Влагосберегающая роль стокорегулирующих лесных полос в структуре агролесоландшафтов

ЭКОЛОГИЯ

УДК 630*116.64

DOI: 10.21685/2307-9150-2016-4-10

Н. П. Чекаев, А. Ю. Кузнецов

ВЛАГОСБЕРЕГАЮЩАЯ РОЛЬ СТОКОРЕГУЛИРУЮЩИХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС В СТРУКТУРЕ АГРОЛЕСОЛАНДШАФТОВ

Аннотация.

Актуальность и цели. Важнейшее место в системе мероприятий по снижению экологической напряженности в сельском хозяйстве отводится защитному лесоразведению. В многочисленных исследованиях дана оценка положительному влиянию лесных мелиораций, определена необходимость их применения. Однако лишь в последние десятилетия начались исследования комплексной продуктивности противоэрозионных насаждений, их роли в формировании экологически устойчивых агролесоландшафтов. На этом фоне актуально изучение воздействия лесных полос противоэрозионного комплекса на почвенные факторы и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Пензенской области.

Материалы и методы. В статье представлены данные по изучению влияния стокорегулирующей лесной полосы плотной конструкции на запасы влаги в черноземе выщелоченном и урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур при разной удаленности от полосы.

Результаты. Установлено, что стокорегулирующая лесная полоса переводит поверхностный сток влаги во внутрипочвенный, тем самым защищает почву от водной эрозии и приводит к накоплению влаги для сельскохозяйственных растений. Исследования выявили положительное влияние стокорегу-лирующей лесной полосы на урожайность сельскохозяйственных культур. Наибольшую урожайность возделываемых культур наблюдали на расстоянии 50-150 м от лесополосы. Средний условный чистый доход от влияния лесополос составил 2877,7 руб./га.

Выводы. В результате исследований выяснилось, что в весенний период стокорегулирующая полоса способствует переводу поверхностного стока во внутрипочвенный сток. Перед лесополосой происходит накопление влаги. В летне-осенний период накопление влаги происходит ниже лесной полосы за счет перевода поверхностного стока. Поэтому для равномерного распределения влаги необходимо проводить рубки ухода в лесополосах, т.е. создавать продуваемые конструкции, так как они равномернее распределяют снег, а затем и влагу, что нельзя сказать про плотные конструкции, которые распределяют влагу в основном перед лесополосой на небольшом удалении.

Ключевые слова: защитное лесоразведение, стокорегулирующая лесная полоса, запасы влаги в почве, урожайность.

N. P. Chekaev, A. Yu. Kuznetsov

A MOISTURE PRESERVING ROLE OF FOREST STRIPS IN THE STRUCTURE OF AGRO-FOREST-LANDSCAPES

Abstract.

Background. A major place in the system of measures to decrease the ecological tension in agriculture is allocated to protective afforestation. The positive influence

of forest melioration is described in numerous researches. However, only in the last decades there have been launched researches of complex efficiency of antierosion plantings, their roles in ecologically stable agro-forest-landscapes formation. Against this background it is urgent to study the impact of forest strips of the antierosion complex on soil factors and yield of crops in conditions of Penza region.

Materials and methods. The article presents information on the impact of forest strips of dense structure on moisture reserves in the leached Chernozem and yield of agricultural crops at different distances from the strip.

Results. It has been established that forest strips transfer surface runoffs of moisture into subsurface runoffs, protecting soil from water erosion and leading to accumulation of moisture for crop plants. The researches has showed a positive influence of a forest strip on crop yields. The highest yield of crops was observed at a distance of 50-150 m from a forest strip. The average notional net income from the influence of forest strips made up 2877,7 RUB/ha.

Conclusions. As a result, the researches have made it clear that in the spring the forest strip contributes to the transfer of surface runoffs into subsurface runoffs. Before the forest strip there takes place moisture accumulation. In the summer-autumn period, the accumulation of moisture below the forest strip takes place due to the transfer of surface runoffs. Therefore, uniform moisture distribution it is necessary to conduct improvement thinning in forests, that is to create wind-blown settings, as they more evenly distribute snow, and then moisture, which cannot be performed by dense structures that distribute moisture generally before a forest strip during small removal.

