Значение лесонасаждений в создании экологически безопасной конструкции агроландшафта

ЗНАЧЕНИЕ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ В СОЗДАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ

КОНСТРУКЦИИ АГРОЛАНДШАФТА

Е.Г. Котлярова

Аннотация. Показано значение защитных лесных насаждений в системе ландшафтного земледелия и их положительное влияние на сохранение и повышение плодородия почв, продуктивность культур и агроланд-шафтов в целом, расширение биологического разнообразия, экологическую безопасность среды обитания.

Ключевые слова: ландшафтные системы земледелия, лесные насаждения, эрозия, гумус, продуктивность, биологическое разнообразие, здоровье человека.

Несмотря на длительную историю и планетарный масштаб охвата, проблема эрозии почв не перестает быть актуальной. По экспертным оценкам эрозии подвержено большая часть сельскохозяйственных земель, что привело за последние 40 лет к потере продуктивности почти трети мировой пашни [1.-С.448]. Обращает на себя внимание факт нарастания темпов эрозионных потерь [2.-С.36; 3.-С.41].

Эрозия, как катастрофический бумеранг возвращается человеку в результате его нерациональной деятельности и имеет множественный отрицательный эффект: потери плодородия почв вплоть до опустынивания, выбытие земель из оборота в результате формирования овражной сети, загрязнение водных источников и воздуха, увеличение частоты и вредоносности засух, снижение в целом экологической безопасности среды обитания для живых организмов, в том числе и человека. Поэтому, можно предположить, что предотвращение эрозии даст такой же множественный, но зеркальный положительный ответ.

В настоящее время альтернативы ландшафтным системам земледелия в защите почв от эрозии с обязательным условием повышения продуктивности агро-ландшафтов пока не существует. Это доказывает крупномасштабный опыт освоения ЛСЗ под руководством академика Россельхозакадемии Котляровой О.Г. в Красногвардейском районе - некогда самом эродированном в Белгородской области.

По прошествии более 30 лет можно сказать, что цель, ради которой создавались ландшафтные системы земледелия, достигнута. Удалось не только предотвратить интенсивные эрозионные потери, но и на этой основе повысить плодородие почв.

Для оценки динамики показателей плодородия почв в Красногвардейском районе на 2-х выделенных модельных объектах, которые представляют наиболее типичные и в тоже время контрастные условия регионов Средне-Русской возвышенности, были заложены реперные точки, и в течение последних 20 лет при поддержке международных, государственных научных фондов и Белгородской государственной сельскохозя-ственной академии проводятся мониторинговые исследования, которые показали, что темпы и направленность почвообразовательного процесса в различные периоды времени были неодинаковыми и зависели от степени освоения ЛСЗ (в том числе их возраста), а также рельефных условий (крутизна, экспозиция склонов, размещение на склоне) и состояния почвенного покрова. Тем не менее, было установлено статистически значимое повышение содержания гумуса в почвах двух модельных объектов и Красногвардейского района в целом.

За исследуемый период содержание органического вещества в почвах объекта "Репный Лог" увеличилось на 0,30% в слое 0-20 см и 0,75% в слое 20-40 см (НСР05=0,53%). В подтверждение того, что положи-

тельные процессы, происходящие в пахотном слое почвы, не случайны, свидетельствует коэффициент вариации, который с каждым туром обследования уменьшается - с 13,5% в 1993 г. до 5,0% в 2013 г.

Еще один аргумент в подтверждение неслучайности положительной динамики органического вещества в почвах исследуемого объекта - это статистически значимое изменение рНКС1.

Для юго-восточных районов Белгородской области характерно значительное развитие водной эрозии. В результате сформировавшиеся на меловых материнских породах почвы характеризуются повышенной щелочностью среды. Следовательно, снижение значения рН изучаемых нами почв будет свидетельствовать об их окультуренности.

Действительно, произошло достоверное снижение значения рНКС1 с выраженной щелочной реакции среды в 1993 и стабилизация ее в области нейтральных значений к настоящему времени (рисунок 1). В пользу прогнозируемой зависимости реакции среды от содержания гумуса говорит отрицательная значительная для слоя 0-20 см и очень тесная для слоя 20-40 см корреляция между изучаемыми показателями. На рисунке отражено характерное зеркальное поведение диаграмм этих показателей.

