Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние молодых стокорегулирующих лесных полос аэрозионно-аккумулятивные процессы и их выращивание в Донбассе

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

Автореферат диссертации по теме "Влияние молодых стокорегулирующих лесных полос аэрозионно-аккумулятивные процессы и их выращивание в Донбассе"

яо оа

I О ЯН^ 10?7 И*'* 1флуг»х рукописи

д:кос

АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

влияние молодых СТОКОРЕГУЛИРУЮЩИХ ЛЕСНЫХ полос Л ЭРОЗИОННО-АККУМУЛЯТНВИЫЕ ПРОЦЕССЫ и ЫХ ВЫРАЩИВАНИИ В ДОНБАССЕ •

Специальность 0G.03.04 - агрол есомелпо ра ци я и защитно« лесорпэведенна, озелепенп« населенных пунктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Волгоград - 1995

Работа выполнена п Институте охраны почв Украин скои академии аграрных наук

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственны; наук, профессор М.Г.Зикос.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Е.А.Гаришн«?»,

кандидат сел ьскохош ист вей »ы .к наук Г.Н.Лепнлш;.

bí:/jy:!i.i:e rijif ШИНЯТИ;/ : ; ¡'есу/ЦИК

:i.¡;¡ ■'.■ihopa'ilíLiüií! а К; i.ü í. ■

coc'iGüTCíl ' // ¿jMfehíéL í ■ го-. iü часов на заседании „иосертациоы.^о т. Д -- 020,11.0! по Всероссийском »ау'жо-нссл»гдоьат1,л>..:ко; институте а г р ол ее ом ел норацшк

Адрес: 4000G2, г.Волгоград, ул.Краснопресненская, 3£ ВНИАЛМН.

С диссертацией можно ознакомиться и библиотек Всероссийского научно-исследовательского института arpe лесомелиорации.

Автореферат разослан 1395 г.

Ученый секретарь ди с сорт а ци он н о го совета

Л.А.Петрова

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Эродированность пашни на Донбассе составляет 66 %, это - максимальный показатель на Украине (в целом по Украине эродировано 32.8 пашни). Характерной -особенностью данного региона является сильная степень опасности проявления как водной, так и ветровой эрозии (Лавровский А.Б., Другова Е.П., 1990). Для борьбы с этими неблагоприятными явлениями и построения устойчивых, экологически сбалансированных агроландшафтов применяется система мероприятий, нашедшая свое воплощение в настоящее время в почвозащитной системе земледелия с контурной организацией территории (КОТ) . Одним из главных ее элементов являются защитные лесные насаждения (ЗЛН), которые чаще всего представлены стокорегулируюшими лесными полосами, размещенными по контуру. Объемы создания ЗЛН при переходе к контурному земледелию значительны, а их почвозащитный эффект наступает не сразу.

Цель и задачи исследований.

Целью данной работы является изучение факторов, определяющих стокорегулирующуга и кольматирукщую роль молодых лесных полос и их лесоводственное состояние, а также построение математических моделей, описывающих данные процессы в условиях Донбасса.

В задачи исследований входило изучение влияния формирующихся контурных лесных полос на снегоотложение в межполосном пространстве; водопроницаемости мерзлых почв в различных элементах проти-воэрозионного комплекса; факторов, определяющих впитывание стока талых вод в лесной полосе и на ложбинных водосборах, смыв почвы на межполосном пространстве и ее кольматаж в лесной полосе; а также эффективности агротехнических и лесоводственных уходов за молодыми стокорегулиругацими лесополосами.

Научная новизна. Впервые для условий Донбасса изучена стоко-регулирующая и кольматиругацая роль молодых лесных полос, размещенных контурно-параллельно, с момента их создания, в результате чего разработаны математические модели интенсивности впитывания стока талых вод и кольматажа взвешенных наносов в лесных полосах. Установлено, что для молодых лесных насаждений влияние возраста и породного состава на их стокорегулирующуга и кольматирующую роль интегрировано в виде такого фактора как средняя высота насаждения. В связи с этим построена шкала быстроты роста ■ основных древесных пород для возраста молодняков, а также разработана математическая

модель хода роста их в высоту в зависимости от ряда факторов, р чего впервые в лесной таксации апробирован остаточный метод с по ледовательным исключением значащих факторов как метод построен таблиц хода роста.

Практическая значимость. Математические модели расчета пок зателей поглощения стока талых вод в лесной полосе и на ложбинн водосборах, смыва почвы с поля и кольматажа ее в лесополосе, также хода роста основных древесных пород в высоту могут быть и пользованы при обосновании параметров стокорегулируицих лесных п лос. Шкала быстроты роста древесных пород для может применятся л создании защитных лесных насаждений, характеризующихся быстрым д: тижением полного почвозащитного эффекта. Методика построения таС хода роста в виде многофакторных математических моделей на базе таточного метода может применяться в лесной таксации.

Апробация работы.

