Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние защитных лесных насаждений на плодородие почв в агроландшафтах Окско-Донской равнины

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

Автореферат диссертации по теме "Влияние защитных лесных насаждений на плодородие почв в агроландшафтах Окско-Донской равнины"

РГ6 Ой " 8 ОКТ 1306

На правах рукописи

ЗЕРЧЕНОВ АЛЕКСЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ В АГРОЛАНДШАФТАХ ОКСКО-ДОНСКОЙ РАВНИНЫ

Специальность 0S.Q3.04 - Агролэсомаписрация и ззщгггисе лэсораззздон'ле, сзелененяа населенных пуиктоз

диссертации 5-:а саисханка учекоГз сгаг!ен:з

гчс^.'"7 ^ с ■ с с;' с гi £с7¡г'-' vм ы}' кс^'п

Е'С'ЛГСТрДД ~

Г:1!"!0",'.'\ выполнена во Всероссийском научно-исслецовательском институте агролесомелиорации (ВНИАЛМИ).

Яаучмый руководитель - доктор сельскохозяйственных наук К.М.Кретннин.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук М.М.Лазарев, кандидат сельскохозяйственных наук К.И.Зайченко.

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский институт сельского хозяйства ЦЧП им.1 В.В.Докучаева.

Защита состоится "¿9" ОШ1996 г, в " (О " час. на заседании диссертационного совета Д-020.11.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте агролесомелиорации.

Адрес: 400062, г.Волгоград, ул. Краснопресненская, 39, ЕШАЛМИ. ..'•..

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

Автореферат разослан "" 1996 г.

У че ны й се кретарь диссертационного совета

Л.А.Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В системе мер по стабилизации и оздоровлению экологической обстановки, рациональному использованию и охране земельных ресурсов одно из ведущих мест принадлежит агролесомелиорации и многоцелевому лесоразведению. Из-за преимущественно ресурсозатратного ведения хозяйства сельскохозяйственные земли России в подавлящем большинстве находятся в состоянии мелиоративного и экологического кризиса.: В областях Центрального Черноземья сельскохозяйственные угодья уже распаханы до такой степени, что почти не осталось нетронутых участков. Установившийся отрицательный баланс гумуса почв снизил их агрофизические качества. Такое положение с землей вызывает необходимость привлечения всех доступных мероприятий по защите ее от эрозии, улучшению гидроклиматического режима сельскохозяйственных территорий, восстановлению утрачиваемого плодородия.обрабатываемых почв, повышению продуктивности" растениеводства и животноводства. Назрела необходимость перехода отрасли к биологическому земледелию. При экологизации земледелия систем* лесных полос служат организующим началом землепользования и выступают основным природным фактором преобразования' антропогенного агроландшафта в саморегулирующийся биогеоценоз.

Под' защитными лесными насаждениями и на' прилегающих псл:и: существенно изменяются условия почвообразования, направленность и скорость почвенных процессов, повышается потенциальное и эффективное плодородие почв. Мониторинг почвенного плодородия ле~ соаграрных ландшафтов становится актуальны}.! разделом лесного !.••:— лиоративного почвоведения, ровденного вместе со степным лесоразведением и заложенного в трудах отечественных ученых Б.В.Дсг-'ча» ева, Ц.А.Костычева, Г.5.Морозова, Г.Н.Вксоц::ого, Л.А.Изь'-ги.-сг'.р-

о

го, В.Р.Вильямса. Дальнейшее углубление представлений о взаимодействии лесных насаждений с почвами, связанное с именами C.B. Сонма, А.С.Скородукова, П.Г.Ацерихина, Г.М.Тушка, А.Л.Бельгар-да, П.Е.Соловьева, Л.Ф.Бядюниной и многих других исследователей, потребовало решения ряда теоретических и практических вопросов, имеющих большое народохозяйственное значение.

В настоящее время имеется многг противоречивых заключений о направленности и количественных показателях воздействия лесных насаждений на свойства почв и почвенные процессы. Не решены полностью вопросы технологии возделывания сельскохозяйственных культур на межполосных полях, питательного режима почвы, баланса и • круговорота питательных элементов в условиях Оксхо-Донсяой равнины. В связи с проблемой сохранения и накопления почвенного гумуса актуально изучение процессов аккумуляции вещества и энергии з черноземных почвах лесоаграрных лавдшафтов, тесно связанное с биологизацией земледелия и•защитой .природной среды.

Цель и задачи исследований - изучить влияние защитных лес-- ' ных насаждений на свойства, плодородие черноземных почв и уро- . жайность сельскохозяйственных культур в лесостепной зоне.на территории Окско-Донской равнины-в условиях .интенсивного сельскохозяйственного пользования и развития эрозионных процессов. Для,-решения поставленной задачи было необходимо: I) с-целью объек- -тивной оценки результатов исследований изучить характер отложе- . кия снега в межполосных полях, расчитать влагозапасы снега и почвы, водообеспеченность растений; 2) определить эффективность применения удобрений при возделывании сельскохозяйственных куль-тур на межполосных полях; 3) определить объемы и темпы аккумуляции гумуса и биофильных элементов в почвах лесоаграрных ландшафтов ; 4} расчитать энергетический эффект от лесомелиорации почв.

Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые на ландшафтной основе и обширном фактическом материале установлено влияние защитных лесных насаждений (ЗЛИ) полосного и массивного типов, различного возрастг. и породного состава на изменение плодородия почв и некоторые элементы почвообразовательного процесса в агроландшафтах Окско-Донской равнины б условиях интенсивного использования земель в сельскс-лозяйственном производстве и активного проявления процессов водной эрозии.