9

8,5

8 НСР05 (рН)= 0,40 г = - 0,57

6,5 6

5,5 5

11 НСР05(гумус,%)=0,53

10 НСР05 (рН)= 0,34

9 г = - 0,94

-Ш— I умус, % рЩКС1)

Рисунок 1 - Динамика содержания гумуса и рНКС1 пахотного (1) и подпахотного (2) слоев почв модельного объекта «Репный Лог»

На втором объекте "Красногвардейский полигон" также установлено статистически значимое увеличение органического вещества как на южном, так и на северном склонах; как в пахотном слое почвы, так и в подпахотном, соответственно, на 29% и 20% в целом по водосбору (рисунок 2).

Сохранение и накопление органического вещества в почвах модельных объектов согласуется с увеличением органического вещества в почвах Красногвардейского района в целом в течение последних двадцати пяти лет с 4,8 % до 5,2 %. Превышение современного гумусного состояния над исходным составляет более 8 %. Таким образом, удалось не только предотвратить интенсивные эрозионные потери, но и на этой основе повысить плодородие почв, что само по себе является замечательным фактом.

3,8 п б

3,6

3,4 - ^

5? 3'2 " 3 -

й 2,8 -

в

и 2,6 -2,4 -2,2-

2--

1985 2004 2009

Рисунок 2 - Динамика содержания гумуса в пахотном

Освоение ландшафтных систем земледелия позволяет заложить механизм устойчивого функционирования в агроэкосистемы, поскольку главная их задача -это создание экологически безопасной конструкции агроландшафта на основе противоэрозионной организации территории с выделением агроландшафтных полос и закреплением их системой защитных лесных насаждений. Именно такой принцип организации территории, учитывающий наиболее значимые факторы развития эрозии является наиболее рациональным, поскольку основан на колоссальной научной базе и прост в исполнении, что немаловажно для практической реализации.

ЛСЗ - это суть современных систем земледелия, основа и для интенсивных, крайним выражением которых является точное, координатное земледелие, до биологических систем земледелия. Интенсивность используемых технологий зависит от конкретных почвенно-рельефных и организационно-экономических условий хозяйств.

Несмотря на такие приоритеты, характерные для нашей зоны и области, в целом для регионов со сложным эрозионноопасным рельефом, в системе ландшафтного земледелия как нет универсальных элементов, так нет и необязательных, важны все. Это достаточно емкая хорошо обоснованная система различных почвозащитных мероприятий, разработанная многими поколениями ученых. Насыщенность и содержание почвозащитных приемов зависит от конкретных условий рельефа, состояния почвенного покрова, хозяйственного использования и т.д., что подчеркивает главные качества ЛСЗ - их адаптивность и многовариантность. Проблема оптимального сочетания противоэро-зионных мероприятий решается только на основе создания проектов внутрихозяйственного землеустройства на расчетной основе.

Одновременно решается и задача, поставленная В.В. Докучаевым более 100 лет назад: установить соотношение леса, луга, пашни и воды. Отдельные попытки установить жесткое процентное соотношение может привести к шаблону, который не допустим в разнообразных ландшафтно-почвенных условиях, наблюдаемых в хозяйствах Центрально-Черноземной зоны и других регионов страны. В современных условиях значение высокопродуктивных пахотных земель будет только возрастать. Необоснованное искусственное снижение их доли было бы нецелесообразным. Однако необходимо грамотное экологическое обустройство этих угодий. При освоении ландшафтных систем земледелия облесенность пахотных угодий составляет 24%, сенокосно-пастбищных чуть больше, а экологическая устойчивость такой территории несравнимо выше, если бы ее облесенность достигала, например, 25% за счет участка леса.

В сложных рельефных условиях ключевым моментом ЛСЗ является контурная организация территории, закрепленная системой полезащитных, водорегули-

рующих, приовражно-балочных лесных полос, участков сплошного облесения.

Существует мнение, что контурная организация территории снижает производительность агрегатов. Наши исследования показали, что это не так [4. -С.41]. При контурной организации территории длина гона до полутора раз больше по сравнению с традиционной прямолинейной организацией. При этом наблюдается уменьшение расхода топлива в неэффективном режиме (на поворотах) в 1,5 раза. Расчеты показывают, что при выполнении всего комплекса работ (подготовки к посеву, посева и ухода за растениями) общая экономия топлива может составлять значительную величину. Водорегулирующие лесные полосы при этом, являясь длительными организаторами территории, закрепляют почвозащитную конфигурацию полей, и любая обработка почвы в таких условиях будет противоэрозион-ной, направленной поперек склона.