Результаты исследований по теме докладывались и обсуждали на ежегодных заседаниях ученого совета ИОП УААН (1991-1995 гг.), научно-технической конференции ЛСХИ (Луганск, 1990); XVII Вс союзной конференции молодых ученых во ВНИАЛМИ (Волгоград, 199С Всесоюзном семинаре молодых ученых во ВНИИГиМ (Москва, 1991); Вс союзной научно-практической конференции "Почвозащитное земледег с контурной организацией территории в степной зоне (Луганс 1991); научно-практической конференции "Эрозионно устойчивый агЕ ландшафт и принципы его построения" (Луганск, 1995); Международа научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Г ти рационального использования земельных ресурсов Украины" (Час ны, 1995); научной конференции, посвященной 90-летию со дня рожд ния и 65-летию научно-педагогической деятельности Н.Е.Бекаревт в Днепропетровском АТУ (1996).

Основные положения исследований по теме диссертации опубли! ваны в 9 печатных работах и в депонированном заключительном отче лаборатории лесомелиорации ИОП УААН за 1991-1995 годы.

Объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах маши писного текста, в том числе - 34 таблицы, 36 рисунков, 14 при] жений, включает введение, 6 глав, выводы, предложения произволе: и список использованной литературы из 183 библиографических наш нований, из них 5 - на иностранном языке'.

Выражаю искреннюю благодарность старшему научному сотрудш лаборатории лесомелиорации В.И.Тарасову за консультации, цем

зеты и участие в обсуждении результатов исследований; Ф.Д.Зеленому, В.П.Голубцову, А.Ф.Игуменцеву за предоставленную компью-эную программу "FAKTOR" для математико-статистической обработки зультатов исследований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цель задачи исследований, научная новизна и практическая значимость Зоты.

1. Обзор литературы

Противоэрозионная и стокорегулирукяцая роль ЗЛН изучалась в зличных природно-климатических условиях (Козменко A.C., 1948, 54,1963; Сухарев И.П., 1966; Сурмач Г.П., 1971,1976,1982; Зыков 1982, Гаршинев Е.А., 1990,1995; Ивонин В.М., 1992; Барабанов 1993 и др.). В результате исследований установлено, что вли-ie ЗЛН на эрозионно-аккумулятивные процессы обусловлено совмес-ш действием ряда факторов: улучшением водно-физических свойств ты под пологом лесных полос (Адерихин П.Г., 1970; Зыков И.Г., гченко К.И., Петелько Н.Е., 1985), противоэрозионной ролью лес-i подстилки и корневых систем (Созыкин Н.Ф., 1939; Колесниченко }., 1971; Калиниченко Н.П., Зыков И.Г., 1986; Тарасов В.И., ¡8), пространственным влиянием на снегораспрёделение и промерза-г почвы (Качинский H.A., 1927; Сухарев И.П., 1966; Сурмач Г.П., 58; Терешкин A.B., 1991,1992; Барабанов А.Т., 1993), а также на злимацию снега (Панов В.И., 1989; Зыков И.Г., Зубов А.Р., 1992). 1ствие указанных факторов приводит к высокому водопоглощению в :ополосе и кольматажу мелкозема, смываемого с поля.

Почвозащитная (противоэрозионная) эффективность ЗЛН значи-гьно повышается при их сочетании с гидротехническими сооружениями 'С) (Сурмач Г.П., Барабанов А.Т., Гаршинев Е.А., 1975; Панов В.И., >мач Г.П., 1975; Зыков И.Г., Ивонин В.М., 1979; Зубов А.Р., 1988; >нин В.М., 1989 и др.) ив большой степени зависит от характера размещения на склоновых землях.

Анализ литературных источников показал, что исследования в ювном проводились во взрослых насаждениях при прямолинейной ор-мзации территории, немногочисленны они для степи Украины и в >бенности для Донбасса. Изучение противоэрозионной роли молодых 1 и изменения ее с возрастом при КОТ необходимо для создания бо-; эффективных противоэрозионных комплексов.

JL

2. Природно-климатические условия района и следований

Исследования проводились в зоне степи на территории Луган« области в пределах Донецкого лриродао-сельскохозяйственного окр;>

Климат района исследований континентальный, засушливый, с I 0,9-1,0. Осадков выпадает 390-550 мм, ливневые осадки - 12 ь повторяемость их - 6. Дней в году с сильным ветром - 30, преиь щественно с ноября по май, в этот период преобладают ветры воете ных и юго-восточных направлений-. Глубина местных базисов эрозии 180-220 м, расчлененность территории более 2 км/км2. Эродирова ность пашни - 66, дефляционноопасной пашни - 96, распаханность i ритории - 61 %. Степень ветроэрозионной опасности - сильная, опа ности водной эрозии - сильная.

3. Программа, методика и объекты НИР.

Выполнение исследований предусматривало три этапа работ. Е первом этапе изучалось состояние вопроса. В результате была выдв нута рабочая гипотеза взаимосвязи факторов, обуславливающих вл яние молодых лесных полос на эрозионно-аккумулятивные процессы ( в виде структурной блок-схемы и составлена рабочая программа.

В соответствии с целью исследований и состоянием вопро программой предусматривалось изучение следующих вопросов:

1. Влияние формирующихся контурных лесных полос на снегоотл жение в межполосном пространстве.

2. Факторы, влияющие на интенсивность впитывания стока тал вод в стокорегулирукщих лесных полосах на стадии их формирован (глубина промерзания почвы, ширина лесных полос и количество ряд в них, наличие ГТС, интенсивность подтока, средняя высота насажд ния, смешение пород и др.) .

