Влияние лесных полос различных конструкций на ветровой поток и снегораспределение

Влияние лесных полос различных конструкций на ветровой поток и снегораспределение

Н.Н. Иващенко, к.с.-х.н., Нижегородская ГСХА ращивание полосных лесных насаждений. Они

положительно влияют на скорость ветра, сне-Эффективным и общепринятым средством гораспределение, урожайность сельскохозяй-борьбы с ветровой эрозией почв является вы- ственных культур.

Цель и методика исследований. Объектом наших исследований явились лесные полосы сельхозпредприятия «Кузятовское» Нижегородской области. По агроклиматическому районированию территория хозяйства относится к юго-западному умеренно-влажному подрайону правобережья области. Осадки выпадают преимущественно в виде кратковременных ливней, результатом действия которых является эрозия. В открытой степи значительное количество снега сдувается в пониженные места. Грунтовые воды залегают неравномерно, почва иссушается, не удовлетворяется потребность растений в воде, древесные виды находятся в условиях резко меняющегося режима влаги. Это отражается на росте лесных насаждений, отрицательно сказывается на породах, плохо переносящих сухость почвы, что ограничивает их выбор для защитного лесоразведения и подбора, только сравнительно устойчивых к этим условиям произрастания. На территории, защищённой лесными полосами, коэффициент сноса снега практически равен нулю, так как они задерживают почти весь снег [1].

Целью нашей работы было изучение влияния лесных полос различных конструкций на ветровой поток и снегоотложение.

Распределение снега на межполосных участках зависит от конструкции, ширины, высоты лесных полос и направления ветра. Исключительно важная роль в распределении снега на полях принадлежит конструкции самих полос.

Одной из составляющих исследований послужила глубина снежного покрова на различных расстояниях от полос. Для этого были проведены замеры глубины снега через каждые 10 м от полос до 100-метровой отметки и через каждые 50 м от отметки 100 до 350 м. Замеры снего-отложения сделаны в межполосных пространствах трёх основных конструкций. Полученные материалы позволили сделать соответствующее заключение: наиболее эффективны продуваемые лесные полосы, которые, в отличие от полос других конструкций, меньше задерживают снега внутри полосы и более распределяют его на межполосных участках.

Создавая лесные полосы продуваемой конструкции можно значительно уменьшить величину сугроба и вызвать образование длинных шлейфов. Для наиболее равномерного распределения снегового покрова следует в середине больших межполосных пространств проводить дополнительные мероприятия по снегозадержанию. Лесные полосы всех конструкций в целом оказывают положительное влияние на снегораспределение.

Разные конструкции полезащитных лесных полос неодинаково изменяют скорость и траекторию ветрового потока. Самое высокое влияние на ветер оказывают продуваемые лесные

полосы. Ветрозащитная эффективность полос возрастает прямо пропорционально их высоте. Перед полосой этой конструкции зона снижения скорости ветра меньше, а максимальная зона затишья образуется с заветренной стороны, где снижение скорости ветра значительно. Наибольшее ветрозащитное действие они имеют при угле направления ветра к лесной полосе в 90°. Обобщая данные наших наблюдений, влияние лесных полос на ветровой режим можно представить графически. Достоверность взаимосвязи процента скорости ветра, выраженной в процентах от скорости в открытом поле, в лесных полосах различной конструкции оценивается путём построения статистических моделей.

Установление закономерности количественного изменения одного из признаков при изменении другого требует изучаемую взаимосвязь выразить аналитически, т.е. в виде соответствующего уравнения регрессии, и графически, с вычислением точек теоретической кривой по найденному уравнению [2].

При вычислении коэффициентов регрессионных уравнений основным является метод наименьших квадратов. Методом регрессионного анализа получены практически все наиболее содержательные биометрические закономерности в лесном деле [3].

Результаты исследований. Для установления характера и тесноты связи скорости ветрового потока с различной конструкцией лесных полос все опытные данные обработаны методом регрессионного анализа (программы MS Excel). В результате этого получены регрессионные уравнения, адекватно предсказывающие изменение скорости ветрового потока под действием различных конструкций лесных полос. Об этом свидетельствуют фактические значения F-критерия Фишера (F фактическое > F теоретического на 5-процентном уровне значимости).