Key words: protective afforestation, forest strip, moisture reserves in soil, yield of crops.

Введение

В настоящее время происходит усиление деградации агроландшафтов в результате практически бесконтрольного и истощительного использования земель акционерными обществами, фермерами и другими хозяйственными формациями, стремящимися получать максимальную прибыль без адекватного вклада в поддержание и наращивание агроресурсного потенциала используемых земель [1].

В Поволжье смыву подвержено более 8 млн га сельскохозяйственных угодий, в том числе 5,7 млн га пашни. На почвах разной степени эродирован-ности урожай зерновых культур снижается на 40-60 % и более, в результате чего недобор зерна составляет свыше 500 тыс. т в год. Потери гумуса за последние 20 лет на черноземах составили 0,3-0,7 %, или в удельном весе -8-13 % от исходной величины. Лесистость на водосборных бассейнах Волги за последние 150 лет снизилась с 30-40 до 10-30 % [2].

Важнейшее место в системе мероприятий по снижению экологической напряженности в сельском хозяйстве отводится защитному лесоразведению [3]. В многочисленных исследованиях дана оценка положительному влиянию лесных мелиораций, определена необходимость их применения. Однако лишь в последние десятилетия начались исследования комплексной продуктивности противоэрозионных насаждений, их роли в формировании экологически устойчивых агролесоландшафтов [4]. На этом фоне актуально изучение воздействия лесных полос противоэрозионного комплекса на почвенные факторы и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Пензенской области.

Особенностью лесных полос является долговечность и разносторонность их мелиоративного влияния на прилегающие поля. Уменьшая скорость ветра в зимний период, они задерживают на защищаемой территории до 95 % выпавших твердых осадков, способствуя тем самым повышению влажности почвы по сравнению с незащищенными полями [5].

Ослабление скорости ветра и турбулентного обмена в летний период ведет за собой повышение относительной влажности воздуха, уменьшение испарения с поверхности почвы и растений. На межполосном поле в результате этого создается своеобразный микроклимат приземного слоя воздуха, улучшающий рост и развитие растений [6]. Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур среди лесных полос в сравнении с открытыми полями отмечено в работах многих авторов. Фиксируемая при этом прибавка урожая складывается за счет зимнего снегозадерживающего воздействия лесных полос и их влияния на микроклимат приземного слоя воздуха в течение вегетационного периода [7].

Мелиоративное влияние лесных полос в летний период (исключая зимнее) на рост и развитие сельскохозяйственных культур до настоящего времени изучены недостаточно.

Учитывая актуальность этого вопроса, мы сочли необходимым проведение данной работы, в ходе которой основное внимание обращалось на влияние стокорегулирующих лесных полос на элементы водного режима и продуктивность посевов сельскохозяйственных культур.

Цель, место проведения и объект исследований

Целью исследований является изучение влияния стокорегулирующей лесной полосы плотной конструкции на запасы влаги в почве при разной удаленности от полосы и урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур. Исследования проводились в 2014-2015 гг. в АО «Учхоз "Рамзай" Пензенской ГСХА» на черноземе выщелоченном.