3. Факторы, определяющие поверхностный сток талых вод с ло бинных водосборов (запасы воды в снеге и интенсивность снегот яния, глубина промерзания почвы, наличие ГТС, лесистость, морф метрические показатели ложбинных водосборов и др.).

4. Смыв почвы на межполосном пространстве.

5. Факторы, определяющие кольматаж твердого стока в лесной полосе.

6. Эффективность агротехнических и лесоводственных уходов молодыми стокорегулирупцими лесополосами.

Второй этап предусматривал подбор опытных объектов и провед ние на них экспериментальных исследований. Полевые работы провод

лись в ОПХ "Ударник" ИОП УААН, относящемся к Краснодонско-Пере-вальскому эрозионному району, характеризующемуся сильной степенью потенциальной опасности водной и ветровой эрозии (Лавровский A.B., Другова Е.П., 1981). Эрозиокно-гидрологические характеристики талого стока изучали на 11 опытных водосборах ложбинного звена гидрографической сети (ГГС) площадью от 0,15 до 14 га. Расположены они на слабовыпуклом склоне юго-восточной экспозиции крутизной 2,4-4,2 с сильной степенью ложбинного расчленения. Почвы представлены в основном черноземами обыкновенными средне- и сильносмытыми на элювии плотных карбонатных пород. Стокорегулирующую и кольматирующую роль лесных полос изучали на стоковом стационаре (13 стоковых площадок) по методу напуска привлеченного стока (Гаршинев Е.А., Пружина Б.И. ,Картамышев Н.И. и др., 1981) и на рабочих участках лесных полос в замыкающем створе опытных водосборов. Влияние агротехнических и лесоводственного уходов на рост и развитие древесных пород изучали на 46 пробных площадях, заложенных в лесных полосах 1988-1990 гг. создания. Работы выполнялись по общепринятым в лесомелиорации методикам (Долгов С.И., 1966; Кобранов Н.П.,1973; Сурмач Г.П., Барабанов А.Т., Гаршинев Е.А. и др., 1975; Дударев А.Д., Гладышева Н.В.,Лозовой А.Д., 1978; Заславский М.Н., 1983; Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986; Зыков И.Г., Панов В.И., 1989 и др.).

Третий этап предусматривал аналитическую обработку результатов исследований. Особенностью его явилось то, что построение математических моделей для многофакторных зависимостей проводилось с помощью остаточного метода (последовательного исключения значащих факторов, метод Брандона), хорошо зарекомендовавшего себя при построении многофакторных моделей в эрозиоведении (Белолипский В.А., Шелякин Н.М., Игуменцев А.Ф., 1985; Зубов А.Р., 1988;Тарасов В.И., 1988, 1989; Лавровский А.Б., Игуменцев А.Ф., Уткин Д.И., 1990), метеорологии (Константинов А.Р., Химин Н.М., 1988; Игуменцев А.Ф., Шикота Н.Г. и др., 1990), почвоведении (Греков В.А., 1988) и других областях науки.

4. Эрозионно-аккумулятивные процессы в системе молодых стокорегу— лирующих лесных полос

Наблюдения за эрозионно-аккумулятивными процессами проводились в 1992-1994 годах, при этом.в 1993 году весенний сток, формировался дважды - с 27 февраля по 1 марта и с 14 по 17 марта.

Снегоотложение в системе стокорегулирующих лесных полос и про— тивоэрозионных гидротехнических сооружений при их контурном размещении

Снежный покров за период исследований был неустойчивым и среднем не превышал 13 см. Влагозапасы в снеге перед снеготаяние составили в 1992 году 28.4 мм, в 1993 - в первый период, стока 19.8, во второй - 18.4, в 1994 - 16.4 мм при среднемноголет» значении 17 мм. Наблюдалось увеличение снегозапасов в верхней ча> ти ветроударных склонов на 40 % по сравнению с нижней частью, варианте "поле с системой лесных полос и валов-канав" влагозапа! в снеге были на 57, а в варианте "поле с системой валов-кана] на 30 % выше по сравнению с полем без лесополос и гидросооружени Несмотря на увеличение снегонакопления в системе молодых леем полос, образования снежных шлейфов не выявлено.

Изучено метельное перераспределение снега в элементы ГГС ложбины, лощины, выположенный овраг, балку с донным оврагом. Уст, новлено, что оно возрастает с увеличением угла между направлена метельных ветров и тальвега элемента ГГС (Xi, град.), глуби* звена ГГС (Хг, м) и наличием 3J1H (Хз) . Данный процесс описываете уравнением:

Y = (6.8+0.0012 (Xi+1)2'5) (O.6+O.OI8X23) (3.62е("1'шх31-1)

R = 0.94 ± 0.01, Еотн = 1,66 % Значения факторов варьировали в следующих пределах: Хх = 0- 80, Хг = 1 - 5 м, значение Хз равно 1 при сочетании < лесополосой, 2 - поле в зоне влияния лесополосы, 3 - поле без л( сополос или вне их зоны влияния. Метельный перенос снега происх< дил при скорости ветра 10-15 м/с.

