Из истории степного и защитного лесоразведения
Наша страна по праву считается родиной степного и защитного лесоразведения. Оно у нас возникло, когда по указанию Петра I под Таганрогом в урочище «Большая Черепаха» была заложена дубовая роща, сохранившаяся до наших дней.
К началу 19-го столетия относятся посадки леса известных энтузиастов лесоразведения В. П. Скаржинского в Херсонской губернии (с 1817 г.), М. М. Кирякова под Одессой (с 1825 г.).
Большую роль в развитии степного лесоразведения сыграло организованное в 1843 г. первое Велико-Анадольское степное лесничество. Первым лесничим здесь был выдающийся ученый и практик В. Е. Графф - с 1843 по 1866 г. В дальнейшем лесничеством руководили известные лесоводы и ученые: Л. Г. Барк (с 1866 до 1877 г.), X. С. Полянский (с 1877 по 1897 г.), Н. Я. Дахнов (с 1897 по 1919 г.). На основании опытных работ, проведенных в Велико-Анадольском лесничестве, было доказано, что основной породой для лесоразведения в степях должен быть дуб; были разработаны эффективные схемы смешения и основы агротехники культур дуба. Но главное - была доказана возможность создания в степях достаточно устойчивых лесных насаждений.
Почти одновременно на юге России было создано еще несколько степных лесничеств: Бердянское (1844), Миусское (1872), Донское (1876), Атаманское, Манычское, Сальское и Быстрянское (1884-1888), Уральское (1881), Рацинское и Владимирское (70-е гг.) и др.
Большой вклад в развитие степного лесоразведения внесли лесоводы Ф. Ф. Тиханов, М. К. Савич, Ю. Леман и др. Ф. Ф. Тиханов, например, впервые начал создавать смешанные культуры дуба по так называемому «Донскому» типу смешения. И хотя этот тип смешения оказался неудачным, он послужил основанием для разработки эффективных типов и способов смешения культур дуба и других пород.
Защитное лесоразведение в нашей стране развивалось параллельно со степным.
Впервые идею использования леса для полезащитных целей выдвинул известный агроном, лесовод и плодовод А. Т. Болотов в 1766 г., а претворил ее в жизнь в своем имении Трудолюб (ныне Полтавская обл.) В. Я. Ломиковский в 1809 г. Он обсадил свои поля лесными полосами и получал высокие урожаи сельскохозяйственных культур.
С 1882 г. под руководством ученого-лесовода Н. К. Генко большие работы проводились на юго-востоке страны. Под его руководством было посажено около 18 тыс. га широких лесных полос по водоразделам и берегам рек. В 1885 г Гродзким были заложены лесные полосы в Тимашевском удельном имении, а в 1891 г. Андриенко в Росташевском имении.
Первые работы по выращиванию противоэрозионных насаждений относятся к 1822 г., когда в с. Моховое начали облесение овражно-балочных систем. В первые 30 лет этими работами руководил Ф. X. Майер, а в последующие 40 лет - И. Н. Шатилов. Шатиловский лес пользуется широкой известностью. Опытные работы по облесению горных склонов начались в 1874 г. в Крыму, в 1880 г. в Средней Азии и в 1891 г. на Кавказе. Большой вклад в развитие горномелиоративных работ внесли А. Ф. Вещицкий, Н. И. Корольков, С. Ю. Раунер, В. И. Лисневский, Ф. И. Зибольд и др. С 1804 по 1818 г. проводились посадки сосны на сыпучих песках Северного Донца И. Я. Даниловским. Сосновый бор на площади около 1 тыс. га просуществовал до 1887 г.
К 1804 г. относятся посадки Битнера на дюнных Прибалтийских песках. В 1870 г. на Нижнеднепровских песках организуется Алешковское лесничество, первым лесничим которого был Вейлант, а с 1893 г. И. А. Борткевич. В 1879 г. приступили к облесительным работам на Арчадинских песках. В 1895 г. начались работы по облесению Терско-Кумских песков, где впоследствии была организована Ачикулакская опытная станция.