В то же время некоторые специалисты считают, что такая организация территории не позволяет эффективно использовать широкозахватные высокопроизводительные агрегаты. И у некоторых собственников появляется желание выкорчевать полезащитные лесополосы. Однако совершенству техники нет предела, тем более нельзя в угоду преимуществ, дающихся ею на данном промежутке времени, разрушить основу производства. Рациональное использование техники подразумевает, в том числе в первую очередь ее почвозащитные функции.

Периодически возникает вопрос об отрицательном влиянии лесных полос на урожайность культур в прилегающих к лесополосам зонах, так называемый «краевой эффект». Наши исследования этого вопроса на склоновых землях данного эффекта не выявили, наоборот, положительное влияние лесных полос по удержанию снега, предотвращению стока, накоплению и сохранению влаги привело к превышению продуктивности культур в этих зонах по сравнению с центральными частями полей (таблица 1).

Таблица 1 - Продуктивность культур в системе лесных полос Красногвардейского полигона в среднем за 2004-2006 гг.

Даже, если где-то такой эффект наблюдается, то следует иметь в виду общее положительное влияние системы лесных полос для агроландшафтов в целом. Отдельная лесная полоса сама по себе не имеет значения. Мелиоративным эффектом обладает система лесополос, а это, как в случае Красногвардейского района - 25 % прибавки продуктивности в среднем по всем культурам в пересчете на сухое вещество (таблица 2).

Об этом необходимо помнить тем собственникам, которые ссылаясь на якобы существующий краевой эффект снижения урожайности около лесных полос начинают их корчевать. Подчеркну, отдельные насаждения не имеют определяющего значения, но их уничтожение разрушит систему. И отбросит сельскохозяйственное производство, да и в целом общество на десятилетия назад в деле сохранения почв и повышения устойчивости агроэкосистем. Преступно допустить даже мысль об уничтожении уже созданных комплексов.

Ведь экологическая устойчивость агроландшафта, запас прочности, его инерционность, в положительном смысле этого слова - как противодействие влиянию

Участок Урожайность, т/га Выход основной продукции, %

озимая пшеница подсолнечник озимая пшеница подсолнечник

15 м к северу от лесной полосы 4,0 1,87 40,4 39,3

центр поля 3,5 1,62 38,5 37,9

15 м к югу от лесной полосы 4,4 1,86 41,9 41,7

НСР05 0,4 0,21

отрицательных факторов, пропорциональна объему органического вещества не только почв, но и растительности, в том числе экологического каркаса системы защитных лесных насаждений.

В результате освоения ландшафтных систем земледелия в Красногвардейском районе за счет повышения продуктивности агроценозов и, в большей степени, за счет древесной и травянистой растительности защитных насаждений органическое вещество фитомассы увеличилось более, чем в 2 раза (таблица 3).

Необходимо подчеркнуть, что экологическая эффективность лесомелиоративных мероприятий возрастает с увеличением освоенной ими территории, всего комплекса защитных лесных насаждений.

Сложность проектирования системы ЗЛН в настоящее время связана с уже существующими лесополосами. Проектирование «с нуля» было бы проще и точнее. Поскольку уже созданные лесные полосы часто размещены «неправильно», не поперек склона, а вдоль, либо под углом к нему, формируя традиционную пря-

молинейную организацию территории. Такая организация в сложном рельефе является агрессивной по отношению к ландшафтам, не предотвращает, а стимулирует эрозию. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо принимать специальные решения, чтобы снизить их отрицательный эффект.

Бывает и так, лесная полоса посажена по горизонтали, а эрозия продолжается (рисунок 3). Как, например, когда создаются только приовражно-балочные лесополосы, так называемые «зеленые галстуки» (такое в истории уже было). Почему это происходит? Вследствие того, что на всей остальной площади водосбора не создана система защитных насаждений. Большая часть зимних осадков сдувается в овраги и балки, а также концентрируется около одиноких лесополос. Весной при таянии снега, а именно талые воды в нашей зоне приносят наибольший вред - на них приходится до 70% стока - мы получаем не положительный эффект, а еще более худшую ситуацию.