Температурный режим воздуха в период снеготаяния В годы с приблизительно одинаковыми влагозапасами в снеге п< верхностный сток может существенно отличаться и даже отсутств< вать. Он зависит не столько от количества снега, сколько от инте1 сивности его таяния (Долгилевич М.И., Швебс Г.И., Зыков И.Г 1992). Снеготаяние же зависит от хода суточных температур и, частности, от размаха между максимальными и минимальными их пок; зателями (Young R.A., Benoit G.R., Onstad С.А., 1980). Анализ ра: личного сочетания средних за период снеготаяния суточных показат* лей температур (средней - Т^,, максимальной - Т,их и минимальной -Tmin) позволил установить тесную корреляционную связь между коэффициентом стока и показателем, названным температурным коэффицие! том снеготаяния (Kt) : Kt = (Tnax-Tmin) /Тер

Промерзание и оттаивание почвы

Мягкие зимы с частыми оттепелями способствовали небольшому промерзанию почвы. Так, на межполосном пространстве (многолетние травы) почва промерзла в 1992 году на 24-30, 1993 - 22-27, 1994 -27-30, а в лесополосах соответственно на 14-20, 13-16 и 14-20 см при среднемноголетнем значении 40см (на озимых) . При этом в верхнем слое почвы образуется "ледяной экран" (Гаршинев Е.А., 1995), способствующий возникновению стока при сравнительно малых влагоза-пасах в снеге и глубине промерзания почвы. Оттаивание почвы в лесополосах происходило более интенсивно, чем в поле, что вело к большему водопоглощению в них.

Водопроницаемость почв при прохождении стока талых вод

В лесной полосе водопроницаемость мерзлых почв по тальвегу ложбин составила 0.043 мм/мин за первый час и 0.103 - за 5 часов, на межполосном пространстве (многолетние травы) - соответственно 0.003 и 0.017 мм/мин, что на порядок ниже, чем в лесополосе. На водоразделе водопроницаемость в обеих вариантах оказалась выше в 1.6-2.5 раза. В канаве по нижней опушке лесной полосы в среднем за 14 часов интенсивность впитывания в первой половине периода стока составила 0.20, во второй половине - 0.60, в среднем же за весь период стока - 0.40 мм/мин.

Математическая модель стока талых вод с ложбинных водосборов

Анализ экспериментальных данных эрозионно-гидрологических показателей на опытных водосборах в условиях одинакового рельефа, агрофона и почвенных условий позволил выявить совокупное влияние температурного коэффициента снеготаяния (К1:), глубины промерзания почвы (Р), протяженности гидросооружений (6), лесистости водосбора (1>) и вторичных уклонов ложбин на коэффициент стока. При этом вторичные уклоны влияют опосредованно - через противоэрозионную устро-енность линейных рубежей (Холупяк К.Л., 1973), поэтому в математическую модель введены "эффективные" лесистость и протяженность ГТС, т.е. отношение дайны или площади рабочих участков к общей площади водосбора. После исключения влияния указанных факторов на результирующий оказалось, что влагозапасы в снеге, влажность верхнего слоя почвы, длина линии тока, площадь и средняя ширина водосборов не оказывают достоверного влияния на коэффициент стока.

Общий вид полученной математической модели имеет вид:

У = £{Ш х £(Р) х х £(Ь)

ности модели и интервалы варьирования значений факторов, в которь правомерно применение модели, приведены в таблице 1. Для удобен вычислений по полученной модели построена номограмма (рис. 1).

Таблица 1.

Результаты построения математико-статистической модели коэффициента стока талых вод с ложбинных водосборов

Уравнения функций факторов Интервал варьирования значений факторов

± (И) =1/ (2.82КЬ-0.065№2-4.34) ± (Р) =1/ (0.87+1.766хЮ6хе,~0-"р)) £ (Э) =1/(0.85-0.0002С+8х10~6С2) £(I.) =1/(0. 94+0.ОЗЫ № = 2.25 - 26.5 Р = 22 - 30 см в = 0 - 256 м пог/га Ь = 0.23 - 8.06 %

Коэффициент множественной корреляции И = 0.974±0.0036 Относительная ошибка Е = 12.2 %, Критерий качества Кгк = 0.225

Интенсивность впитывания стока талых вод в лесной полосе

Математико-статистическая обработка экспериментальных данны позволила установить достоверное влияние на интенсивность впитыва ния поверхностного стока талых вод в молодых лесных полосах ряд факторов (при прочих равных условиях). Наибольшая теснота связ изучаемого фактора установлена с интенсивностью поступления талы вод в лесополосу (I). Вторым по силе влияния оказалась степень за топления рабочего участка лесополосы - отношение площади прудков общей площади рабочего участка или стоковой площадки, выраженное процентах (г). Далее в порядке убывания силы влияния идут глубин промерзания почвы в лесополосе (Р1), водоемкость ГТС, совмещенны с лесополосой (Уд), продолжительность стока (Т) и средняя высот насаждения (Н). Выявлено, что для данного возрастного периода ин тенсивность водопоглощения не зависит от количества рядов в лесно полосе, этот показатель влияет опосредованно - через Ъ.

