Дистанционная и лесоводственно-мелиоративная оценка полезащитных лесных полос Урало-Сакмарского междуречья

Дистанционная и лесоводственно-мелиоративная оценка полезащитных лесных полос Урало-Сакмарского междуречья

А.В. Родимцева, к.с.-х.н., А.П. Несват, к.с.-х.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Интенсивное антропогенное воздействие человека в комплексе с неблагоприятными природными условиями вызывает нарушение оптимальной структуры земельных угодий, приводит к потере земельно-ресурсного потенциала сельского хозяйства. Разработка и внедрение адаптивно-ландшафтных систем земледелия применительно к местным ландшафтным условиям является одним из перспективных направлений в области экологизации землепользования, сохранения и восстановления природно-ресурсного потенциала территории Южного Урала. Применение ГИС-технологий в совокупности с космоснимками высокого разрешения для изучения и оценки

агролесоландшафтов, в том числе полезащитных лесных полос (ПЗЛП), позволяет достаточно быстро получить полную и достоверную информацию о состоянии земель и насаждений [1]. А при изучении эрозионных процессов не только оценить современное состояние агроландшафтов, но и спрогнозировать дальнейшее развитие де-градационных процессов сельскохозяйственных земель.

Материал и методы исследования. Дистанционно-картографическую и агролесомелиоративную оценку полезащитных лесных насаждений проводили на основе методики К.Н. Кулика [2, 3], А.С. Рулёва, В.Г. Юферева [4—6], которая базируется на положениях Б.В. Виноградова [7]. Методика дистанционной оценки включает три этапа: предварительное камеральное дешифри-

рование, полевые исследования, камеральное дешифрирование [8].

Метод ключевых участков заключается в оценке и анализе состава, структуры и продуктивности агроландшафтов с использованием ключевых участков как минимальных единиц экстраполяции (1986). Составление ландшафтно-экологических профилей осуществлялось с помощью программного пакета AutoCad [9]. Закладку пробных таксационных площадок в ПЗЛП, оценку состояния насаждений проводили по методике и шкале Е.С. Павловского [10].

Результаты исследования. На территории Урало-Сакмарского полигона проведено исследование ЗЛН на пяти ключевых участках: БПХ им. Куйбышева, ОПХ «Урожайное», СПХ им. Ильича, СПХ «Боевое», СПХ «Чебеньковское». В период с 2010 по 2014 г. в результате полевого исследования на ключевых участках полигона было заложено шесть ландшафтно-экологических профилей (рис. 1) и 31 таксационно-дешифровочная площадь в ПЗЛП различного породного состава и возраста (табл. 1).

Возраст насаждений составляет 30—47 лет, а средняя высота насаждений варьирует от 5,0 м (вяз мелколистный) до 11,6 м (дуб низкоствольный). Наиболее часто встречаются насаждения, состоящие из вяза и ясеня (20,2%), вяза и клёна (10,6%), клёна (16,7%). Также встречаются насаждения из вяза; дуба и клёна; ясеня и караганы; дуба, ясеня и караганы; ясеня и клёна; ясеня, клёна и караганы; вяза, ясеня и клёна.

Геоинформационная оценка состояния и размещения ПЗЛП показала, что ширина насаждений не соответствует рекомендованным параметрам созда-

ния ЗЛН, что является следствием формирования сильно разветвлённой ажурной кроны деревьев, укороченного прироста и самозарастания насаждений. Это явление характерно для ОПХ «Урожайное», СПХ им. Ильича, СПХ «Чебеньковское». В этих хозяйствах при создании ПЗЛП использовали клён ясенелистный, который характеризуется недолговечностью, ломкостью, способностью быстро разрастаться и давать обильную поросль. ПЗЛП имеют от 1 до 15 рядов, а в результате зарастания ширина полос достигает 60 м. В результате отсутствия лесоводственных уходов произошло зарастание ПЗЛП самосевом и порослью, что привело к утрате проектируемой продуваемой конструкции насаждений. Сформировалась непродуваемая плотная конструкция, что не соответствует техническим параметрам создания ЗЛН.

Анализ горизонтальной проекции полога насаждений проводили с помощью космоснимков QuickBird в программном комплексе MapInfo Professional 11.0. Дешифрирование ПЗЛП показало, что горизонтальная проекция полога полосы характеризуется формой и размерами проекций крон, тоном и текстурой изображения. Для каждой схемы смешения пород характерны свои морфо-метрические показатели проекции крон. Вязово-кленовые насаждения имеют проекцию крон неправильной и неправильно-округлой формы, текстуру от мелкозернистой до крупнозернистой. Ясене-вязовые насаждения имеют проекцию крон неправильно-округлой и узорчатой формы, текстуру среднезернистую. Ясеневые насаждения в смешении с дубом, клёном и караганой имеют проекцию крон неправильно-округлой формы,

