Характер снегоотложения и промерзания почвы в лесоаграрных ландшафтах нижнего Поволжья

Экология. Мелиорация

ХАРАКТЕР СНЕГООТЛОЖЕНИЯ И ПРОМЕРЗАНИЯ ПОЧВЫ В

ЛЕСОАГРАРНЫХ ЛАНДШАФТАХ НИЖНЕГО

ПОВОЛЖЬЯ

М.М.КОЧКАРЬ (фото),

кандидат сельскохозяйственных наук,

А. Т. БАРАБАНОВ (фото),

доктор сельскохозяйственных наук,

А.Н. СЕРГЕЕВ (фото),

мл. научный сотрудник,

Р.Д.БАЛЫЧЕВ,

мл. научный сотрудник,

Р. Е. СМИРНОВ (фото),

аспирант, Всероссийский НИИ агролесомелиорации, г. Волгоград

Статья посвящена мелиоративной, стокорегулирующей роли снежного покрова. В ней приводятся экспериментальные данные, полученные в ходе многолетних исследований на стационарных объектах Поволжья, в системе защитных лесных насаждений, размещенных преимущественно вдоль горизонталей.

Роль снежного покрова в земледелии велика. Около 30-50% атмосферных осадков выпадает в виде снега. В районах Нижнего Поволжья до 50% снега сносится с необлесенных полей в гидрографическую сеть [2, 4]. Снегозапасы являются одним из основных природных факторов стока талых вод. Поэтому для успешной защиты почвы от эрозии важно знать закономерности распределения снежного покрова на склонах разных экспозиций с системой защитных лесных насаждений (ЗЛН) и без них.

Цели и методика исследований На характер отложения снега большое влияние оказывает ветровой режим. Е. А. Гаршинев [1], проанализировав данные почти 2000 метеостанций, пришел к выводу, что на большей части ЕТР (в т.ч. и Нижнее Поволжье) нет четко выраженного направления метельных ветров, поэтому в разные годы снегосдуваемыми и

снегозаносимыми могут быть склоны различных экспозиций.

Закономерности снегоотложе-ния и характер таяния на них следующие. На снегосдуваемых склонах мощность снежного покрова в направлении от водораздела до тальвега уменьшается, а на снегозаносимых увеличивается. Это приводит к разному характеру стаивания снега и обнажения почвы.

The paper is dedicated to a meliorative, flow-regulating role of snow cover. Experimental data obtained during research of many years at stationary objects of the Volga region in the system of protective forestations, which are mainly placed along the horizontal lines, are adduced in this article.

На склонах снегосдуваемых экспозиций первой обнажается от снега почва нижних частей. Процесс снеготаяния идет снизу вверх, и талая вода, поступающая с верхних частей склонов на нижние, вызывает усиленный смыв и размыв почвы. На склонах снегозаносимых экспозиций сначала освобождается от снежного покрова почва верхних частей и формирующийся на них поверхностный сток попадает в снег, тем самым уменьшая эрозию. На склонах таких экспозиций смыв почвы бывает значительно меньше. Поэтому необходимо добиваться, чтобы мощность снежного покрова увеличивалась вниз по склону.

Система лесных полос является антропогенным фактором, оказывающим мощное воздействие на характер снегоотложения и накопление снеговой воды. Снегоотложение зависит от направления метельных ветров, способа размещения лесополос на территории, расстояния между ними, конструкции, параметров системы (количество рядов, ширина междурядий и др.), породного состава, характера подстилающей поверхности и др. Имеется много работ, в которых освещен вопрос о распределении снежного покрова в системе противоэрозионных лесных насаждений. В лесополосах и шлейфах снега откладывается в 2-4 раза больше, чем на межполосном пространстве. Накопление больших снежных сугробов в стокорегулирующих лесополосах и в их приопушечной зоне явление в большинстве случаев отрицательное. Вследствие чего межполосные поля недополучают снег, снеговая вода теряется на сток, а из-за длительного периода снеготаяния задерживается начало проведения весенних полевых работ. Добиться оптимального снегоотложения в системах лесополос на склонах возможно путем их правильного размещения на территории, совершенствования конструкции и изменения расстояний между ними.

В Нижнем Поволжье нами проводилось изучение характера снегоотложения при контурной организации территории в системах стокорегулирующих лесополос в ОПХ ВНИАЛМИ “Волгоградское”.