Общий вид полученной математической модели имеет вид: У = £(1) х £{%) х £ (Р1) х ^Уд) х £ (1) х £ (Н) Уравнения соответствующих зависимостей, показатели адекват ности модели и интервалы варьирования значений факторов, в которы правомерно применение модели, приведены в таблице 2. Для удобств вычислений по полученной модели построена номограмма (рис. 2).

Глубина промерзания почвы, см 30 29 28 27 26 25

24 '>23 22

■ I

256 200 150

Температурный коэффициент снеготаяния

Коэффициент стока

Рис. 1. Номограмма определения коэффициента стока с ложбинных водосборов

Смыв почвы на межполосном пространстве

В условиях одинакового рельефа, почвенных характеристик, аг-рофона и почвозащитных агротехнических приемов выявлена тесная связь смыва со слоем стока. Характер связи, уравнение регрессии и коэффициент корреляции приведены на рис. 3.

Кроме этого в 1988-1994 годах изучали смыв почвы талыми водами на различных агрофонах. В среднем за период исследований он составил: многолетние травы второго-третьего года - 0.65, многолетние травы первого года + стерня -.0.73, стерня- 0.86, озимые- 1.13, зябь - 2.31 м3/га.

Таблица 2

Результаты построения математико-статистической модели интен сивности впитывания поверхностного стока тальк вод в лесной полос

Уравнения функций факторов Интервал варьирования значений факторов

£(I) = 0.065+0;126x1-0.013х12 £{%) = 1.105+0.0142-41.4/г2 £(Р1) = 0.699+0.172Р1-0.0105Р12 ЦУд) = 0.852+0.324Уд0"5 £ (Т) = 0.766хТ/ (Т-84. 65) Г СН) = 1/(0. 99+12.96е(~зн)) I = 0.04 - 2.205 мм/мин г = 9 - 33 % Р1 = 13 - 19 см Уд = 0.1 - 1.3 м'/м пог Т = 210 - 1620 мин Н = 1.3 - 6.7 м

Коэффициент множественной корреляции И = 0.947±0.009 Относительная ошибка Е = 18.0 %, Критерий качества Кгк =0.32

Интенсивность подтока, мм/мин

Интенсивность впитывания, мм/мин

Рис. 2. Номограмма определения коэффициента стока с ложбинных водосборов

w 1.0 • 0.8 0.6 0.4 0.2

°0 5 10 15 20 hCT,MM

Рис. 3. Зависимость смыва на межполосном пространстве (W, м3/га) от слоя стока (her)

Кольматаж взвешенных наносов в лесной полосе

Вследствие уменьшения скорости водных потоков и просачивания части поверхностного стока в почву в лесной полосе происходит кольматаж мелкозема, смытого на полевой части склона. В результате исследований установлено, что кольматаж в лесной полосе повышается с увеличением слоя подтока в лесополосу (h) и интенсивности впитывания в лесной полосе (Iv). На рабочих участках лесополос лесная подстилка только начинает формироваться, она маломощна и проективное покрытие ее на стадии смыкания в междурядиях к моменту весеннего снеготаяния составило для вяза приземистого - 7-15, березы повислой - 9-19, тополя, ясеня ланцетного, кленов остролистного и явора - 11-23 %. Поэтому влияние таких факторов как возраст и подстилконакопительная способность древесных пород на кольматаж в лесной полосе выявить не удалось. Вместе с тем, для данного возрастного периода оба эти фактора влияют интегрированно через среднюю высоту насаждений (Н).

Общий вид полученной математической модели имеет вид: У = f(h) х f(Iv) х f(Н)

Уравнения соответствующих зависимостей, показатели адекватности модели и интервалы варьирования значений факторов, в которых правомерно применение модели, - приведены в таблице 3. Для удобства

вычислений по полученной модели построена номограмма (рис. 4).

Средние по водосборам показатели, характеризующие ЭАП в сис теме молодых стокорегулируювдях лесных полос, приведены в таблице

Таблица 3.

Результаты, построения математико-статистической модели коль-матирующей способности лесных полос при стоке талых вод

Уравнения функций факторов Интервал варьирования значений факторов

£ (Ь) = -0.35+0.034Ь-8х10~6Ь12 Ь = 22 - 2050 мм

^З^) = 1.Пх1\г/(0.02+1у) XV = 0.01 - 0.30 мм/мин

£ (Н) = 1.21хН/(0.75+Н) Н = 0.8 - 6.7 м

Коэффициент множественной корреляции И = 0.97±0.005 Относительная ошибка Е = 23.1 %, Критерий качества Кгк =0.24

Приток в лесную полосу, ми 200018001600 14001200 1000 800 600 400 200 О

0.30 0.20 0.10

0.05

0.03

0.01

0.7 1.0 2.0 3.0 5.0 7.0

Интенсивность впитывания в лесной полосе, им/мин

Средняя высота лесной полосы, м

д.

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 Кольматаж в лесной полосе, и3/га

Рис. 4. Номограмма определения объема кольматажа в лесной полосе

Таблица 4.