Таблица 2 - Выход основной продукции с площади пашни в юго-восточных районах Белгородской области, т/га сухого вещества_

Район Период времени Среднее за 1986-2010 гг. Отклонение от Красногвардейских

1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010

Красногвардейский 3,92 2,94 2,31 2,42 2,52 2,82

Валуйский 3,14 2,01 1,37 2,10 2,08 2,14 -0,68

Вейделевский 3,14 2,22 1,65 2,52 2,35 2,38 -0,44

Таблица 3 - Выход органического вещества фитомассы при освоении ландшафтных систем земледелия в Красногвардейском районе Белгородской

Показатели Органическое вещество, тыс. т сухого вещества

1. Без освоения ЛСЗ (растениеводство и кормопроизводство) 845,2

2. При освоении ЛСЗ, исключая площадь сельскохозяйственных угодий под лесными полосами 980,4

3. Защитные лесные насаждения, в том числе ежегодный прирост 628,3 86,1

4. Травянистая растительность лесополос, в том числе ежегодный прирост 73,1 47,9

Итого при освоении ландшафтных систем земледелия, в том числе обменная биологическая емкость 1681,8 1114,4

А

Б

Рисунок 3 - Развитие эрозии в результате посадки только приовражно-балочных лесных полос: А - смыв почвы, Б - оползень

Использование кустарниковых кулис вместо лесных полос, рекомендуемое отдельными специалистами [5.-С.5], в условиях Центрального Черноземья весьма дискуссионно. Поскольку хорошо известно, что мелиоративный эффект и, следовательно, защищаемая площадь, напрямую зависят от высоты насаждения. И в случае кустарниковых кулис расстояние между ними будет резко сокращаться, ухудшая условия проведения агротехнических мероприятий. И даже, если речь идет о водорегулирующих функциях кулис, то надо иметь в виду, что наиболее эродированными являются южные и

юго-восточные склоны, они же в условиях ЦЧЗ ветро-ударны.

Вопрос влияния лесных полос на засоренность прилегающих полей нами тоже изучался, поскольку он волнует специалистов аграриев с того момента, когда защитные лесные насаждения стали внедряться в практику сельскохозяйственного производства. Многие исследователи изучали эту проблему. Некоторые считают, что лесонасаждения увеличивают засоренность посевов.

Наши исследования разновозрастных лесных полос показали, что в лесных полосах через определенный период времени травяная флора проходит сукцессион-ное развитие (бурьянистую, длиннокорневищную, рых-локустовую стадии) и достигает климаксовой стадии, растительные сообщества которой не угрожают ухудшением фитосанитарного состояния агроценоза. Поскольку виды, входящие в эти сообщества, характеризуются теневыносливостью, медленным ростом, низкой плодовитостью и не способны выживать в условиях поля.

Именно обработка почвы удерживает агроценозы на первой стадии сукцессии, где преобладают наиболее конкурентоспособные в таких условиях виды, большей частью являющиеся сорной растительностью. Контроль за численностью сорняков во многом зависит от культуры земледелия, а не от прилегающих лесных насаждений.

При уровне современных технологий, когда часто происходит полное уничтожение сорной растительности на полях, значение лесных полос в сохранении и расширении биоразнообразия многократно повышается. Это своего рода резервный генофонд естественной растительности, в том числе редких видов. Из установленных нами видов растений на Красногвардейском полигоне одиннадцать входят в Красную книгу Белгородской области: тюльпан Биберштейна (Tulipa biebersteinii Schult. et Schult.), осока низкая (Carex humilis Less.), любка двулистная (Platanthera bifolia L.), дремлик морозниковый (Epipactis heleborne L.), первоцвет весенний (Prímula veris L.), лен желтый (Linum flavum L.), лен украинский (L. ucrainicum Czern.), лен многолетний (L. perenne L.), триния многостебельная (Trinia multicaulis (Poir.) Schischk.), синюха голубая (Polemonium coeruleum L.), синяк русский или Румянка (Echium russicum J.F. Gmel.). А также четыре вида кандидата на включение в Красную книгу Белгородской области: лук медвежий, или черемша (Allium ursinum L. ), шиповник Юндзилла

(Rosa jundzillii Besser), ракитник австрийский (Cytisus austriacus (L.) Link), колокольчик персиколистный (Campanula persicifolia L.).