Масштаб: гориз. 1:10000

1-3 верт. 1:1000 ЮВ

Крутизна сютона 1° 0,5° 1° 0,5° 1°

Почва чернозём обыкновенный среди емощный тяжело суглинистый

Макрорельеф северная оконечность Урапо-Сакмарского водораздела

Хз пробной плошады 1 2 3

Вид зем л еп ользов ания 1 залежь овраг пашня сенокос 1 пашня Щ пашня

Растительность ДКл I II пар люцерна ВКл пшеница Кл пшениц*

* Примечание:

Характеристикакрутизны склона: 0-3° - слайопологий склон, 3-7Л - слабопокатый склон

Характеристика древесно-кусгарниковой растительности: Д - дуб низкий, Б - вяз шершавый. Кл-клш ясенелистныи Характеристика травянистой растительности Г-полынь австрийская, полынь обыкновенная, ковыль Залесского; П- тычина луговая, лапчатка прямая, овсянинц а луговая, репеиничэ; волосистый, льнянка обыкновенная, коровяк холмовои, полевица белая Характеристика литологии еского состава: | |суглинок; | глина

Рис. 1 - Ландшафтно-экологический профиль ключевого участка № 3 ОПХ «Урожайное»

текстуру среднезернистую (рис. 2). У вязовых насаждений проекция крон неправильно-округлой и неправильной формы, текстура среднезернистая. Ясене-кленовые насаждения имеют проекцию крон узорчатой формы, текстуру мелкозернистую. На основании этого разработаны фотоэталоны для использования при дистанционной оценке ПЗЛП по космоснимкам высокого разрешения в условиях Урало-Сакмарского междуречья и ПЗЛП, произрастающих в аналочичных лесорастительных условиях.

В таблице 2 представлены результаты лесо-водственно-мелиоративной оценки ПЗЛП.

По крупномасштабным космоснимкам высокого разрешения ^шскВиё) проведена оценка сохранности полога ЗЛН. Результаты оценки представлены в таблице 3.

Высокую степень сохранности имеют 9% площади всех ПЗЛП, располагающихся на территории БПХ им. Куйбышева, ОПХ «Урожайное» и СПХ «Чебеньковское». Для хозяйств ОПХ «Урожайное» и СПХ «Чебеньковское» характерна значительная доля насаждений со средней степенью сохранности — 70% от общей площади насаждений. Для БПХ им. Куйбышева и СПХ «Боевое» характерна значительная доля насаждений низкой степени со-

хранности — 38% площади. Очень низкую степень сохранности имеют 8% площади всех насаждений с явным преобладанием в СПХ им. Ильича — 20% от площади насаждений хозяйства.

Для оценки взаимосвязи результатов камеральных и полевых данных сопоставлены результаты лесоводственно-мелиоративной оценки (ЛМО) насаждений по Е.С. Павловскому [10] и дистанционной оценки сохранности полога насаждений (ВНИАЛМИ, 2007). В результате объединения двух методик получили матрицу распространения ПЗЛП, которые отличаются определёнными лесоводственно-мелиоративными параметрами и сохранностью полога (табл. 4).

С увеличением сохранности полога лесной полосы увеличивается её лесоводственно-мелио-ративная оценка. И наоборот, с увеличением лесоводственно-мелиоративной оценки насаждения увеличивается сохранность его полога.

В матрице чётко прослеживается зависимость между сохранностью полога и ЛМО (рис. 3).

Процентное участие каждой группы полос показало, что для каждого диапазона сохранности характерна определённая ЛМО (рис. 4). Диапазону 0—25 соответствует ЛМО 1, диапазону 25-50 - ЛМО 2, диапазону 50-70 - ЛМО 3.