Обобщенные показатели ЭАП в системе молодых стокорегулирующих лесных полос за период исследований

Показатель 1992 1993-1 1993-2 1994

Влагозапасы в снеге на водосборе, ълл 28.4 19.8 18.4 16.4

Температурный коэффициент снеготаяния 2.3 26.5 6.4 2.25

Средняя высота лесной полосы, м 2.6 3.4 3.4 4.1

Продолжительность периода стока, мин 1376 324 1344 1260

Обеспеченность влагозапасов в снеге,% 25 34 31 28

Обеспеченность стока с поля, % 51 98 89 76

Слой стока с поля, мм 24.7 2.1 7.4 13.2

Коэффициент стока с поля 0.88 0.11 0.42 0.82

Смыв с поля, м3/га 0.95 0.07 0.20 0.60

Интенсивность впитывания стока в

лесной полосе, мм/мин 0.089 0.085 0.059 0.055

Кольматаж твердого стока в лесной

полосе, м3/га лесополосы 7.0 0.7 2.1 4.6

Слой стока с водосбора в замыканцем

створе, мм 14.4 0.01 1.3 9.2

Коэффициент стока с водосбора в

замыкаицем створе 0.51 0.0006 0.07 0.56

Снижение лесополосой слоя стока с

водосбора, % 41.7 99.95 99.1 30.3

Кольматаж твердого стока в лесной

полосе, в % от смыва на водосборе 51.0 85.0 81.5 51.4

Примечание: 1993-1 - период стока 27 февраля - 1 марта 1993-2 - период стока 14 - 17 марта

5. Эффективность агротехнических и лесоводственных уходов за лесными полосами на стадии их формирования

Агротехнический уход за лесными полосами и его влияние на рост древесных пород в высоту

При внедрении в ОПХ "Ударник" почвозащитной системы земледелия с контурной организацией территории создано в 1988-1990 годах 62.7 га защитных лесных насаждений. Варианты агротехнического ухода за лесными полосами в процессе их создания приведены в таблице 5.

Уравнения соответствующих зависимостей, показатели адекват-

Таблица 5.

Варианты агротехнического ухода за лесными полосами

Кол-во уходов

Вариант Примечание

в в меж-

ряду дурядии

1 > 5 12-15 ручная прополка в рядах с культивацией

междурядий до смыкания крон

2 4-5 10-12 в первые 2 года - ручная прополка, до сме

кания крон - только культивация междуряда

3 2-3 8-10 как вариант 2

4 1 8-10 в первый год - 1 ручная прополка, до смы-

кания крон - только культивация междурялз

5 0 12-15 культивация междурядий до смыкания крон

без прополки в рядах

В результате исследований влияния вариантов агротехническо] ухода на рост и развитие древесных пород установлены соответствз гадие ранговые критерии (Kay) для математической модели: 1 вариа! - 5, 2 вариант - 4, 3 вариант - 3, 4 вариант - 2, 5 вариант - 1.

Лесоводствекаый уход и его влияние на рост в высоту и качество ствола

В результате опытов установлено, что для тополя, вяза приз« мистого, робинии лжеакации, ясеня ланцетного, березы повисло! кленов остролистного и явора, лесоводственный уход (регулироваю площади питания, уборка ослабленных деревьев, обрезка нижних вег. вей на высоту 1 метр, устранение многовершинности) необходимо нг чинать в возрасте смыкания в рядах (для вяза приземистого, ясе! ланцетного и тополя пирамидального - 3 года). Увеличение высоты результате такого ухода в среднем составило для вяза приземисто] -31, ясеня ланцетного - 43, тополя пирамидального - 77 % средне] общего прироста по высоте на контроле; среднего диаметра - соо1: ветственно 133, 151 и 141 % среднего общего прироста по диаметру контроле. При этом повышается и качество древесных стволов. Так, вяза приземистого количество деревьев с прямым стволом на вариант с лесоводственным уходом увеличилось в среднем на 27.8 % nj одновременном уменьшении многовершинных деревьев (с кустообразнс

кроной) на 33 %. У ясеня ланцетного эти показатели были соответственно 28.5 и 29.0 %.

Система обработки почвы, орудие основной обработки почвы и их влияние на приживаемость, рост и развитие древесных пород

Наилучшие условия роста и развития древесно-кустарниковых пород складывались при подготовке почвы по системе черного пара, далее в порядке убывания идут ранний пар и зябь. Из орудий основной обработки почвы лучшие результаты показали ПЧ-4.0 и стойки СибИМЭ. Так, средняя высота вяза приземистого и ясеня ланцетного в 3-7-летнем возрасте при обработке этими орудиями была соответственно на 8.7 и 21.7 %, а приживаемость на 12-18 % выше, чем при обработке ПН-4-35 и КПГ-250. Это обусловлено разрушением "плужной подошвы" вследствие увеличения глубины обработки до 35-40 см.

Математическая модель хода роста в высоту некоторых древесных пород в лесных полосах

Совместное влияние рассмотренных выше факторов на фоне поч-венно-климатических условий определяет рост и развитие .древесных растений. Для инженерных расчетов важно знать изменение с возрастом таксационных показателей ЗЛН при определенных условиях их выращивания. Поскольку в лесомелиорации одним из основных таксационных показателей является высота насаждений, нами создана математическая модель хода роста молодых лесных полос в высоту для десяти древесных пород в зависимости от следующих факторов (в порядке убывания силы влияния): возраст (А), породный состав (Кбр), агротехнический уход (Kay), плодородие почвы (Кпп) и лесоводственный уход (Клу) . При этом лесные полосы с лесоводственным уходом имеют ранговый критерий 2, без ухода - 1. Породный состав количественно выражен в виде коэффициента быстроты роста, который получен путем исключения влияния возраста как наиболее сильнодействующего фактора: тополь - 1.73, робиния лжеакация - 1.30, вяз приземистый -1.25, береза повислая - 1.03, ясень ланцетный - 0.78, гледичия -0.73, клены остролистный и явор - 0.61, клен татарский - 0.51, ясень обыкновенный - 0.48. Почвенные условия учтены в виде балла плодородия (100-балльная шкала) по материалам бонитировки почв области Луганским филиалом института землеустройства (1993 год).