Изучено мелиоративное влияние систем полезащитных лесных полос на почвенные процессы выщелоченного чернозема; характер отложения снежного покрова и запасы воды в нем на лесомелиори-руэмом пространстве агроландшафта; вымывание нитратного азота за хол дный период года под снежными шлейфами у лесных полос; изменение объемов и темпов аккумуляции гумуса и биофильнкх элементов как под самой лесной полосой, так и на прилегающем к ней межполосном пространстве; показано влияние лесных насаждений разного возраста и породного состава на восстановление плодородия эроди-робанных земель гидрографической сети. Впервые представлена энергетическая эффективность лесной мелиорации почв агроландшафтов центральной части Окско-Донской равнины.

На основании проведенных исследований сельскохозяйственным производителям в Тамбовской и соседней с ней областях рекомендуется считать системы ЗШ важным звеном в сохранении и восстановлении плодородия почв и повышении урожайности сельскохозяйственных культур. При планировании и проведении агротехнических мероприятий на межполосных полях следует вьщелять зону снежных шлейфов у лесных полос (до 10 Н на заветренной, 5 Н на наветренной сторонах, Н - высота лесной полосы) и межшлейфовую зону. В зоне снежных отложений необходимо вносить повышенные дозы минеральных

удобрений, особенно азотных. При возделывании зериовых культур, в частности озимой пшеницы, в целях получения не только ви2? го, но и качественного урожая необходимо дифференцированнее проведение внекорневых подкормок раствором мочевины.

Апробация работы. Материалы исследований, вошедшие б диссертационную работу, докладывались и обсуждались на научно-технических советах Тамбовского агролесомелиоративного опорного пункта ВНИАЛМИ, ежегодных сессиях ученого совета ВНИАЛМИ (19901994 гг.), б лаборатории почвоведения ВНИАЛМИ (1993 г.). в Тамбовском управлении лесами (1996 г.) и на расширенном заседании отдела полезащитных лесонасаждений ВНИАЛМИ (1996 г.).

По материалам диссертации опубликовано три печатных работы, отражающих ее содержание.

Результаты исследований могут быть использованы при экологизации земледелия и эколого-энерго-зконошчеекой оценке мелиоративного влияния ЗЛН на почву.

Структура и объем работы. Диссертация состоят из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций производству, приложений и списка использованной литературы. Общий объем диссертации 130 страниц, в том числе 25 таблиц, 9 рисунков,. 6 приложений. Список использованной'литературы включает 197 наименований, в топ числе 6 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обосновывается актуальность те:,-л, излагается пиль и задачи исследований, практическая ценность работы,

I. Состояние ропроса. Особое изсто з почвоведении аак;шаз,г проела?.:;., свлаадаая с взаимоотношением нскусствеин-зс деоскасаг:-.Г-дшй и почв сгепи я лесостепи, ус.чов::,'; *л кояраггсгтостс почво-

образовательных процессов под лесной растительностью. Большое влияние на изучение вопроса о взаимоотношении леса и степи, деградации или реградации почв, оказала дискуссия с участием лесоводов, климатологов, ботаников, почвоведов. Ф.Н.Рупрехт, В.Е. Докучаев, Г.Н.Высоцкий, Г.Й.Танфильев, И.В.Сибирцев, К.Д.Глинка объясняли'причину безлесья степей климатическими и почвенными условиями. Ф.Н.Рупрехт в 1896 г..впервые высказал гипотезу о невозможности образования чернозема под лесом и даже его деградацию. П.А.Костычев опытным путем доказал деградацию чернозема. Накопленные результаты исследований в то же время позволили П.С.Косслвичу, В.Н.Талиеву раздать теорию проградации - эволюции лесных земель з чзркоземк. В советский период идею деградации продолжали развязать з своих исследованиях К.П.Горшенин (1924), Г,М.Тугаи (X?S0), Н.И.Усов (1938). В послевоенные годы усилилось изучент-гз злтяния древесной растительности на степные почвы. Более полно вопрос о вргжядсйствии r-зеа с почваки рассматривается 'з обсорных pr-ic^ex С.В.Зоька СГс5о, 1954), П.Е.Соловьева (1957), А.П,?равлее?а (1976), Л.О.Карпачзвспого (1981) •л др.

Приведенные литературные данные показывают, что влияние защитных насаждений на почвы в Европейской части СНГ iny&r?; достаточно полно и сснсзагг. 1ьно. Гораздо меньше работ ко : у вопросу икзется для почв лесостепкоГ' зоны, з частности :.•--• -взро-востока ЦЧР - территории Огоко-Донсиз;- рапниит: v'^z-rr. -В.Ii., 1971, 1987, 1990). Очень мало публикаций пост;-где-- -чению влияния лесных полос на почву мегоюлоснюс погез V. -v.s: Г.М., 1930; Еайко A.C., 1955; Константинов В.Д., IS~r-; у.- .-<• -НИН В.М., 1967, 1971. 1978, 1997) и особэгжгэ вк:с,-черноземов Тамбовской равнины,

Полезащитные лесные полосы no л икая метровую г:гг..иность, способствуют накопло глп снега в кехподоеных г., со*:' Это приводит к .изменению ройного режима l ¿eco?. - ног; '¡ном arpo-ландшафте, что вместе с непосредственный слпя.шес на почву самих древесных насавденнй изменяет развитие почвооЗр^сова-тельного процесса. Тем не менее, влияние лесных полос на особенное--;.; почвообразования в условиях межполосного поля в настоялои г;-......а изучено

недостаточно.