При создании ЗЛН очень важен правильный подбор породного состава. Так, любимые лесниками за высоту и быстроту роста тополя - не долговечны, и уже сейчас сформированные из них лесные полосы требуют средств для восстановления. Засуха последних лет выявила неустойчивость к ней березы в условиях юга ЦЧЗ. Импонирует в этом смысле подход Краснояруж-ской зерновой компании, специалисты которой разработали интенсивную технологию посадки лесных полос из наиболее долговечной и устойчивой породы - дуба, что значительно снижает и финансовые и трудовые затраты.

В системе защитных лесных насаждений, своего рода аэродинамических барьеров, меняется ветровой режим, снижается риск возникновения и развития ветровой эрозии, снижается содержание в воздухе нежелательных для человека пылевых взвесей вредных веществ. Это положительно сказывается на здоровье людей и снижении заболеваемости как минимум по классу болезней органов дыхания.

Наблюдается не только существенное снижение среднего значения заболеваемости органов дыхания населения района с освоенной ЛСЗ - в 1,5-2 раза, но и отрицательная тенденция ее динамики в последние годы, в отличие от соседних районов (рисунок 4). Положительное влияние системы ЗЛН подтверждается корреляционным анализом. В основном преобладает отрицательная очень тесная и функциональная связь между облесенностью сельскохозяйственных угодий и заболеваемостью (г = -0,9).

Рисунок 4 - Заболеваемость органов дыхания населения (а) и ее тренды (б) в Красногвардейском (1), Валуйском (2) и Вейделевском (3) районах за 20002008 гг.

В наших исследованиях также показано положительное влияние системы лесных насаждений по эффективному контролю вредителей со стороны полезных насекомых, для которых полосы являются местом обитания [6.-С.46].

Таким образом, как мы и предполагали, освоение ЛСЗ дает множественный положительный эффект по повышению продуктивности культур и агроландшаф-тов в целом, расширение биологического разнообразия, создание благоприятной среды обитания.

Экологическое, социальное значение и положительное комплексное воздействие лесомелиоративных систем на окружающую среду, производственную деятельность и здоровье человека предстоит еще оценить, но в любом случае эти показатели оцениваются неизмеримо выше, чем только стоимость дополнительной сельскохозяйственной продукции. Тем более, что такая система в отличие от всех остальных затрат дает отдачу в течение многих последующих десятилетий, о чем свидетельствует опыт Каменной степи, Красногвардейского района и других территорий освоения ЛСЗ.

Список использованных источников

1 Pimentel D., Burgess M. Soil erosion Threatens Food Production // Agriculture. - 2013. - № 3. - pp. 443-463; doi:10.3390/agriculture3030443

2 Модели управления продуктивностью агроландшафта /Под ред. член-корр. РАСХН В.М. Володина и д.с.-х.н. Г.Н. Черкасова. - Курск, 1998. - 215 с.

3 Васенёв И.И., Васенёва Э.Г. Агрогенно-эрозионная трансформация почвенного покрова западной лесостепи Цет-рального Черноземья // Восемнадцатое пленарное межвузовское координационное совещение по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Курск, 28-30 октября 2003 г.). Доклады и краткие сообщения. - Курск, 2003. - С. 36-45.

4 Эффективность производственных процессов в ландшафтных системах земледелия / Е.Г. Котлярова, А.И. Титовская, А.Г. Ступаков и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 7. - С. 40-41.

5 Рациональная организация агроландшафтов - основа сохранения природных ресурсов и повышения продуктивно-

сти земель / М.И. Лопырев, Е.В. Недикова, В.Д. Постолов, В.В. Адерихин // Земледелие. - 2014. - № 5. - С. 5-6.

6 Котлярова Е.Г., Лаптиев А.Б. Взаимоотношения между компонентами энтомоценоза в антропогенно сформированных агроландшафтах // Земледелие. - 2010. - № 7. - С 45-47.

Информация об авторе Котлярова Екатерина Геннадьевна, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, профессор кафедры земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», e-mail: kotlyarovaeg@mail.ru.