Общий вид полученной математической модели имеет вид: . Y = f (А) х f (Кбр) х f (Kay) х f (Кпп) х f (Клу.)

Уравнения соответствующих зависимостей, показатели адекват-

>

ности модели и интервалы варьирования значений факторов, в которь правомерно применение модели, приведены в таблице 6. Для удобст! вычислений по полученной модели построена номограмма (рис. 5) .

Таблица 6.

Параметры уравнений функций расчетной модели по факторам

Уравнения■функций факторов Интервал варьирования значений факторов

£(А) = 0.077+0.272А+0.067А* А = 1 - 7 лет

1 (Кбр) = 0. 98Кбр1,02 Кбр = 0.48 - 1.73

1 (Кау) = 0.77+0.029Кау1,5 Kay =1-5

£(Кпп) = 1.08-17.68/Кппл1.5 Кпп =15-63

£(Клу) = 0.89+0.095Клу Клу =1-2

Коэффициент множественной корреляции И = 0.976+0.002

Относительная ошибка Е = 12.07 %, Критерий качества Кгк = 0.21

Возраст 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5

Древесная порода

Яо

Агротехнический^ уход

Лесовадственный уход

Балл плодородия

15

25 37 40 63

11 10 9 87 б 54 3 2 1 0 Средняя высота, м

Рис. 5. Номограмма определения средней высоты древесных пород в лесных полосах

б. Эколого-экономическая оценка ЗЛН

Эколого-экономическая оценка ЗЛН проведена по методике и нормативам, разработанным в Институте охраны почв (Медведев Н. В., Дмитренко В.Л. и др.,1988; Дмитренко В.Л.,1992 и др.). Экономическая оценка выполнена по опытным данным хода роста в высоту и нормативам прибавок урожая от мелиоративного влияния лесных полос. Экологический эффект в денежном выражении исчислен через предотвращенные потери почвы по ее восстановительной стоимости в приведенных затратах и величине условно чистого дохода на компенсацию потерь плодородия.

Анализ расчетов позволил установить связь между чистым эколо-го-экономическим эффектом (Эч, руб) и средней высотой насаждения (Н, м) :

Эч = -349 + 227Н , И = 0.98 ± 0.002

Выводы

1. Влияние молодых лесных полос на эрозионно-аккумулятивные процессы обусловлено их стокорегулиругацей и кольматирукщей ролью.

2. В системе молодых лесополос повышаются влагозапасы в снеге на межполосном пространстве. Наблюдается более равномерное распределение снега благодаря значительному сокращению сдувания его в гидрографическую сеть. В самих насаждениях почва промерзает на меньшую глубину, быстрее оттаивает и имеет большую водопроницаемость, чем на межполосном пространстве, что приводит к большему водопоглощению стока талых вод.

3. Интенсивность стока талых вод в первую очередь зависит от хода суточных температур, и прежде всего от размаха их минимальных и максимальных показателей. При этом она повышается с увеличением глубины промерзания почвы и уменьшается при увеличении протяженности гидротехнических сооружений на 1 га и лесистости водосборов.

4. В условиях значительной ложбинистости склонов на задержание и поглощение стока работают не вся лесополоса или гидросооружение, а лишь рабочие участки на пересечении с ложбинами, поэтому в расчетах целесообразно использовать протяженность гидротехнических сооружений на 1 га и лесистость водосборов с учетом их проти-воэрозионной устроенности.

5. Интенсивность впитывания стока талых вод в лесной полосе при прочих равных условиях повышается с увеличением интенсивности притока, степени затопления рабочих участков, наличии ГТС и их во-доемкости, а также средней высоты насаждения. Увеличение глубины промерзания почвы в лесной полосе и продолжительности периода стока ведут к уменьшению интенсивности впитывания.

6. В условиях одинакового рельефа, почвенных условий, агрофо-на и почвозащитных приемов смыв почвы на межполосном пространстве зависит от слоя стока. Влияние агрофона выражено коэффициентами: многолетние травы второго-третьего года - 1.00, многолетние травы первого года + стерня - 1.12, стерня - 1.32, озимые - 1.74, зябь - 3.55.

7. Кольматаж твердого стока в молодых лесных полосах повышается с увеличением притока талых вод, интенсивности впитывания стока в лесополосе, а также при увеличении высоты насаждения.

8. В возрасте 3-5 лет (стадия смыкания) лесные полосы из быстрорастущих пород в зависимости от обеспеченности стока снижают его слой с водосбора на 30-100 % и кольматируют от 51 до 85 % смытой на водосборе почвы.