В почве под влиянием ЗШ изыэнястся уровень азотного пита« ния, а также ряд агрохимических показателей питательного режима. Полной ясности в этом вопросе так.« нет. Езотоыу для контроля за уровнем плодородия почвы и определения оптимальной корж внесения удобрений необходимо проводить изучение питательного режима в динамике по всей сирине межполоской клетки.

Ватным направлением защитного лесоразведения в лесостепной зона является сротивоэрозионная лесомелиорация. Ведущее 'место в разработка ее основ принадлежит А.С.Кэзкенко, Г.А.Харитонову; Г П.Сурмачу и др. Большой вклад в развитие противоэрозионной ле-г'с.елиорации внесли И.Г.Зыков, В.М.Ивонин, В.И.Панов и др.

,'^ализ литературы показал, что для решения практических за-..V лесомелиоративного обустройства конкретных территорий Окско-J'jHcr.oti равнины необходимы их детальные характеристики с учетом ;.ик.;\;ики экологической обстановки и антропогенной нагрузки. Из оосора литературы-по вопросу влияния древесной растительности на йГ-..ныо и лесостепные почвы можно сделать следующие выводы:

I. На первых этапах изучения влияния древесной растительно-оги на почвы исследования велись спорадически. Господствовала теория оподзоливания черноземов под влиянием древесной растительности. Существовала и теория эволюции лесных почв в черноземы.

2. При углубленном изучении влияния леса на почву установлены благоприятные изменения морфологических, физических, химических свойств почв и повышения их плодородия. Доказано отсутствие деградации и оподзоливания степных почв под лесными насаждения:.™, образование леезулучшенных черноземных почв.

3. Влияние лесных насаждений на выщелоченный черноземы лесостепной зоны в агролаидсафтах Окско-Донской равнины изучено слабо.

4. Недостаточно изучено влияние лесных насаждений на почву, межполосных полей, а та:схё на восстановление плодородия эродированных зегзль.

Все это послуглло основанием для проведения исследований г:о определению влияния ЗЛН как полосного, таг: массивного типов на свойства и ш:одорЛ"ХС! чер:-"0зе:.:нкх пэ*»з в егролавдшафтах центральной "ести окскс~дг1ско.я сзэкины.

2. СгЯекти и /л-одккч ксследорь.:-":!*

Исс~едсзаная прог-одил-: в ISSC-T294 гг. нн сельскохозяйственных угодьях колхоза Кс.>яггс.-;-,а Ьтаур-зпсксго района и совхоза "Селезневский" Тамбовского рчйона ¿акбоздтов оиластк. Выли использогаш также матзрнэкч, получ-знныа в рзеуяьта?« обследования состоянияЗЛН ряда хозяйств Як-хавинского. Зкаменс:<огг *: С -?-новского районов.

Обьэ:ста;я яселедоэан??я лзлялись г-лезащитккз ¿эенкз her:'. одкопородного состава из берззы ясзгтз-сой .18-го-негэ rp-.j-.rrr. продуваемой конструкции на Та<овсксм стационара и Б?-:гссг-~ • возраста из березы и гсараганы древовидной ааурной консг";>.;./: на Мичуринской стационаре. Если на Тамбовском сгацяои?.?-: лесных полос составляет 15-18 и, а систецу полос ."'5-зс: -гя считать зовсрззиноП кз-са богьлэй глрег.' кслсоно?*.;

ранства (до 800 м). то на '.Дичуринском - высота полеоацитньг.-: насаждений достигает £0-^3 м при полкой завершенноесистемы лесных полос, ширина межполосной клетки не превыгдк:- одйсь 60С ы. На'Тамбовском стационаре в гидрографической сети реки ЧглновоК изучалось также влияние защитных насаждений разного возраста '.1с—30 лет) и породного состава (сосна, береза, дуб) на Еосста-новление плодородия эродированных псгодь.

Почвы опытных стационаров преимущественно слабо- и средне-выщелоченные черноземы, з болыпинстг своем обладгищис слабокислой реакцией. По запасу гумуса в верлКлх горизонтах они относятся к средне- и малогумуоным (4,5-6,5 %). Почиообразующая порода -карбонатные суглинки -и глины. Еоднкй регаш почв непромывной с глубоким весенним прокачиванием.

На большей части территории исследуемого региона за год выпадает б среднем 450-475 мм осадков. Однако распределение их по. месяцам, особенно в период вегетации растений, носит крайне, не-раьн«шрный характер. Гидротермический коэффициент равен 0,9. Зи* мой преобладают метелевые ветры юго-западной четверти. Характери— ■ ¿И'Л погодные условия за период исследований следует отметить, что б;.лг~':рлятнкжт для роста и развития сельскохозяйственных культур ьа ег-:лионарах были 1993, 1994 гг.' и засушливыми 1991, 1992 гг.

Пел изучении почв на лесомелиорируемой территории применяли '¡г^н-.пально-географический и косвенный методы исследований с у-:;~см достоинств и недостатков каждого из них (А.А.Роде, 1971). Су?«. '!:: заклочается в сравнении почвенного покрова в зоне влияния л:-о них насаждений с почвенным покровом вне зоны их воздействия. ..:лл отего через межполосное поле поперек продольных лесных полос и один или два створа, расположенных на расстоянии 50-100 ч друг от друга. По каждому створу располагали почвенные площадки

р

размером 20-30 м . Они были в лесной полосе, на расстоянии 2-4 К от нее и контролем служила площадка, расположенная вне зоны влияния лесного насаждения. В указанных пунктах закладывались почвенные разрезы на.глубину 1-2 м, в которых проводили морфологическое описание и отбор почиенннх образцов из середины генетических горизонтов с трех сторон сплошной колонкой (0-10 см). Вес образца 0,5-0,9 кг.. На почвенных площадках послойны;,! бурением один смешанный образец почвы составляли из пяти индивидуальных.