Анализ данных за 1986-2001 гг. (табл. 1) показал, что на склоне с системой контурных стокорегулирующих лесополос высота снега и запасы воды в нем были в среднем в 2 раза больше, чем на необлесенном склоне. Однако распределялся снег крайне неравномерно. В лесополосах средняя высота снега и снегозапасы были 47 см и 124 мм соответственно. По годам исследований высота снега колебалась от 10 до 96 см, а снегозапасы от 21 до 340 мм. В приопу-шечных частях лесных полос (зонах снежных шлейфов) средняя высота снега равнялась 29 см, а средние запасы снеговой воды 76 мм. По годам эти характеристики соответственно варьировали от 8 до 76 см и от 17 до 250 мм. Высота

Экология. Мелиорация

снега и снегозапасы в межшлейфовых частях межполосного пространства составляли 16 см и 39 мм соответственно. По годам они изменялись от 6 до 39 см и от 12 до 130 мм. Наименьшие высота снега и снегозапасы отмечены в открытом поле (6-35 см и 11-118 мм). Эти показатели в межшлейфовых частях полей, защищенных лесополосами, были соответственно на 3 см и 8 мм больше, чем в открытом поле.

Таким образом, в Нижнем Поволжье в системах контурных стокорегулирующих лесополос накапливается дополнительное количество снеговой воды. Однако в связи с тем, что стокорегулирующие лесные полосы почти повсеместно имеют плотную конструкцию, основная масса снега задерживается в них самих и в их приопу-шечных частях. Поэтому протяженность снежных шлейфов не превышает 1-2 Н (Н- высота деревьев) вверх и 2-4 Н вниз по склону. Всего же она составляет в среднем 3-6 Н. Если взять средние запасы снеговой воды, накапливаемые в открытом поле за 100%, то в межшлейфовых частях межполосного пространства их накапливается 126%, в зоне снежных шлейфов - 245%, а в лесных полосах - 400%. Это безусловно, способствует выполнению стокорегулирующих и противоэрозионных функций системы. Однако для существенного пополнения запасов продуктивной почвенной влаги на полях и соответственно повышения урожайности сельскохозяйственных культур в межполосных пространствах, снега бывает недостаточно.

По данным И. Д. Копанева [3], в степных районах Европейской территории России коэффициент вариации характеристик снежного покрова достигает 70%, что связано с особенностями рельефа и метельного снегопереноса. Они существенно (на 14-57%) отличались в системах лесополос и на открытом поле. При отсутствии метельного переноса снега варьирование этих характеристик в системе лесополос и на открытом поле небольшое (0-7%).

Важным природным фактором стока талых вод является глубина промерзания почвы. Как известно, снег, обладая хорошими теплоизоляционными свойствами, предохраняет ее от промерзания. А лесными полосами, которые являются мощным фактором снегоотложения, можно регулировать высоту снежного покрова, тем самым воздействуя на замерзание почвы. Отепляющее действие снега на почву зависит от сроков установления устойчивого снежного покрова и морозов. Для предохранения почвы от замерзания достаточно того, чтобы мощность снега не превышала 20-30 см к началу установления морозов и в дальнейшем увеличивалась до 50-80 см по мере их усиления. Такое количество снега часто накапливается в лесополосах и вблизи от них при первых же метелях. С полей без лесных полос он, как правило, уносится, и почва остается незащищенной. Обобщение и

Экология. Мелиорация

Табл. 1

Характер снегоотложения в системе контурных стокорегулирующих лесных полос в ОПХ “Волгоградское”

Годы Высота снега (числитель), см, и снегозапасы (знаменатель), мм

Лесополоса Шлейфовая часть Межшлейфовая часть Открытое поле

1986 18 50 10 25 9 24 6 11

1987 82 76 39 35

270 250 130 118

1988 39 20 16 14

107 96 40 26

1989 87 340 63 180 9 25 9 25

1990 32 10 8 8

85 29 23 22

1991 47 20 16 14

103 43 35 28

1992 84 30 15 13

203 50 26 22

1993 23 17 13 13

40 31 19 19

1994 44 23 14 10

83 41 25 19

1995 45 29 19 17

129 85 56 52

1996 96 43 28 20

191 85 57 41

1997 48 35 24 20

120 88 60 50

1998 40 25 9 3

124 78 28 9

1999 26 33 14 10

46 75 32 22

2000 32 21 12 10

65 43 24 20

2001 10 21 8 17 6 12 6 12

Средние 47 124 29 76 16 39 13 31

Табл. 2

Показатели средней и разной вероятности превышения глубины промерзания почвы в лесополосах и открытом поле, см

Место определения Средняя глубина промерзания, см Вероятность превышения, % Cv Cs

1 10 30 50 70 90

Лесополоса 20 70 35 15 5 0 0 2,20 1,50

Открытое поле 70 190 120 80 55 30 5 0,79 0,72

Примечание. Коэффициенты: CV и Cs - вариации и асимметрии

анализ многолетних данных по глубине промерзания в лесных полосах, под их защитой и в открытом поле позволили выявить ряд интересных фактов и зависимостей, из которых вытекают важные следствия. Почва предохраняется от промерзания или глубина ее бывает небольшой в самих лесополосах и зонах отложения снежных шлейфов. В межшлейфовых частях межполосного пространства и в открытом поле она промерзает глубоко и примерно одинаково.