Исследуемая стокорегулирующая лесная полоса плотной конструкции расположена в районе с. Пяша (Администрация Рамзайского сельсовета Мокшанского района) на склоне северо-восточной экспозиции на землях АО «Учхоз "Рамзай" Пензенской ГСХА» (рис. 1). Лесополоса имеет направление с северо-запада на юго-восток под углом 55°, располагается на границе между вторым и третьим полями севооборота. Создана полоса в 1948 г. Ее длина составляет 1210 м, ширина в пределах 24,0-28,0 м, площадь 3,1 га. Защитная высота насаждения составляет 10,6 м. Состав древостоя: первый ярус - 90 % клен ясенелистный, 10 % вяз обыкновенный; второй ярус - кустарники и подрост: жимолость обыкновенная, дерен белый, лещина обыкновенная, подрост: клен ясенелистный, ольха серая, вяз обыкновенный. Последняя рубка ухода проведена летом 1978 г. Длина склона 630 м. Рельеф относительно ровный. Выше лесной полосы крутизна склона колеблется от 1,5 до 3,0°, ниже от 2,6 до 5,0°. Средняя крутизна - 3,6°. От водораздела до лесополосы имеется ложбинка. Ниже по склону никаких микропонижений нет. Выше лесной полосы в 2014 г. на участке поля возделывался ячмень, в 2015 г. - горох, а ниже возделывались в 2014 г. кукуруза на силос, в 2015 г. -яровая пшеница.

Рис. 1. Стокорегулирующая лесная полоса

Результаты исследований

В системе мер защиты от водной и ветровой эрозии лесным полосам принадлежит одно из важных мест. Особыми противоэрозионными свойствами обладают стокорегулирующие лесные полосы. Они предотвращают снос ветром снега в пониженные элементы рельефа и усиливают внутрипоч-венный сток. Снег на полях в системе полос тает сравнительно медленно, обеспечивая постепенное впитывание талых вод в почву. Кроме того, повышенные запасы снега в полосах являются дополнительным препятствием на пути поверхностного стока с вышележащего склона [8].

Вода в почве - один из важнейших факторов плодородия и урожайности растений. В почвенных процессах в создании агрономически важных свойств почвы она играет значительную и разностороннюю роль. Эта роль определяется особым положением воды в природе [9].

Вода - это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. С содержанием воды в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, гумусообразо-вание, биологические, химические и физико-химические процессы. В воде растворяются питательные вещества, которые из почвенного раствора поступают в растения. Поскольку при испарении воды затрачивается огромное количество тепла, вода является и терморегулятором почвы и растений, предохраняя их от перегрева солнечной радиацией [9].

Для агрономической (агроэкологической) оценки гидрологического режима почв и влагообеспенности растений по показателям их водно-физических свойств проводят расчеты запасов влаги в профиле почв на необходимую мощность (пахотный и корнеобитаемый слои) почвы. Их выражают в кубических метрах на гектар (тоннах на гектар) или в миллиметрах водного слоя [2].

Как известно, водорегулирующие лесные полосы создаются на склонах с целью перевода поверхностного стока во внутрипочвенный, этим самым лесная полоса способствует накапливанию влаги в почве и предотвращает водную эрозию. В зимний период лесная полоса работает следующим образом: движущиеся воздушные массы, ударяясь в водорегулирующую лесную полосу, задерживаются и, поднимаясь вверх, огибают лесополосы, опускание воздушных масс происходит на удалении 15-20 Н. Перед лесополосой происходит распределение снега. До удаления 100 м за лесополосой образуется зона затишья и снег оседает в результате происходит его накопление. В весенний период водорегулирующая полоса способствует переводу поверхностного стока во внутрипочвенный сток. Перед лесополосой происходит накопление влаги, как видно из рис. 2. В летне-осенний период перераспределение влаги происходит следующим образом: накопление влаги происходит ниже лесной полосы за счет перевода поверхностного стока.

Рис. 2. Запасы влаги в почве в зависимости от удаления от лесополосы

Запасы продуктивной влаги в почве в начале вегетационного периода в слое 0-20 см составляли от 29,2 до 56,9 мм и были самыми высокими ниже лесной полосы на расстоянии 10-50 м. Запасы влаги при этом характеризовались как удовлетворительные и хорошие (см. рис. 2).

В слое 0-100 см на всех площадках запасы влаги характеризовались как очень хорошие и составляли от 199,5 до 287,1 мм. Как и в слое 0-20 см, наиболее высокие запасы наблюдались на расстоянии 10-50 м ниже лесополосы.