Неоднородность микроклиматических условий на межполосных полях потребовала разделения лесомелиорируемого пространства на зоны (Захаров В.В., 1971). Таких зон ввделено три, если расстояние между продольными лесными полосами не превышает 30 Н. Зона первая располагается на заветренной стороне лесных полос и занимает пространство от опушки до окончания снежного шлейфа. Протяженность .первой зоны составляет до 10 Н. Зона вторая примыкает к первой со •етороны поля. Зона третья располагается на наветренной стороне лесной полосы. Протяженность ее определяется также как и первой зоны, длиной снежного шлейфа, который обычно не превышает 5 Н. Четвертая зона занимает пространство между второй и третьей. С некоторыми допущениями она принята за контроль.

Опытные делянки размещались в каждой зоне перпендикулярно основным лесным полосам. Размер делянки

25 ы2 Повторность опытов четырехкратная. Варианты относительно друг друга размещали •систематическим способом. Исследования проводились в производственных условиях.

Изучались следующие варианты внесения удобрений под озимые культуры, идущие по черному пару: I - без удобрений; 2 - навоз 120 т/га; 3 - навоз 60 т/га, Ng0PgQK45; 4 - %20Р100%0* В качестве азотного удобрения применялась аммиачная селитра, фосфорного -

двойной суперфосфат, калийного - хлористый калий, а в качестве органического удобрения - навоз КРС. Б опыте с проведением внекорневой подкормки озимой'пшеницы применяли 30 и 45 кг/га азота по ц.2. е виде раствора'мочевины.

Лабораторные анализы почвы выполняли по общепринятым методикам (Аринущкпна В.В., 1970 и др.). Полученные данные были обработаны статистическим методом.

В свежих почвенных образцах нитратный азот определялся с десульфофеноловой кислотой, аммиачный азот "'.с реактивом Несслера, гидролизуемый азот по Тюрину и Кононовой, усвояемый фосфор по Чирикову, обменный калий по Протасову. Определение азота, фосфора, калия в растительных образцах проводили в смеси серной и хлорной кислот. Урожай зерновых учитывался в снопах,.взятых с метровых площадок. Данные учета обрабатывали методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1971).

Экономическая эффективность от аккумуляции, гумуса и биофиль ных элементов в почвах а гроле с оландшафт о в расчитывалась из* оптовых расценок стоимости удобрений до 1990 г. (Прейскурант цен & 05-07, М., 1980), энергетическая эффективность - из энергоемкости гумуса (Методика оценки эффективности.систем земледелия на биоэнергетической основе.' М., 1989) и потребности энергии для производства минеральных удобрений по Крамеру (1987).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. Влияние лесных полос на снегораспределение и влажность почвы. Исследования показали, что на полях,'защищенных лесными полосами сксс снега резко уменьшается, но явление переноса совсем не прекращается. Уменьшение или, увеличение снегосноса зависит от ряда факторов. Главные из них следующие: I) лесистость и

наличие системы ЗЛН; 2) характер подстилающей поверхности; 3) величина снегосборной площади и количество зимних осадков; 4) напряженность метелевого периода и интенсивность ветра; 5) снегорас-пределяющая способность лесных полос и величина межполосного пространства.-

Исследованиями Б.Б.Кондрашова (1971) установлено, что е условиях Тамбовской области оптимальными являются сильно- и ажурно-продуваемые конструкции полезащитных лесных полос из березы повислой однопородного состава. Эта порода отличается быстрым ростом, в благоприятных лесорастительных условиях нашей зоны достигает большой высоты, относительно долговечна и, что немаловажно, способна к• самоочищению ствола от веток б его нижней части, формируя продуваемую конструкцию.

Системы защитных лесных полос, особенно при наличии большое снегосборных площадей, обеспечивают почти стопроцентное снегозадержание и устраняют явление сноса снега с защищаемой территории. Именно такая'система- ЗЛН функционирует в I бригаде колхоза им. Коминтерна-на'Мичуринском стационаре. Здесь достигнуто оптимальное соотношение меаду высотой полезащитных насаждений (20-23 м) и шириной межполосного поля (до 600 м).

Иная ситуация с распределением снежного покрова складывалась на межполосных полях Тамбовского стационара •(табл. I). Здесь, по сравнению с Мичуринским стационаром, значительно меньшие запас-.: снеговой воды. Объясняется это тем, что при высоте лесинх полег 15-18 м- и ширине межполосных полей до 800 м не достигазтсг. лесомелиоративный эффект на всей площади межполосной влетт, >:"о приводит к сносу большого количества снега в гадрографичзс:'.;» рею» Челновой. Но и при таких факторах облесенности но Гг^зьсг/.-стационаре почва в яееомелиорируемом агроландпафте получгс':.

Таблица I

Влагозапасы в снеге в агроландшафте Тамбовского стационара

Лесная полоса ] Агролесоландшафт | Агроландшафт

наблюден. ''л 1 1 |(А, мм) К > а ' " " ,п, см О., мм( к К, см .......Г СА, мм; К

1991 43 90 0,7 30 ' 69 0,4 24 58 0,3

1992 48 109 0,7 34 81 0,5 30 69 0,4

1993 54 132 0,7 31 72 0,4 29 64 0,3

1994 . 50 135 0,6 21 60 0,3 18 50 0,2

Среднее 49 117 0,7 29 71 0,4 25 60 0,3

полнительное увлажнение в количестве II мм по сравнению с обычным агроландшафтом.