Первые работы по защите железных дорог от снежных заносов были начаты в 1861 г. на Московско-Нижнегородской и в 1863 г. на Московско-Рязанской дорогах, где применялись живые изгороди. На южных дорогах эти работы проводились с 1876 г. под руководством Н. К. Срединского путем создания многорядных лесных полос из лиственных пород. Однако в связи с тем, что полосы создавались слишком узкими, эти работы вскоре прекратились.
Значительные работы по закреплению и облесению оврагов и песков были проведены песчано-овражными партиями, которые были организованы в 1898-1900 г. Работами руководил известный мелиоратор А. Н. Костяков.
Научные основы полезащитного и противоэрозионного лесоразведения были заложены экспедицией профессора В. В. Докучаева, которая была организована 22 мая 1892 г. Экспедицией были вскрыты причины, вызывающие засуху, и разработан комплекс мероприятий по борьбе с ней. В. В. Докучаев по праву считается основателем новой научной дисциплины - лесные мелиорации. Свое учение о культурных ландшафтах он осуществил на практике при создании Каменностепного, Старобельского и Велико-Анадольского лесомелиоративных участков. Заведывание Каменностепным (Хреновским) участком было возложено на К. Э. Собеневского (после него здесь работали Г. Ф. Морозов, Н. А. Михайлов), Велико-Анадольским - на Г. Н. Высоцкого (затем его сменили Д. В. Померанцев, Н. П. Кобранов) и Старобельским (Деркульским) - на К. И. Юницкого.
Большой вклад в развитие лесных мелиорации внесли Г. Н. Высоцкий, Г. Ф. Морозов, Н. С. Нестеров, П. А. Костычев, А. А. Измаильский, К. А. Тимирязев, М. К. Турский, Н. П. Кобранов, А. И. Воейков и др. Г. Н. Высоцкий провел большие работы по изучению мелиоративных свойств леса и технике создания леса в степи. Он диалектически раскрыл взаимодействие леса и окружающей среды, впервые изучил гидрологическую роль леса.
Новое «Учение о лесе», созданное выдающимся русским лесоводом, профессором Г. Ф. Морозовым, его исследования по изучению биологии отдельных пород и лесных насаждений внесли неоценимый вклад не только в лесоводственную, но и в лесомелиоративную науку. Большую роль в развитии лесных мелиораций сыграли работы профессора Н. С. Нестерова по изучению влияния леса на ветровой режим, поверхностный сток и другие гидрологические факторы. Работы профессора М. К. Турского были направлены на изучение лесистости местности с целью улучшения условий ведения сельского и водного хозяйства.
В 1893 г. А. И. Воейков писал: «Разведение лесных опушек и живых изгородей - один из самых легких и доступных для человека способов повлиять на климат. Такая растительность не только уменьшает силу ветра, но и испарение и притом тем более, чем сильнее ветер и теплее и суше воздух» (Воейков А. И. Избранные соч. Т. IV. М., 1957, с. 59).
К. А. Тимирязев видел пользу лесных полос в том, что они уменьшают скорость ветра, повышают влажность воздуха. Интересно то, что опушенность листьев, выработанную самой природой для уменьшения транспирации, он рассматривал как миниатюрные лесные полосы.
П. А. Костычев и А. А. Измаильский, будучи агрономами, основное внимание уделяли агротехническим мерам борьбы с засухой. Одновременно с этим П. А. Костычев считал необходимым создать в степях систему полезащитных полос; предлагал сплошь засадить лесом степные пески, склоны оврагов и балок и наиболее высокие части водоразделов. А. А. Измаильский наиболее действенным мероприятием в борьбе с засухой считал облесение оврагов и террасирование склонов. Н. П. Кобранов, работая в Великом Анадоле, в 1911-1915 гг. заложил опыты по изучению влияния леса на урожайность сельскохозяйственных культур.
После 1917 г. в нашей стране защитное лесоразведение начало внедряться в производство. Вопросам борьбы с ветровой и водной эрозией почв, полезащитному лесоразведению уделялось большое внимание. В 1931 г. был организован Всесоюзный научно-исследовательский агролесомелиоративный институт (ВНИАЛМИ) с сетью опытных станций и опорных пунктов, а в 1969 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт защиты почв от эрозии. Специальные институты были созданы в союзных республиках.