1. Таксационно-мелиоративная характеристика ПЗЛП на ключевых участках

Урало-Сакмарского полигона

Породный состав N Ш, лет Конструкция Я В, м Д, см СО ЛМО

10Вм 9 30 продуваемая 1 4,9 10,4 1У-Ш 1-2

10Кт 4 30 продуваемая 1 3,4 6,0 1У-Ш 2

4Вш6Яз 3 30-45 продуваемая плотная 5 5,6 10,5 1У-Ш 2-3

10Вш 2 47 продуваемая 3-6 7,1 14,5 III 3

6Вш4Кл 1 45 плотная 13 4,8 11,7 III 3

8Вш2Кл 1 43 плотная 6 5,7 10,9 III 3

3Вш7Кл 1 15 плотная - 3,1 5,7 III 2

6Вш4Яз 1 45 плотная 14 6,8 13,9 III 3

5Вм5Кт 1 30 продуваемая 2 4,1 10,1 IV 2

2 Д8Кл 1 45 плотная 5 9,5 18,8 III 3

10 Кл 1 15 плотная - 2,5 7,0 III 3

7Яз3Кр 1 43 плотная 6 9,8 15,3 III 3

1Д4Яз3Кл2Кр 1 43 плотная 6 7,5 18,6 III 3

3Яз7Кл 1 36 плотная 6 6,8 18,8 III 3

3Яз5Кл2Кр 1 36 плотная 6 5,5 9,4 IV 2

6Яз2Кл2Кр 1 36 плотная 6 6,8 22,6 IV 2

3Вш2Яз5Кл 1 36 плотная 6 6,6 16,0 IV 2

2. Лесоводственно-мелиоративная оценка состояния ПЗЛП

Сельскохозяйственное предприятие Лесоводственно-мелиоративная оценка состояния ПЗЛП, га/% Площадь ПЗЛП, га/%

1 2 3 4

БПХ им. Куйбышева 34,3/20 90,7/53 46,6/27 -/- 172/100

ОПХ «Урожайное» -/- 59,3/25 178,3/75 -/- 238/100

СПХ им. Ильича 52,4/34 48,6/32 53,5/34 -/- 155/100

СПХ «Боевое» 20,0/29 39,7/58 8,2/13 -/- 68/100

СПХ «Чебеньковское» 14,3/4 45,5/14 267,7/80 8,5/2 336/100

Всего по хозяйствам 121,0/12 283,8/29 554,3/58 8,5/1 969/100

* Примечание: N - количество полос; W - возраст; R - рядность; В - средняя высота; Д - средний диаметр; СО - санитарная оценка; ЛМО - лесоводственно-мелиоративная оценка; Вм - вяз мелколистный; Кт - клён татарский; Вш - вяз шершавый; Яз - ясень зелёный; Кр - карагана

б

Рис. 2 - Полезащитная лесная полоса № 2 СПХ им. Ильича:

а - вертикальная проекция; б - горизонтальная проекция

Анализ полученных данных позволил выделить следующие экологические группы ПЗЛП в лесора-стительных условиях Урало-Сакмарского полигона.

К группе норма относятся ПЗЛП с ЛМО 3 и 4, высокой сохранностью полога. Доля сохранившегося древостоя составляет 75—100%. Деревья со слабым ростом и недостаточно развитой кроной, суховершинные деревья составляют менее 15%. Отмечены насаждения оптимального породного состава, характеризующиеся хорошим ростом и хорошим общим состоянием, но защитные свойства выражены недостаточно, характерно естественное семенное возобновление вяза шершавого, ясеня зелёного. Высота подроста до 2 м, состояние в результате отсутствия уходов удовлетворительное.

К группе риска относятся ПЗЛП с ЛМО 2 и 3, средней сохранностью полога. Доля сохранившегося древостоя составляет 50—75%. Неустойчивые насаждения различного породного состава имеют неудовлетворительное общее состояние, удовлетворительные насаждения различного породного состава характеризуются слабым ростом. Защитные функции выражены недостаточно. Сохранившиеся древесно-кустарниковые породы

3. Дистанционная оценка сохранности полога ЗЛН

Сельскохозяйственное предприятие Дистанционная оценка сохранности полога ПЗЛП, га/% Общая площадь хозяйства

высокая средняя низкая очень низкая

БПХ им. Куйбышева 10,9/6 81,3/47 55,4/33 24,0/14 172/100

ОПХ «Урожайное» 48,2/20 127,8/54 60,8/25 0,8/1 238/100

СПХ им. Ильича - 63,6/41 59,4/39 31,5/20 155/100

СПХ «Боевое» - 27,9/41 33,1/49 6,9/10 68/100

СПХ «Чебеньковское» 29,7/9 277,7/83 18,1/5 10,5/3 336/100

Всего по хозяйствам 88,8/9 578,3/60 226,8/23 73,7/8 969/100

Примечание: % — процент от общей площади хозяйства

4. Матрица полезащитных лесных полос Оренбургской области

Сохранность Лесоводственно-мелиоративная оценка, га Итого

1 2 3 4

Очень низкая 66,0 7,7 - - 73,7

Низкая 55,0 149,8 22,0 - 226,8

Средняя - 126,3 452,0 - 578,3

Высокая - - 80,3 8,5 88,8

Итого 121,0 283,8 554,3 8,5 969,0

Рис. 3 - Графическая зависимость между лесовод-ственно-мелиоративной оценкой и сохран-

I 2

100

¡0 90

В

В

9 ? 70

и 60

Н

й 50

у в 40

ч

Я % 30

й

&

и 10

0

21 7 68 12

19

88

24

I ЛМО 4 ЛМОЗ I ЛМО 2 I ЛМО 1

ностью полога

0-25 25-50 50-75 75-100

Диапазон сохранности полога,%

Рис. 4 - Процент участия лесоводственно-мелио-ративной оценки в диапазоне сохранности полога

характеризуются недостаточным ростом, количество сухих и усыхающих ветвей до 30%, крона ажурная, сильно асимметричная вследствие разрастания деревьев, наблюдается незначительное повреждение стволов.