Влагообеспеченность почвы - важнейший показатель гидрологии агролесоландшафта и водного питания растений. Под узкими продуваемыми березовыми полосами не наблюдалось сквозного весеннего прокачивания чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого- из-за высокой иссушенности корнеобитаемогс слоя к концу вегетации древесных растений и умеренного накопления снежных отложений в зимний период. Весенние влагозапасы под полезащитными насаждениями • в слое почвы 0-150 см были в среднем на 27 мм меньше ППВ. Вблизи лесных полос под сельскохозяйственными культурами они превышали величину ППВ на 18-41 мм, что свидетельствует о формировании здесь периодически промывного режима почвы (табл. 2). Доля атмосферных осадков в водном питании растений более чем в 2 раза превышала расход влаги из почвенных запасов. Озимые и яровые зерновые культуры продуктивнее расходовали влагу под защитой лесных полос а при внесении удобрений, на что указывает коэффициент во-допотребления.

; Таблица. 2

Элементы баланса влаги в выщелоченном черноземе (0-150 см) под лесной полосой и сельскохозяйственными культурами на Тамбовском стационаре^ мм

----р Культура, \ * j Запасы j ; влаги ¡ ———■ Эффек тивн. Г,.. 11 ! л Расход;мар- Ба- т/т

год \ ! зоны i ; ! до jпосле! 'Bere-jBere-l ¡тацииjтации! осадки за вегетацию влаги из ■ n04iBH ¡ныи ¡рас-;ход !влаги ланс влаги

Лесная полоса 1991, 1992, 1994 480 391 175 ' . \ 89 264 +72 -

Озимые зерновые I. 536 451 ,' 162 85 247 485 772

1991, 1993, 1994 1У 512 435 162. ■ 77 239 +77 810

Ячмень I 548 375 108 , 173 281 +56 796

1991, 1992 1У 525 372 . "108 153 261 +53 856

Сахарная свекла I 525 447- ' • 140 ■78 218 +128 352

1992 ЗУ 511 446 140 65 205" +127 353

4. Влияние лесных насаждений на морфологию, свойства почв и'почвообразовательный процесс

Мониторинг плодородия появ лесоаграрных ландшафтов лесостепной зоны свидетельствует о том, что мелиоративный эффект находится в Прямой корреляционной..связи с возрастом лесонасаждений и об-лесенностью территории (Кретинин В.М., 1994). Отмечено, что эффект пространственного влияния на почву прилегающих сельскохозяйственных угодий у лесных полос в 2,7 раза выше, чем у лесных массивов. ■

Лесная подстилка является новообразованным генетическим горизонтом в лесомелиорированной лесостепнсй почве. Под 18-26-летними ЗЛИ мощность лесной подстилки равна 2-4 см, что составляет 12-30 т/'га. Под хвойными породами эти показатели обычно в 3-5 раз

больше, чем под листЕенными. Значительно больше они также под массивными насаждениями по сравнению с узкополосными. Б чистопородных насаждениях интенсивность разложения опада увеличивается от хвойных к дубовым и далее к березовым. В том же направлении возрастают зольность и содержание биофильных элементов в лесных подстилках этих пород. Доля азота в лесных подстилках, в среднем равная 246 кг/га, б 2-3 раза превышает содержание.окислов фосфора и калия. Лесная подстилка в насаждениях массивного типа богаче биофильными элементами, особенно азотом.

В новых условиях почвообразования под 30-40-летними лесными полосами генетический профиль выщелоченного чернозема существенно видоизменяется. С увеличением корнеобитаемого слоя, -миграцией органических и минеральных веществ мощность генетических горизонтов лесомелиорируемых почв возрастает, понижается- глубина Ескипания карбонатов.

В условиях Окско-Донской равнины положительные изменения в морфологии лесомелиорированных почв наиболее выражены на расстоянии до 3 Н и менее заметны - от 3 до 5 й. На расстоянии 2-3-Н от Й7-летних лесных полос мощность гумусового горизонта в агро-лацпшзфте Мичуринского стационара увеличилась в среднем на 2-3 см, глубина вскипания и ввделения карбонатов .понизилась на 5-10 см (табл. 3). В аккумулятивном горизонте А под 37-летней■зацит-нэП полосой содержание гуцуса было -выше, чем в центре поля, на 2,37 /' к ка 2,09 % по сравнению с пунктами наблюдений на расстоянии 2 М ст лесной полосы. В соответствии с прибавкой гумуса до-с?02&Г)НЭ 5'велкчилось 2 почве содерпание валового азота. По фос~ 7,сру г различая ке нослт достоверного характера, что под

::зсонасавероятно объясняется отчу«дешюк зтих алеман-го; б'.оул'-.ъоИ - растительности, неудобренностьа почек.

Таблица 3

Глубина, см

Влияние 37-летней березовой полезащитной полосы на изменение свойств выщелоченного чернозема на Мичуринском стационаре

"!----Т---Т--------,---у

! ! а, I Робщ.,! Гумус,! N. ! Р205, ! К20, I

| г/сы3 I г/см3 | % \ % \ % | %

%

Т---1----

|рН нго|СаС03,

1

!