9. Высота, срок смыкания и лесоводственное состояние лесонасаждений одинакового возраста в пределах породы зависит от количества и качества агротехнических уходов, разница при этом может достигать 50-100 % по высоте и 2-3 года (для вяза приземистого) по сроку смыкания.

10. Ранний лесоводственный уход за быстрорастущими древесными породами (для тополя, вяза приземистого и ясеня ланцетного - с 3 лет, повышает прирост деревьев по высоте и диаметру, качество древесных стволов, способствует формированию продуваемой конструкции лесной полосы.

11. Шкала быстроты роста основных древесных пород для возраста молодняков имеет следующий вид: тополь - 1.73, робиния лжеакация - 1.30, вяз приземистый - 1.25, береза повислая - 1.03, ясень ланцетный - 0.78, гледичия - 0.73, клены остролистный и явор -0.61, клен татарский - 0.51, ясень обыкновенный - 0.48.

Предложения производству

1. Для расчета эрозионно-гидрологических показателей стока талых вод в системе молодых лесных полос предлагается ряд математических моделей:

- коэффициента стока талых вод с ложбинных водосборов;

- интенсивности впитывания стока талых вод в лесных полосах;

- смыва почвы на межполосном пространстве;

- кольматаж твердого стока в лесной полосе;

- хода роста в высоту основных древесных пород.

Для использования в конкретных условиях они могут быть дополнены соответствующими коэффициентами (по агрофонам, почвенным и рельефным условиям, почвозащитным приемам и т.п.). Для облегчения расчетов по большинству модней построены соответствующие номограммы и даются листинги компьютерных программ на языке BASIC.

2. Для увеличения водопоглощения в лесных полосах совмещать их с простейшими гидротехническими сооружениями, размещая их в нижнем междурядий или на нижней опушке, но не далее половины ширины междурядия. При этом в условиях значительной ложбинистости склонов гидросооружения устраивать только на пересечении лесополос с ложбинами, так как на межложбинных водоразделах они практически не работают.

3. В связи с зависимостью стокорегулируюцей и кольматирующей роли, а также эколого-экономической эффективности молодых лесных полос от высоты насаждения рекомендуется создавать их из быстрорастущих древесных пород, при этом в качестве главных для условий Донбасса можно использовать тополь, вяз приземистый, березу повислую, робинию лжеакацию, ясень ланцетный. В качестве сопутствующих могут выступать клены остролистный, явор, полевой и татарский, липа мелколистная, груша обыкновенная и др.

4. В лесных полосах, созданных из быстрорастущих древесных пород, лесоводственный уход следует начинать в раннем возрасте (на стадии смыкания в междурядиях). Для вяза приземистого и тополя из неукорененных черенков такой уход рекомендуется начинать в возрасте трех лет. В этом случае повышается прирост по высоте и диаметру, улучшается качество стволов и форма крон, формируется необходимая конструкция, создаются более благоприятные условия произрастания для оставляемой части древостоя.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Рост и приживаемость вяза приземистого в лесных полосах при контурно-мелиоративном земледелии // Тез. докл. науч.-техн. конф. ЛСХИ.- Луганск, 1990.- С. 50.

2.. Защищенность пашни от дефляции лесными полосами при контурной организации территории // Эколого-биологические исследова-

j

ния в агролесомелиорации.- Волгоград, 1991.- Вып. 3(64).- С. (в соавторстве).

3. Изучить рост и строение эталонных лесных полос и разрабо тать рациональную схему отвода сельскохозяйственных угодий по лесные насаждения в противоэрозионных комплексах // Агролесомели оративные исследования в СССР.- Вып. 14(70).- Волгоград, 1991.- С 147-148, (в соавторстве).

4. Теоретически обосновать и разработать оптимальные сочета ния лесомелиоративных мероприятий, включаемых в противоэрозионны комплексы // Агролесомелиоративные исследования в СССР. - Вып 14(70).- Волгоград, 1991.- С. 148-149, (в соавторстве).

5. Особенности создания систем защитных лесных насаждений пр: переходе на контурно-мелиоративное земледелие // Современные аспе ты контурно-мелиоративного земледелия: Тез. докл. Всесоюзн. науч. практ. конф.- Т.2.- Луганск, 1992.- С. 75-77 (в соавторстве).

6. Метод исследования стокорегулирующей функции водосборо суходольного звена гидрографической сети // Информационный листо: Луганского ЦНТЭИ N 41-93.- Луганск, 1993 (в соавторстве).

7. Стокорегулююча роль молодих л^совых смут // Шляхи рац! онального використання земельних pecypciB УкраХни: Тез. допов м1жнар. наук.-практ. конф.- Ч.2.- Чабани, 1995.- С. 24.

8. Особенности проектирования стокорегулирующих лесных поло< при контурной организации территории // Земельн1 ресурси Укра!ни рекультивац1я, рацл-ональне використання та збереження: Мат. м1ж нар. наук, конф.- Днз.пропетровськ, 1996.- С. 175-176.

9. Кольматаж твердого стоку в молодых л1сосмугах // Наслл.дк наукових пошук1в молодих вчених-аграрник1в в умовах реформуванн. АПК: Мат. м1жнар. наук.-практ. конф.- Ч.З.- Чабани, 1996.- С. 34.