Запасы влаги в почве в конце вегетационного периода в слое 0-20 см на площадках выше лесополосы характеризовались как плохие и составляли от 16,2 до 19,6 мм. Как и в начале вегетационного периода, запасы влаги в слое 0-20 см были более высокие ниже лесополосы. В слое 0-100 см наблюдается такая же тенденция.

Водорегулирующие лесные полосы, оказывая определенное влияние на экологию полей, тем самым воздействуют на рост и урожайность сельскохозяйственных культур, которые являются основным критерием оценки их мелиоративно-хозяйственной роли.

Исследования выявили положительное влияние водорегулирующей лесной полосы на черноземе выщелоченном в условиях АО «Учхоз "Рамзай" Пензенской ГСХА» на урожайность сельскохозяйственных культур (табл. 1).

Таблица 1

Влияние стокорегулирующей лесной полосы на урожайность сельскохозяйственных культур

Расстояние от лесополосы Ячмень (2014 г.) Горох (2015 г.) Средняя урожайность за два года в зерновых единицах

Урожайность зерна, т/га Отклонения от контроля, т/га Урожайность зерна, т/га Отклонения от контроля, т/га Урожайность зерна, т/га Отклонения от контроля, т/га

1 2 3 4 5 6 7

Водораздел 300 м выше полосы (контроль) 2,96 - 2,43 - 3,06 -

150 м выше полосы 3,24 0,28 2,46 0,03 3,22 0,16

100 м выше полосы 3,42 0,46 2,95 0,52 3,63 0,57

50 м выше полосы 3,29 0,33 2,48 0,05 3,26 0,20

25 м выше полосы 2,51 -0,45 2,45 0,02 2,85 -0,21

10 м выше полосы 2,48 -0,48 1,94 -0,49 2,50 -0,56

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7

Кукуруза на силос (2014 г.) Яровая пшеница (2015 г.) Средняя урожайность за два года в зерновых единицах

10 м ниже полосы 19,64 -2,47 2,48 -0,24 2,91 -0,33

25 м ниже полосы 26,80 4,69 2,91 0,19 3,73 0,49

50 м ниже полосы 32,52 10,41 3,26 0,54 4,39 1,15

100 м ниже полосы 25,98 3,87 3,24 0,52 3,83 0,59

150 м ниже полосы 25,36 3,25 2,96 0,24 3,64 0,40

250 м ниже полосы край поля (контроль) 22,11 2,72 3,24

Наибольшую урожайность ячменя в 2014 г. на поле выше лесной полосы наблюдали на расстоянии 100 м. Разница с урожайностью на водоразделе составила 0,46 т/га. Положительное влияние наблюдалось на расстоянии от 50 до 150 м от лесополосы. При приближении на расстояние ближе 50 м наблюдается снижение урожайности. В 2015 г. при сравнении урожайности гороха снижение урожайности наблюдали на расстоянии ближе 20 м к лесополосе. Если сравнивать урожайность за 2 года, переведенную в зерновые единицы, наблюдается повышение урожайности культур на расстоянии 50-150 м выше лесополосы.

При сравнении урожайности сельскохозяйственных культур, возделываемых ниже лесополосы, наблюдается снижение урожайности зеленой массы кукурузы в 2014 г. на расстоянии 10 м от лесополосы. При удалении от полосы 25-150 м наблюдается повышение урожайности. Такую же закономерность наблюдали в 2015 г. при возделывании яровой пшеницы. Как в 2014 г., так и в 2015 г. наибольшую урожайность возделываемых культур наблюдали на расстоянии 50-100 м ниже лесополосы.

Наши исследования показали, что величина урожайности исследуемых культур в определенной степени зависит от удаленности от лесополосы. Следовательно, величина чистого дохода будет зависеть от полученной урожайности сельскохозяйственных культур на разной удаленности от лесополосы.

При возделывании сельскохозяйственных культур выше водорегулирующей полосы в зависимости от удаленности от нее средняя стоимость прибавки урожая за два года возрастала до 4730,0 руб./га. Убытки были получены на расстоянии ближе 25 м к лесополосе.