0-10 25-35 40-50 65-75 95-100 120-130

0-10 25-35 40-50 65-75 95-100 120-130

0-10 25-35 40-50

65-75 95-100 120-130

2,64 2 71 2,75 2 73 2,68 2,79

2,61 2 61 2,67 2 73

2.74

2.75

2,54 2,73 2,70 2,63 2,70 2,76

1,11

I 20 I 23 I 30 I 41 1,50

1,16 1,25

1.33

1.34 1,43 1,54

1,16 1,26 1,33 1,35 1,44 1,54

Лесная полоса

57,9 55 7

55.3 52 4

47.4 46,2

7,91 4,38

3.87 2,95

1.88 0,76

0,444 0,231 0,150 0,125 0,099 0,086

0,239 0,276 0,252 0,264 0,252 0,178

Пашня, 50 м от лесополосы

55,6 52 I 50,2 50,9 47,8 44,0

5,82 5,19. 3,51 2,65 1,25 0,26

0,351 0,254 0,135 0,101 0 043 0,034

Пашня, контроль

54,3 53,8 50,7 48,7 46,7 44,2

5,54 4,40 3,37 2,66 1,12 0,42

0,254 0,200 0,103 0,081 0,069 0,036

0,420 0,321 0,278 0,248 0,233 0,178

0,430 0,328 0,276 0,264 0,200 0,176

0,848 0,854 0,865 0,856 0 750 0,737

0,846 0,826 О 857 0,854 О 756 0,733

1,030 0,919 0,956 0,950 0,791 0,747

10,3 11,0 14,9 13,7 11,0 5,1

9,6 11,8

15.1

15.2 16,8

4,4

12,6 12,7 18 9 19,0 9,4 6,7

с,5 8,6 о,5 7,9 8,1

6,9 7,4 78 8,1 8,1

7,2 7 1 7,4

7.8 8,1

7.9

1,09 0,92 0,92 2,60 11,10 8,63

0,86 0,83 1,03 1,03 9,22 15,51

0,87 0,98 1.14 1,24 16,95 9,18

С различной интенсивностью процессы оигух^ия, гумусск&коп-ления наблюдались на геоморфологических эл.-ментах оврагов ка ле-сомелиорируемой территории Правобережья реет Челновой. Активнее гумус и биофильные элементы накапливается ка Еогнугих откоса;: северной экспозиции и слабее ка выпуклых (табл. 4). Аккумуляция

Таблица 4

Влияние 26-летней лесомелиорации на аккумуляции гумуса, и биофильных элементов в почвогрукте (0-10*3 см) овражно-балочной сети Правобережья Ч::лновой, т/га

ГеОМпоЙа"ет1СКИе ' Площадь, га ¡Прибавка от лесокелиорац

> л ................?..........1 ■'!....... ■ ' .........! III I I I

1 элемент' 'экспозиция, форма !лесоза-(щшцен. 1 ! 'общая;гумуса! ! ! ! К |Р2°5 | «2°

Берег шпат, выпуклая 11,2 17,7 16,6 1,3 0,6 . .2,0

То ::;э <жная, вогнутая 1,8 2,8 17,5 2,2 3,5 3,5

■I') ;./ северная, выпукл. 15,8 24,8 8,5 1,3 3,9 8,1

То ке северная, вогнут. 5,2 8,3 43,0 3,1 5,7 10,0

льаег западная, пологая 1,1 1,6 18,6 0,7 1,6 3,0

¡КОГО . 35,1 55,2 17,0 1,5 3,0 6,0

Б'„,у_сть здесь происходит одновременно как вследствие новообразования, так и отложения продуктов смыва и оползней почвенного грунта. • .

Активно восстанавливается плодородие смытых почв на облесе) ;шх мекбалочных водоразделах и склонах Правобережья Челновой. Н ибольшие прибавки гумуса и биофильных элементов получены в неэр дированных почвах под 28-32-летними и в слабоэродированных легк су глини стых разностях под 25-летними лесонасаждениями (табл. 5) Под молодыми 15-17-летними насаждениями на эродированных площад процесс гумусонакопления находится лишь в начальной стадии.

Таблица 5

Аккумуляция гумуса и биофильных элементов в почве (0-100 см) под лесонасаждениями и лесомелиорируемых ограгов

•Вс ,раст|гт^ ¡Прибавка от лесомелиорации, Индекс почвы » ЗЛН, ! !_ ^/га

----.---- — - , 1 ! слп, лет 1 ^ | гумуса | N ! Р2°5 ! ¥>

Чвб,в 30 61,1 70,5 4,4 2,8 3,2

чвб,в; 25 54,3 28,7 1,2 0,7 10,6

Чвг,Д* . 25 11,3 68,8 3,5 3,9 4,7

ЛЧ б,в 25 5,7 31,5 1,2 0,8 2,1

Чпп,гН 16 15,6 1,1 0,9 0,7 6,8

Итого под ЗЛН • 26 148,0 46,2 •2,6 1,7 6,3

Берега оврагов 26 35,1 17,0 1,5 3,0 6,0

Итого в ландшафте 26 386,0 19,3 и ' 0,9 3,0

Темпы аккумуляции, кг/га в год:

. под ЗЛН 1777 100 65 242

' , в оврагах 654 58 116 231

в ландшафте 742 42 35 115

При все усиливающейся антропогенной нагрузке на современные агроландшафты одну из ватных стабилизирующих функций в них играя* системы полезащитных лесных полос на плоских водоразделах. Хотя на почву прилегающего межполосного пространства влияние ЗЛН не отмечено, возможно вследствие небольшого их возраста,- а также невысокого уровня агротехники на полях совхоза "Селезневский", непосредственно под лесными полосами за 13-летний период аккумулятивный процесс протекал активно. Здесь образовался почти сплошной слой лесной подстилки мощностью 2 см. Средний запас лесной подстилки составил 12,1 т/га с содержа-

нием I % Н; 0,34 % Р205 ; 0,38 % К,0. Б к слс- С-1С0 с... с,-держание гумуса на I га увеличилось зе 18 лет иа 37375 кг члк 2076 кг/га в год. ' -

