III. Открытое пола 0.995 + 0.003

Азот У = 0.603а? - 4.012Х + 8.998 0.660 + 0.252*

Фосфор у =-0.С95а? - 0.675Х - 0.884 0.405 0.3724

Калий' У =-0.045х + 0.588-.. -0..918 + 0.070

Протеин У = 3.7782? -25.147Х +56.365 .0.657 + 0.254*

Ашшоккслоты- а )незамешаае:

валин У = 0.113а? - 0.730х + 1-630 0.953 ± 0.042

фенил-аланин У = 0.248а? - 1.655х + 3.374 0.751 + 0.195

аспарагиновая кислота У б) заменимые: = 0.405а?, - 2.733Х + 5.191 0.947 0.047

серии У = 0.264Х - 1.729Х + 3.404 0.976 ± 0.019

глутамияовая кислота У =-3.243з? -г21.863х -32.79.5. 0.906 0.080

пролин у = 0.550т + 0.596 0.708 + 0.223

глицин У = 0.1273? - О.вСЗх + 1Л04 0.937 4 0.055

апанин у = 0.126Х2 - 0.797Х + 1.714 0.937 + 0.055

тирании У =-0.064а? + 0.416х - 0.185 0.910 ± 0.077,

Примечание: * - связь несущественна

с близким залеганием пресных грунтовых еод. Таких площадей на склонах мало. На основной площади склоновых земель эффективность пород в убывающем порядке следующая: робиния лжеакация, дуб черешчатый, гледичия трехколючковая. Лесные полосы с главныгли породами вязом приземистым и ясенем зеленым на склонах крутизной до 2° менее эффективны по сравнению с вышеперечисленными насаждениями, а на склонах 4-6° не эффективны (показатель эффективности нике нормативного).

вывода

1. На черноземах Нижнего Дона наиболее продуктивны и долговечны лесные полосы из робинии лжеакации, гледичии трехколючковой, ясеня зеленого и дуба черегпчатого, а при близком залегании пресных грунтовых вод - из тополя черного и березы повислой.

2. Травянистая растительность лесных полос представлена 63 видами, принадлежащими. 19 семействам. Общее проектяЕКое покрытие и разнообразие видового состава трав зависят от условий хозяйственной деятельности и группы лесных полос: К молодые, полностью та сомкнувшиеся насаждения) - общее проективное покрытие 70-1003, количество видов - 20; II (аззурные насаждения.без кустарников) -соответственно, 70-60 % и 19; III (плотные или аяурнне насаждения с кустарниками) - 30-45 % и 43; IV (плотные насаждения с густым кустарниковым подлеском) - 5-20 % и 38.

3. Лесные полосы активно участвуют в формировании структуры ПИБС, которая в своем развитии проходит периоды неустановившегося, стационарного и затухающего функционирования, продолжительность которых определяется главкой породой насаждений.

4. Максимальные устойчивость и продуктивность агроландшафтов определяются структурой ПИБС в периоде стационарного функционирования, наиболее продолжительном при следующих главных породах лес-

ных полос: дуб черешчатый, гледичия трехколючковая, робиния лке-акация, тополь черный (при близком залегании грунтовых вод).

5. Лесные полосы ПИБС характеризуются углами стоковой нагрузки, которые на склонах крутизной до 4° но должны быть меньше 35 -65°. При этом зоны существенного мелиоративного влияния лесных полос на урожай зерновых культур достигают, соответсвонно, 12 - 18 Н. При углах стоковой нагрузки около 90° противоэрозиошшя устойчивость агроландиафтов максимальна, а зоны мелиоративного влияния лесных полос равны 22-23 Н.

6. Обоснованы Еодонаправлякяцие лесные полосы, усиленные земляными гидротехническими сооружениями, отеодящио излишки стока под своим пологом. При этом углы стоковой нагрузки обеспечивают нераз-мызающие скорости' течения вода под пологом молоды:-: насаждений. В насаждениях старше 15 лет эрозия почв но проявляется в связи с образованием подстилки, утяжелением гранулометрического состава слоя почв 0-20 см, повышением в нем водопрочности 1! механической прочности агрегатов при возрастании пределов и чисел пластичности.

Т. В годы, когда суховейные ветры и дефляция не проявляются, основное влияние на урожай озимой пшеницы оказывает размещение лесных полос в рельефе. Получена модель связи углов стоковой нагрузки лесных полос с протяженностью зон их существенного влияния на урожай озимой пшеница.

8. Под влиянием лесных полос в процессе оптимизации происходит постепенное повышение противоэрозионной стойкости пахотного слоя. почв па склоновых' полях ПЙБС. Зоны повышенной устойчивости образуются под пологом лесных полос и на прил&гзкцих к ним полевых участках, что проясняет физический сынск рождения единой структуры водосбора и Ш5БС с общей высокой мерой устойчивости.

9. Получены модели связи урокея озимой пшеницы по парам с

количеством использованной почвенной -влаги за период от начала весенней вегетации до фазы "колошение" и смывом почвы за весенний период. При этом на облесенном поле урожай определяется запасами влаги метрового слоя почвы, накопленными за зимне-весенний период, а на открытом склоне - динамикой текущих осадков.