В советский период теоретические исследования вопросов защитного лесоразведения были значительно расширены, углублены и проведены с учетом конкретных условий. Большую роль в развитии и совершенствовании защитного лесоразведения сыграли многие ученые и практики.
Научные исследования В. А. Бодрова, П. Д. Никитина, П. С. Захарова, А. Ф. Калашникова, Б. И. Логгинова, Н. М. Горшенина и других ученых позволили разработать обоснованные рекомендации по размещению, ширине, конструкции и агротехнике выращивания полезащитных лесных полос в различных почвенно-климатических условиях. Е. С. Павловский разработал научные основы ведения лесного хозяйства в насаждениях полосного типа, А. А. Сенкевич - методику изучения влияния лесных полос на урожайность сельскохозяйственных культур и экономической эффективности полезащитного лесоразведения. А. В. Альбенский провел большие исследования по обоснованию подбора древесных и кустарниковых пород для защитного лесоразведения, разработке систем лесомелиоративных насаждений.
Теоретические основы защитного лесоразведения на орошаемых землях разработаны В. В. Лебедевым, А. И. Молчановой, на пастбищах - Ф. М. Касьяновым. Вопросам полезащитного лесоразведения в Нечерноземной зоне посвящены работы Л. С. Мочалкина, Г. Г. Данилова. В области изучения природы водной эрозии почв и научного обоснования комплекса противоэрозионных мероприятий большую роль сыграли работы А. С. Козьменко, Г. А. Харитонова, Г. П. Сурмача, С. С. Соболева и др.
Исследования В. Н. Виноградова, А. Г. Гаеля, М. А. Орлова, В. В. Миронова, Н. Ф. Кулика, А. Е. Иванова, М. М. Дрюченко, И. С. Матюка, В. А. Дубянского, А. А. Леонтьева послужили основой для научного обоснования рекомендаций по закреплению, облесению и выращиванию устойчивых лесных насаждений на песчаных землях в южных и юго-восточных районах нашей страны. На основании работ А. А. Поветьева, В. В. Попова, Н. Т. Макарычева систематически совершенствовались структура, размещение и технология выращивания защитных лесонасаждений на железнодорожном транспорте. Большой теоретический вклад в развитие горномелиоративных работ внес Ф. К. Кочерга.
Научные достижения и передовой опыт в области защитного лесоразведения позволили перейти к широкому использованию леса для полезащитных целей, для борьбы с водной и ветровой эрозией почв и другими неблагоприятными явлениями. По сравнению с 1917 г. к 1978 г. в СССР площадь защитных насаждений увеличилась более чем в 30 раз и составила свыше 4,5 млн. га.
В результате длительных исследований отечественными учеными выявлено полезащитное, противоэрозионное, снегозадерживающее, экономическое и в целом разностороннее значение защитных лесонасаждений. Большинство насаждений создается в виде лесных полос разной конструкции, от которой зависит степень их мелиоративного влияния на занятую территорию и окружающую среду.
Конструкция лесных полос и их влияние на ветровой поток
Конструкция лесных полос. Конструкция характеризуется формой и внутренним строением лесных полос, от которых зависит характер и степень их ветропроницаемости. Различают три основные конструкции лесных полос: непродуваемую, продуваемую и ажурную.
Полосы непродуваемой (плотной) конструкции - это сложные многоярусные насаждения с подлеском, которые в облиственном состоянии в пределах всего вертикального профиля (сверху донизу) не имеют просветов. По П. Д. Никитину, ветропроницаемость плотных полос в кронах и между стволами не превышает 25-30% (ветропроницаемость определяется отношением скорости ветра на заветренной опушке лесных полос к скорости ветра на соответствующей высоте в открытой степи).