Рост дефицита энергии ставит кесткие границы по использованию энергоемких форм сельскохозяйственного производства и выдвигает требование перестройки сложившейся системы оценки эффектив-.кости антропогенных ландшафтов. В последнее время предлагается Солее совершенная - энергетическая оценка эффективности биоценозов. Именно -такая система оценки положена в основу при расчете экологической значимости лесомелиорации прибрежной гидрографи- . ческой сети реки Челновой (табл. 6). Аккумуляция энергии происходит в основном за счет увеличения содержания в почве гуцусг-

Таблица 6

Энергетическая эффективность 26-летней лесомелиорации почв Правобеоекья Челновой, ГДх/га

Агголэсо- [Площадь,! по ^торшл плодородия ¡СуШаРН,.-

^ет"" I га п | р2°5 [У ¡зйзк-;

ЙЩенкя 148 ^ 1051 г25'7 2(М 54>2 1374

ЙГсЭГ" '35 - 392 130,0 37,8 51,6 612

Облая плс~адь

335 . 8,9 433 98,0 11,7 25,5 582

•л питгтэльних слег.2нгов, срздк которых игх&мг&лШ энергетически гпгкзазвн? икеея азот. Б этой сзязл высокой облг.-

.и::нг,л подстилка, богатая егс-гом. с-нз-г-.лпчзск?:.

по ¿г^клл и ьзеъш неполн:-,; :>-акгор:.:' ^ну^'.те-

■•.••; ко тол»:» .¡гд ко г ьо г.-\;Л; ;-с::с.;с-г:..ме пу-.с.-

КГ!

5. Влияние лесных полос и удобрений, ка питательный режим

х.

почвы ч.

Основой высокопродуктивного земледелия'яв^кэттся^оптимизация питательного режима почвы, системы удобрений. Между тем питателв*-» ный режим почвы на межполосном поле имеет свои особенности, связанные с изменением гидрологических, микроклиматических и почвен-но-микробиологических условий роста и развития сельскохозяйственных культур (Кретинин В.М., 1995). Неблагоприятно складывается азотный режим почвы вблизи лесных полос ранней весной вследствие повышенного Еыкоса азота урожаем, вьмывания нитратов, временного ухудшения агрофизических свойств и нитрификационной способности почвы. В этот период процессы аммонификации развиваются наиболее активно в связи с разложением растительных остатков, особенно под' лесной подстилкой (табл. 7). Низкая обеспеченность почвы нитрат-

Таблица 7

Влияние лесных полос на обеспеченность выщелоченного .чернозема в слое 0-50 см-подвижным азотом в ранневесен-ний период, кг/га (среднее за 1991-1992 гг.)

Лесная полоса Межполосное поле

I з о н а ! 1У . з о н а

1 N - НН4 | Н - Н03 ! 1 N - НН4 { N - N03 ! Н 1 - Ш4 | N - М03

Озимые по черному пару 83 32 44 65 52 73

Яровые

35 44 64 79

ныл азотом а также усвояемым фосфором здесь отмечается во все сроки наблюдений.

При отрастании озимых и перед посевом яровых характерно низ-

У

У*

кое содержание азота в пяОчве, причем нитратно и оошьг aaova держится несколыщ^больше, чем ам:/онийуой. Вблизи лесных полос о бесилценность азотом под яровыми почти в 2 раза ниже, чем вдали от них, что требует коренного улучшения азотного режима почвы.

Проведено сравнительное изучение влияния органической, ор-гано-минеральной и минеральной систем удобрений на питательный режим почвы в севообороте. Отмечено значительное улучшение обеспеченности почвы подвижными питательными веществами в начале отрастания озимых и полных всходов сахарной свеклы и примерно в ■ равной степени на различных расстояниях от лесных полос. При этом не наблюдалось преимущественного влияния ни одной из этих систем удобрений.

6. Влияние лесных полос на уроучй сельскохозяйственных культур и его качество

Положительное влияние защитных насаждений на урожайность сельскохозяйственных культур отмечали многие исследователи. Недостаточно данных по их влиянию на качество урокая в лесоаграр-ных ландшафтах Окско-Донской равнины. Считается, что на зерновых культурах в приполосной зоне уменьсается содержание протеина (Тарасэнко А.Н., 1979). Исследования, проведен из В.В.Захаровы;.!, и В.М.Кретингагьш на Поволжской АГЛОС (IS7I), -Г:Д.£>огачзвка (1973 Гг.11.Сзляккной (1982) на светло-каотаковк: почвах Волгоградской сэяаста, других исследователей, а такзе наш дгнние дают основа-

говорить о глазном, по ногецу инвнис, фактора скпнения качества урожая зерновых культур з приполосной зоки - улудазш.и • есогихо плилж. Один из способоп ке:т.г.:сацк;: п^дп-ссгтка asara г, парвоГ: зоко 5;е:г;олосного полк - кк^иорчС-:^; nj,r;;opi;:ca сзрпо;..:: г.улъ-íTj рзлг-срю :т-Фишг z í-азу i.:^лоч-.г-': В).

Таблица 8

Влияние азотной внехорнбвой подкормки на качество зерна озимой пшеницы на Тамбовском стационаре в 1992-1993 гг.

Расстоя-;Доза ¡Урожай-

ние от ¡внесения ¡ность лесной ,азота, ¡зерна, полосы |кг/гад.в.| ц/га

Содержание протеина т

%

ц/га

Прибавка протеина

%

ц/га.