10. На полях с прстивоэрозионными лесными полосами при урокае озимой пшеницы в пределах от 3.4 до 4.8 т/га содержание азота и протеина в зерне увеличивается при возрастании урожая до 4.0 т/га и уменьшается при дальнейшем росте продуктивности. На открытых склонах, где урожай варьирует от 3.0 до 3.9 т/га, содержание азота и протеина в зерне уменьшается с. ростом продуктивности до 3.4 т/га и возрастает при продолжающемся увеличений урожая. Одновременно наблюдается обратная картина динамики зольных элементов в зерне, как на облесенном, так и на открытом склоновых полях.

11. Изменение белковости зерна под действием лесных полос приводит к соответствующим переменам з составе белка по незаменимым аминокислотам - валину, метионину, изолейцину, фенил-аланину, а также по суше незаменимых аминокислот.

На облесенных склоновых полях наибольшее количество протеина в зерне, соответствующее стандарту на сильную, пшеницу, с максимальным содержанием незаменимых аминокислот, обеспечивается при урожаях от 3.8 до 4.2 т/га. 11ИБС этот уровень урожайности по естественной во-дообеспеченности гарантируют в течение восьми лет из десяти.

12. Наиболее эффективно создание лесных полос ПИБС из робинии лжеакации, дуба черешчатого и гледичии трехколючковой, а при близком залегании пресных грунтовых вод - из тополя черного. При создании полос из вяза приземистого и.ясеня зеленого, показатели эффективности ниже нормативных.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1 - В условиях Нижнего Дона предложен новый тип прогивоэрозион-ных насаямений - водонаправляющие лесные полосы, усиленные по нижней опушке земляными сооружениями, нике которых, при необходимости, размещают полевые дороги. .

2. Обоснован породный состав лесных полос на склонах, обеспечивающий наибольшую продолжительность периодов стащ-юнарного функционирования ПИВС, когда устойчивость•и продуктивность агроэкосис-тем максимальны.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы...

1. Противоэрозионная роль лесных полос в связи с их размещением .в рельефе//Всесоюзная школа молодых ученых и специалистов по совреме1шым проблемам защитного лесоразведения и охраны природы: Тез. докл., Минск, 19-25 октября 1987 г. - Волгоград, 1987. -С.125-127.

2. Размещение лесных полос в рельефе//Доклады ВАСХНИЛ. -1988. -15.- 0. 44-47.

3. Роль и место лесных полос в противоэрозионной системе бодо-сбора/ЛЯесомелиорация при контурном земледелии. - Волгоград, 198В. - Вып. 1(93). - С. 58-78 (в соавторстве).

4. Эрозия черноземов вблизи лесных полос к 'под их пологом //Почвоведение. -1988. - № 1 - - С. 82-90 (в соавторстве).

5. ДреЕвсные и травянистые растения лесных 'полос//Материалы всесоюзной научно-практической конференции. - Алма-Ата: КазСХИ, 1989.- С. 5-6.

6. Мелиоративная роль системы лесных полос на склонах//Повнше-шге эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве: Тез. докл. конф., Новочеркасск, 25-29. 09. 89 г.- Новочор-

касск, 1989. - С. 261-262.

7. Моделирование развития структуры противоэрозионных инженерно-биологических систем водосборов// Доклады ВЛСХНИЛ. -1989. -й 12. - С. 39-42 (в соавторстве).

8. Урожайность озимой пшеницы в противоэрозионной системе во-досбора//Экологические аспекты агролесомелиорации в Западной Сибири: Тез. докл. конф. - Барнаул, 1989. - С.127-128.

9. Динамика противозрозионных свойств почв лесных полос//Лесо-растителыше свойства и антропогенная динамика лесных почв: Тез. . Всесоюз. совет. - Брянск, 1990. - С. 8.

10. Продуктивность ценозов озимой пшеницы в противоэрозионной инженерно-биологической системе Еодосбора//Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа: Тез. конф. - Новочеркасск, 1990. - С. 108-109.

11. Рациональное.использование водных ресурсов в системе лесных полос// Всесоюзный симпозиум молодых ученых: Тез. докл.- Харьков, 1Э90. -С. 31-32.

12. Урожайность и качество зерна озимой пшеницы в противоэро--зиошгой системе водосбора//Вклад молодых ученых и специалистов в решение комплексных проблем мелиорации Дона: Тез. научн.-практ.конф. - Новочеркасск, 1990. - С. 49-50.

13. Ход роста основных пород в лесных полосах противоэрозионной системы бассейна реки Кундрючья//Защитное лесоразведение на Северном Кавказе. - Новочеркасск: НИМИ, 1990. - С. 126-135.

14. Влияние лесных полос на аминокислотный состав белка зерна озимой пшеницы//Тезесы конференции. - Новочеркасск, 1992.- С.69-70.

15. Зависимость качества зерна озимой пшеницы от величины урожая и условий Еырзщквания на склонах//Доклады Россельхозакадемии. -1593. - !. (б соавторстве).

Подписано е печать l4.GI.93r. Тара:;; хООэкз. £ор::ат Güxí54 I/IS Т:торра$зя ÍIIS.III г.Новочеркасск Focïûeckoû обл.ул.Пупкзнская III