К группе кризиса относятся ПЗЛП с ЛМО 1 и 2, низкой сохранностью полога. Доля сохранившегося древостоя составляет 25—50%. Характерны захламлённые насаждения различного породного состава с неудовлетворительными общим состоянием и защитными функциями, а также расстраивающиеся насаждения в результате отсутствия уходов или пожара. Сохранившиеся древесно-кустарниковые породы характеризуются неудовлетворительным ростом, количество сухих и усыхающих ветвей от 30 до 50%, суховершинные, крона сильно ажурная, отмечается незначительное повреждение стволов. Наблюдается естественное семенное возобновление клёна ясенелистного, вяза шершавого, ясеня зелёного. Высота подроста до 2 м, состояние в результате отсутствия уходов неудовлетворительное.

К группе бедствия относятся ПЗЛП с ЛМО 1 и 2, очень низкой сохранностью полога. Это погибшие и отмирающие насаждения различного породного состава с остатками древесно-кустарниковой растительности, которые утратили свои защитные функции. Доля сохранившегося древостоя составляет менее 25%, в основном древостой представлен единичными быстрорастущими древесными или кустарниковыми породами (вяз мелколистный, клён ясенелистный, клён татарский). Сохранившиеся деревья характеризуются плохим ростом, разрушенной кроной, высоким процентом сухих и усыхающих ветвей (более 80%), повреждением стволов, листвой жёлто-зелёного и зелёного цвета.

Наиболее распространёнными являются насаждения группы риска, которые составляют 60% от общей площади ЗЛН Урало-Сакмарского полигона. Площадь насаждений группы кризиса составляет 23%, насаждений групп нормы и бедствия — 9 и 8% соответственно.

Выводы. Полевые и камеральные исследования показали, что существующие ПЗЛП находятся в неудовлетворительном состоянии. Отсутствие системы ЗЛН ведёт к деградации агроландшафтов. Разработанная матрица совмещения сохранности полога и ЛМО показала, что в результате отсутствия своевременных лесохозяйственных мероприятий 60% существующих насаждений находятся в группе риска, 23% в группе кризиса и 8% в группе бедствия. Распределение ПЗЛП по группам норма, риск, кризис и бедствие позволяет разработать рекомендации по их восстановлению и реконструкции, направленные на повышение долговечности существующих насаждений в лесорастительных условиях Урало-Сакмарского междуречья.

Литература

1. Родимцева А.В., Несват А.П., Бабенышева Н.В. Современное состояние и перспективы развития защитного лесоразведения // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 2. С. 15—17.

2. Кулик К.Н. Оценка деградации агроландшафтов на основе ГИС-технологий / К.Н. Кулик, А.С. Рулёв, В.Г. Юферев, Л.Х. Кочкарь // Агролесомелиорация: проблемы, пути их решения, перспективы: матер. междунар. науч.-практич. конф. Волгоград: Изд-во ВНИАЛМИ, 2001. С. 151-152.

3. Кулик К.Н., Рулев А.С., Юферев В.Е. Применение информационных технологий в агролесомелиоративном картографировании // Проблемы опустынивания и защита биологического разнообразия природо-хозяйственных комплексов аридных регионов России. М., 2003. С. 46-50.

4. Рулев А.С. Картографирование состояния защитных лесных насаждений по аэрокосмоснимкам / А.С. Рулев, В.Г. Юферев, А.В. Кошелев [и др.] // Роль и место агролесомелиорации в современном обществе: матер. междунар. науч.-практич. конф. Волгоград: Изд-во ВНИАЛМИ, 2007. С. 250-260.

5. Кошелев А.В. Оценка состояния защитных лесонасаждений в Краснодарском крае // Земледелие. 2007. № 4. С. 4.

6. Метод комплексного ландшафтного профилирования и балльной оценки природно-территориальных комплексов: учеб.-методич. пособие / О.П. Ермолаев, С.Г. Курбанова, И.М. Гасанов, И.А. Рысаева. Казань: Казан. университет, 2011. 36 с.

7. Виноградов Б.В. Основы ландшафтной экологии. М.: ГЕОС, 1998. 418 с.

8. Родимцева А.В., Несват А.П. Оценка и картографирование агролесоландшафтов в системе внутрихозяйственного землеустройства // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2013. № 32. С. 215-218.

9. Жарков Н.В., Прокди Р.Г., Финков М.В. AutoCAD 2012. Полное руководство. М.: Изд-во «Наука и Техника», 2012. 624 с.

10. Павловский Е.С. Устройство агролесомелиоративных насаждений. М.: Лесная промышленность, 1973. 128 с.