2 Н

4 Н

Центр поля

Контроль 30 45 Контроль 30 45 . Контроль ,30 ■ 45

40.0

42.1

42.2 43,0 44,5 44,5

35.0

с6,1

35.1

13.5

15.4

15.6 13,8

15.5

15.7

14.6

15.1

15.2

5.4

6.5

6.6 5,9 6,9

7.0

5.1

5.4

5.5

1,9 2,1

1,7 1,9

0,5 0,6

1,1 1,2

1,0 1,1

0,3 0,4

Даннкз таблицы показываюг, что окижени-:1 качества зерна озимой пшеницы в•первой зоне меяпс~ссного пространства проявляется в виде уменьшения содержания протеина. Однако под влиянием лесомелиорации возрастает валовой сбор зерна в гриполоском пространстве и общее содержание протеина в урожае озимой пг.3!;1*^н ие уменьшается, а увеличивается- Проседание азс-д-ых знекорнггт::.; г.;;,> кормок-компенсирует" негативное влияние ЗЛН на качество урог:.::л озикой культуры и даже значительно повышает содержание прл-г.п---з зерне. При этом существенной разницы в содержали:-про-"г:*.- -. между вариантами- о внесением 30 и 45 кг/га азота по д.в. блюдаетсл.

22 вывода

1. Агролесомелиорация является одним из доступных, мощных, длительно действующих факторов биологической мелиорации степных почв. Проведенные в регионе Окско-Донской равнины исследования выявили своеобразие объемов и темпов аккумуляции веществ в почве, накопления в ней влага, обеспеченности питательны!® элементами, а также в формировании урожая сельскохозяйственных кучьтур в агролесоландшафтах Тамбовской области.

2. Влияние старовозрастных защитных лесных насаждений на почву исследуемых объектов проявилось в существенном изменении морфологии, в улучшении физических и химических свойств. На поверхности почвы новообразовался генетический горизонт лесной подстилки мощностью 3-5 см. Под 26-летними насаждениями запас подстилки составил 29,3 т/га и содержит 246 кг/га азота, фосфора и калия по 84 кг/га.

3. В лесоыелиорируеыой почве активно аккумулируются органическое вещество и биофильные элементы. На Мичуринском стационаре под 40-летними полезащитными полосами в аккумулятивном горизонте А выщелоченного чернозема содержание гумуса увеличилось на 2,37$ валового азота на 0,19 % и на паше вблизи от полос (2 Н), соот ветственно на 0,28 и 0,10 %.

4. Определена биологическая аккумуляция веществ в лесоаграр ных ландшафтах. В среднем за 18г-летний период под насаждениями полосного типа и за 26-летний период под массивными насаждениями прибавка гумуса в метровом слое почвы составила 37,4 и 45,6 т/га

5. Под влиянием лесомелиорации повысилось плодородие почво-грунтов овражно-балочной сети Правобережья Челновой. Средняя приемка гумуса в метровом слое составила 17 т/га.

6. Энергетический эффект 26-летней лесомелиорации почв в

Правобережье Челновой под насаждениям!! составил 1374 ГДж/га, в ландшафте всей гидрографической сети - 582 ГДж/га.

7. В результате перераспределения снежных масс под влиянием лесных полос запасы влаги в агролесоландшафтах. Тамбовского стационара увеличились на II мм, Мичуринского - на 25 мм.

8. Весенние запасы влаги в зоне эффективного- влияния лесной полосы под зерновыми культурами выше на 24 мм,, под сахарной свеклой на 14 мм по сравнению с центром поля. В суммарном расходе растениями влаги почти две третих ее составляют эффективные осадки. В прополоснем пространстве агроландшафта полевые культуры используют влагу более продуктивно, чем в центре межполосной клетки. Внесение удобрений также уменьшает удельный расход воды на формирование урожая. сельскохозяйственных культур.

,9. Ухудшение азотного режима выщелоченного чернозема в зоне снежных, отложений у лесных полос вследствие вымывания нитратного ^зота и повышенного выноса его урожаем требует увеличения норм внесения азотных удобрений в 1,5-2 раза по сравнению с рекомендуемыми для открытых полей.

10. Наибольший эффект - в - повышении урожайности культур на ле-• сомелиорфуемом поле и продолжительности последействия на последующие культуры севооборота дает органо-минеральная система удобрений.

11. Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на лесомелиорируемом поле наблюдается на расстоянии до 7-10 Н от полезащитных лесных полос. В засушливые годы прибавка урожая озимых зерновых составляет в среднем 16 %, ячменя 12 %.

12. Своевременное проведение азотной внекорневой подкормки

. на озимой пшенице не только компенсирует негативное влияние лесной полосы на качество урожая культуры, но и значительно повысит

содержание протеина в зерне.

Предложения производству

1. Для увеличения увлажнения и продуктивности полей в системе продуваемых полезащитных лесных полос на территории Окско-Дон-ской равнины предлагается ограничивать ширину между основными полосами 500-600 м.

2. В зоне снежных отложений у лесных полос снижение белковости зерна озимой пшеницы устраняется внекорневой подкормкой в дозе 30 кг/га азота.

3. Для оценки мелиоративного влияния защитных лесных насаждений на почвы.Окско-Донской равнины проектным и природоохранным организациям предлагается учитывать полученные, темпы аккумуляции гумуса, биофильных элементов и•определяемые ими запасы энергии.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Влияние лесных насаждений на плодородие почвы в лесоаг-рарных ландшафтах Окско-Донской равнины// Бюллетень ВНЙИагролесо-мэлиорации, 1991, выпуск 3 (64) - С.51-53.

2. Мониторинг почвенного плодородия// Информационный листок Тамбовского ЦШ, £ 201-95 (в соавторстве).

3. Агролесомелиорация почв гидрографической сети малых рзк Окско-Донской равнины// Агроландшафт: проблемы, свойства, управление и оценка. Волгоград, 1995. - Сб. научн. трудов. - Вш. I (106) - С. 126-133 (в соавторстве).