При возделывании сельскохозяйственных культур ниже лесополосы убытки были только на расстоянии ближе 10 м и составили - 2429,7 руб./га.

При удалении от лесополосы от 25 до 50 м стоимость прибавки урожая в среднем за два года составила от 2893,8 до 8354,0 руб./га, и показатели были самыми высокими при удалении от лесополосы от 50 до 100 м.

Условный чистый доход при возделывании сельскохозяйственных культур выше лесной полосы с площади влияния составил 31 804,9 руб., а с 1 га пашни - 1747,5 руб. При возделывании сельскохозяйственных культур ниже лесной полосы условный чистый доход с площади влияния составил 72 942,0 руб., а с 1 га пашни - 4007,8 руб.

Заключение

Под влиянием стокорегулирующей лесной полосы накопление влаги происходит на склонах ниже полосы. Этой особенностью подтверждается противоэрозионная и водоохранная роль водорегулирующих лесных полос -переводить поверхностный сток во внутрипочвенный и предотвращать разрушение почв водными потоками.

Стокорегулирующая лесная полоса, улучшая водный режим чернозема выщелоченного, увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур. Максимальное влияние лесной полосы проявляется на расстоянии 50-150 м от лесополосы.

Стокорегулирующая лесная полоса положительно влияет на экономическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур без дополнительных вложений в технологии возделывания. Средний условный чистый доход от влияния лесополос составил 2877,7 руб./га.

Список литературы

1. Кочергина, З. Ф. Ландшафтно-экологические основы рационального землепользования : моногр. / З. Ф. Кочергина. - Омск : Изд-во ОмГАУ, 2007. - 224 с.

2. Чекаев, Н. П. Агроэкологическая оценка земель : учеб. пособие / Н. П. Чекаев, А. Ю. Кузнецов. - Пенза : РИО ПГСХА, 2016. - 215 с.

3. Тимерьянов, А. Ш. Лесомелиорация ландшафтов : учеб. пособие / А. Ш. Ти-мерьянов. - Уфа : БГАУ, 2007. - 112 с.

4. Самсонов, Е. В. Воздействие лесных полос противоэрозионного комплекса на почвенные факторы и урожайность сельскохозяйственных культур в степи Приволжской возвышенности : дис. ... канд. с.-х. наук : 06.03.04 / Самсонов Е. В. -Саратов, 2006. - 210 с.

5. Рекомендации по технологии создания защитных лесонасаждений на богарных и орошаемых землях и повышения их мелиоративных функций в сухостепной зоне РФ / сост. А. М. Степанов, В. В. Кравцов, Е. И. Литвинов. - М., 2000. - 241 с.

6. Гальдин, Г. Б. Влияние водорегулирующих лесных полос на влажность почвы и урожай сельскохозяйственных культур на склоновых землях (Пензенская область) / Г. Б. Гальдин, И. С. Антонов, В. И. Антонов // Проблемы рационального использования природных ресурсов Пензенской области. - М., 1984. - С. 86-99.

7. Колесникова, Л. В. Лесные полосы и их влияние на плодородие чернозема обыкновенного и продуктивность угодий в степи Приволжской возвышенности : дис. ... канд. с.-х. наук : 06.03.04 / Колесникова Л. В. - Саратов, 2006. - 238 с.

8. Рекомендации по выращиванию полезащитных лесных полос на землях сельхозпредприятий Среднего и Нижнего Поволжья / сост. И. М. Торохтун, З. И. Мала-нина, Ю. И. Васильев. - Волгоград, 1984. - 59 с.

9. Общее почвоведение : учеб. пособие / Н. А. Фомин, Н. П. Чекаев, А. Н. Арефьев, А. Ю. Кузнецов. - Пенза : РИО ПГСХА, 2014. - 219 с.

References

1. Kochergina Z. F. Landshaftno-ekologicheskie osnovy ratsional'nogo zemlepol'zovaniya: monogr. [Landscape and ecological bases of rational land management: monograph]. Omsk: Izd-vo OmGAU, 2007, 224 p.