В Нижнем Поволжье роль лесополос в предохранении почвы от промерзания очень высока (табл. 2).

На светло-каштановых почвах (в районе Волгограда) средняя глубина промерзания почвы составляет в открытом поле 70, а в лесных полосах 20 см. Совсем почва не замерзает три года в десятилетие, а в открытом поле - один год из двадцати лет. Промерзание почвы до 50 см в лесополосах бывает в годы с 90-97%-ной вероятностью превышения, то есть почти ежегодно она бывает талой или промерзает на небольшую глубину. В открытом поле в таком состоянии почва бывает в годы с 50%-ной вероятностью превышения, то есть пять лет в десятилетие.

Выводы

Большие различия во влиянии лесополос на предохранение почвы от глубокого промерзания связаны с сочетанием сроков установления снежного покрова и морозов, а также с гидрометеорологическими условиями зимнего периода. Эти сочетания могут быть следующими.

Снег выпадает на талую или слабозамерз-шую (30-50 см) почву, сильных оттепелей нет, и он стаивает в течение зимы, почва предохраняется от замерзания как в поле, так и в лесополосах, и сохраняет высокую впитывающую способность; стока не бывает ни в поле, ни в лесополосах. Такие же условия могут создаваться, если почва в зиму уйдет замерзшей глубоко, но потом оттает после глубокой и продолжительной оттепели и выпадения снега.

Снег выпадает на талую или слабозамерз-

Экология. Мелиорация

шую почву, во время зимних оттепелей он в поле стаивает полностью, а в лесополосах и на опушках (иногда только в лесополосах) частично, затем после наступления морозов почва в поле глубоко промерзает, а в лесополосах (и шлейфах) оставшийся снег предохраняет ее от промерзания; почва здесь обладает высокой водопроницаемостью, и лесополосы хорошо поглощают талую воду, поступающую с поля.

Снегоотложение происходит одновременно с наступлением морозов. В лесополосах и на опушках сразу начинает откладываться снег, сдуваемый с полей. Почва в лесополосах замерзает слабо, а в поле на большую глубину. Если в течение зимы нет глубоких оттепелей с полным сходом снега в поле и лесополосах, то почва в лесополосах может оттаять снизу и сохранит высокую впитывающую способность.

Снег выпадает раньше или одновременно с наступлением морозов. Почва уходит в зиму талая или слабозамерзшая. Во время глубоких оттепелей снег полностью стаивает, почва глубоко промерзает в поле и в лесополосах, впитывающая способность ее значительно снижается.

Морозы наступают раньше установления снежного покрова, почва промерзает на большую глубину в поле и в лесополосах, и в таком состоянии находится всю зиму независимо от наличия или отсутствия оттепелей и количества снега, водопоглощающая способность почвы становится слабой, а стокорегулирующая роль лесополос низкой.

Могут быть и другие сочетания условий, при которых стокорегулирующая роль лесополос в связи с промерзанием почвы занимает промежуточное положение.

Оценивая в целом влияние лесополос на снегоотложение и промерзание почвы, следует отметить, что с их помощью можно в значительной степени регулировать глубину промерзания. Лесополосы, оказывая мощное воздействие на снегоотложение, способствуют предохранению почв от глубокого промерзания, увеличению во-допоглощения и сокращению стока талых вод.

Литература

1. Гаршинев Е.А. Выбор способа размещения лесополос на водосборах с учетом направления вредоносных ветров // Лесомелиорация при контурном земледелии: Сб. науч. тр. ВНИАЛМИ. -Волгоград, 1988. - Вып. 1(93). - С. 30-42.

2. Калиниченко Н.П., Ильинский В.В. Лесомелиорация овражно-балочных систем. - М., Лесн. пром-сть, 1976. - 200 с.

3. Копанев И.Д. Методы изучения снежного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 226 с.

4. Сурмач Г.П. Борьба с эрозией почв на основе поверхностного стока // Вестн. с.-х. науки. -1964. - №8. - С. 81-90.