Взаимное сравнение F фактических, сопоставление ошибок и погрешностей этих уравнений позволяет сделать выбор трёх уравнений: F,^ имеет максимальное значение, а величина ошибок и погрешностей соответственно минимальное. Эти уравнения взаимосвязи следует считать корректными (табл. 1).

Наиболее тесная взаимосвязь данного показателя отмечена при продуваемой конструкции.

1. Значения F-критерия Фишера в зависимости от конструкции лесополосы

Конструкция лесной полосы Величина F-критерия

фактическая теоретическая, на 5-процентном уровне значимости

Ажурная 49,8 3,39

Плотная 28,3 3,39

Продуваемая 4,86 3,39

Расстояние от лесной полосы в высотах, м

Рис. - Изменение ветрового режима под воздействием лесных полос различных конструкций

2. Результаты регрессионного анализа

Конструкция лесополосы Вид уравнения Коэффициент детерминации

Плотная Ажурная Продуваемая у = 0,0038х3 - 0,3017х2 + 8,458х + 9,1274 у = -0,0001х5 + 0,01х4 - 0,3325х3 + 4,9914х2 - 29,645х + 100,25 у = 2Е - 0,5х6 - 0,0016х5 + 0,0599х4 - 1,1152х3 + 10,005х2 - 32,822х + 47,986 0,9980 0,9959 0,9993

Лесные полосы продуваемой конструкции не являются для ветрового потока таким препятствием, как плотные и ажурные. Однако снижение скорости ветра просматривается до 50% на расстоянии 60—100 метров, далее скорость увеличивается и завершает изменение на расстоянии 200 метров от лесной полосы.

Ажурная полоса воздействует на ветровой поток иначе: вначале снижает его скорость от значений, равных 30—60%, до 10%, затем происходит резкое увеличение скорости ветра ориентировочно на 250—300 м, поток достигает своей максимальной величины. Далее скорость ветра не изменяется.

Ветровой поток под воздействием лесной полосы плотной конструкции представляет собой кривую, которая имеет минимальное значение скорости ветра у самого края полосы. Затем сила ветрового потока увеличивается. Изменение скорости потока прекращается на расстоянии 200-250 м.

Как видно на рисунке, фактические данные удовлетворительно совпадают с теоретической линией регрессии, что подтверждается величиной коэффициента детерминации ^2).

Полученные закономерности изменения скорости ветрового потока с конструкцией поле-

защитных полос могут быть аппроксимированы уравнениями, представленными в таблице 2.

По представленной таблице видно, что величина коэффициента детерминации ^2) имеет значение от 0,9959 до 0,9993. Это свидетельствует об очень высокой степени взаимосвязи скорости ветрового потока и различных конструкций полезащитных полос.

Лесные полосы различных конструкций оказывают неодинаковое влияние на снегораспреде-ление [4]. Вместе с тем максимальная величина данного показателя зафиксирована для продуваемой конструкции полезащитных полос. Поэтому наиболее целесообразно создавать лесополосы данной конструкции, так как в них наиболее равномерно распределяется снег, что в дальнейшем приводит к значительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

В существующих сложных природно-климатических условиях для успешного создания лесных полос применяется система агротехнических мер ухода за почвой, направленная в первую очередь на обеспечение максимального накопления почвенной влаги на глубину корневого слоя древесных пород, правильную организацию территории, соответствие схем размещения пород условиям местопроизрастания.

Выводы. Лесные полосы изменяют скорость и траекторию ветра. Эффективность их измеряется дальностью влияния и степенью снижения скорости ветра. Установлен характер скорости ветра различных конструкций лесополос. Ве-трозащитность возрастает пропорционально их высоте.

Продуваемые лесополосы положительно влияют на снегораспределение, так как большая часть снега остаётся в границах полей севооборота и в самих полосах, что имеет большое

значение для защиты сельскохозяйственных культур от вымерзания и увлажнения почвы на межполосных участках.

Литература

1. Бодров В.А. Лесная мелиорация. М-Л.: Гослесбумиздат, 1951. 459 с.

2. Зайцев Г. Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике М.: Наука, 1984. 424 с.

3. Герасимов Ю.Ю., Хлюстов В.К. Математические методы и модели в расчётах на ЭВМ, применение в лесоуправлении и экологии: учебник для лесных вузов. М.: МГУЛ, 2001. 260 с.

4. Редько Г.И., Мерзленко М.Д., Бабич Н.А. и др. Лесные культуры и защитное лесоразведение. СПб., 1999. 418 с.