2. Chekaev N. P., Kuznetsov A. Yu. Agroekologicheskaya otsenka zemel': ucheb. posobie [Agroecological evaluation of lands: tutorial]. Penza: RIO PGSKhA, 2016, 215 p.

3. Timer'yanov A. Sh. Lesomelioratsiya landshaftov: ucheb. posobie [Forest reclamation of landscapes: tutorial]. Ufa: BGAU, 2007, 112 p.

4. Samsonov E. V. Vozdeystvie lesnykh polos protivoerozionnogo kompleksa na pochven-nye faktory i urozhaynost' sel'skokhozyaystvennykh kul'tur v stepi Privolzhskoy vozvy-shennosti: dis. kand. s.-kh. nauk: 06.03.04 [The impact of forest strips of the antierosion complex on soil factors and agricultural crop yield in steppes of the Volga Uplands: dissertation to apply for the degree of the candidate of agricultural sciences]. Saratov, 2006, 210 p.

5. Rekomendatsii po tekhnologii sozdaniya zashchitnykh lesonasazhdeniy na bogarnykh i oroshaemykh zemlyakh i povysheniya ikh meliorativnykh funktsiy v sukhostepnoy zone RF [Technological recommendations on establishment of protective afforestation on rich and irrigated soils and improvement of their reclamation functions in the dry-steppe zone of the Russian Federation]. Comp. by A. M. Stepanov, V. V. Kravtsov, E. I. Litvi-nov. Moscow, 2000, 241 p.

6. Gal'din G. B., Antonov I. S., Antonov V. I. Problemy ratsional'nogo ispol'zovaniya prirodnykh resursov Penzenskoy oblasti [Problems of rational use of natural resources in Penza region]. Moscow, 1984, pp. 86-99.

7. Kolesnikova L. V. Lesnye polosy i ikh vliyanie na plodorodie chernozema obyknoven-nogo iproduktivnost' ugodiy v stepi Privolzhskoy vozvyshennosti: dis. kand. s.-kh. nauk: 06.03.04 [Forest strips and the influence thereof on fertility of the Chernozem and productive capacity of agricultural areas in the steppe of the Volga Uplands: dissertation to apply for the degree of the candidate of agricultural sciences]. Saratov, 2006, 238 p.

8. Rekomendatsii po vyrashchivaniyu polezashchitnykh lesnykh polos na zemlyakh sel'khoz-predpriyatiy Srednego i Nizhnego Povolzh'ya [Recommendations on growing field-protecting forest strips on lands of agricultural enterprises of Middle and Lower Volga regions]. Comp. by I. M. Torokhtun, Z. I. Malanina, Yu. I. Vasil'ev. Volgograd, 1984, 59 p.

9. Fomin N. A., Chekaev N. P., Arefev A. N., Kuznetsov A. Yu. Obshchee pochvovede-nie: ucheb. posobie [General soil science: tutorial]. Penza: RIO PGSKhA, 2014, 219 p.

Чекаев Николай Петрович

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой почвоведения и агрохимии, Пензенская государственная сельскохозяйственная академия

E-mail: chekaev1975@mail.ru

Кузнецов Александр Юрьевич кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, кафедра почвоведения и агрохимии, Пензенская государственная сельскохозяйственная академия

E-mail: alex200278@yandex.ru

Chekaev Nikolay Petrovich Candidate of agricultural sciences, associate professor, head of sub-department of soil science and agrochemistry, Penza State Agricultural Academy

Kuznetsov Alexander Yuryevich Candidate of agricultural sciences, associate professor, sub-department of soil science and agrochemistry, Penza State Agricultural Academy

УДК 630*116.64 Чекаев, Н. П.

Влагосберегающая роль стокорегулирующих лесных полос в структуре агролесоландшафтов / Н. П. Чекаев, А. Ю. Кузнецов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. - 2016. -№ 4 (16). - С. 109-118. БОТ: 10.21685/2307-9150-2016-4-10