Продуваемые лесные полосы в облиственном состоянии характеризуются плотным строением в верхней части вертикального профиля (в кронах) и крупными просветами между стволами в приземной части высотой от 2 до 3,5 м. По форме это простые 1-2-ярусные насаждения без кустарника или с кустарником высотой не более 1 м, у которых ветропроницаемость в кронах не превышает 25-30%, а между стволами составляет больше 70-75%. Крупные просветы в виде окон между кронами деревьев и низких кустарников обеспечивают хорошую ветропроницаемость и снегораспределение.
Ажурные лесные полосы - это сложные 2-3-ярусные насаждения с подлеском, которые в облиственном состоянии в пределах всего вертикального профиля имеют более или менее равномерно расположенные просветы. Степень ажурности, а следовательно, и степень ветропроницаемости ажурных лесных полос может колебаться от 25-30 до 70-75%. В отличие от непродуваемых лесных полос ажурные имеют меньшую ширину, или меньшую густоту посадки и другой состав пород.
От трех основных конструкций может быть получено 6 производных, основными из которых являются ажурно-продуваемые (ажурные в кронах и редкие между стволами) и ажурно-непродуваемые (ажурные в кронах и плотные в приземной части). В практике защитного лесоразведения, например на транспорте, применяются двух-, трех- и многополосные насаждения с разрывами, которые в целом являются непродуваемыми. При этом отдельные полосы могут иметь разную конструкцию.
Влияние лесных полос на ветровой поток. Аэродинамическая эффективность лесных полос зависит от конструкции, степени ветропроницаемости, скорости ветра, угла подхода ветрового потока к лесной полосе, высоты насаждения, густоты размещения лесных полос на территории и их расположения по элементам рельефа. Эффективность лесных полос измеряется дальностью влияния и степенью снижения скорости ветра. Дальность влияния измеряется в высотах насаждения (Н).
Непродуваемые лесные полосы действуют по типу непроницаемых экранов. Воздушный поток начинает снижать свою скорость на расстоянии 7-10 высот от лесной полосы, затем, благодаря образовавшейся воздушной подушке, переваливает через полосу и в результате образовавшегося за полосой разреженного пространства быстро восстанавливает свою скорость.
По П. Д. Никитину, дальность влияния непродуваемых лесных полос на заветренной опушке составляет 15-20 Н, а общая не превышает 25-30 Н. В этой зоне скорость ветра в среднем снижается на 30-35%.
Продуваемые лесные полосы действуют по типу аэродинамических диффузоров, разделяющих ветровой поток на две части: одна часть, направляемая кронами, переваливает через полосу, другая - проходит между стволами в приземной части полосы. В результате встречи двух потоков за полосой минимальная скорость ветра наблюдается на расстоянии 5-7 Н от полосы и нарастание скорости происходит постепенно. Дальность эффективного влияния этих полос составляет 35-40 Н при снижении скорости ветра на 35-40%. Большой эффект дают продуваемые лесные полосы при высоте просветов между стволами от 2,5- до 3-3,5 м при высоте полос 15-18 м.
Эффективное влияние на ветер оказывают ажурные лесные полосы, которые действуют на ветровой поток по типу решетчатых экранов. Общая дальность влияния этих полос составляет 35-40 Н (5-7 Н с наветренной стороны и 30-35 Н - за полосой). В этой зоне скорость ветра снижается на 35-40%. Самый высокий эффект дают полосы с ветропроницаемостью 40-50%. Ажурно-продуваемые лесные полосы по влиянию на ветровой поток являются самыми неэффективными. Их дальность влияния не превышает 12-15 Н, причем в этой зоне скорость ветра в среднем снижается на 20-25%.
Эффективность влияния лесных полос на ветровой поток снижается по мере уменьшения угла его подхода к полосе от 90° до нуля и возрастает при увеличении скорости ветра и густоты размещения лесных полос на территории. Влияние единично расположенных полос считается неэффективным. Известно, что ветровой поток при своем движении почти точно копирует контуры рельефа, и, несмотря на это, наибольшую эффективность имеют лесные полосы, расположенные на водоразделах и ветроударных склонах. Эффективность влияния лесных полос в разных агроклиматических зонах неодинаковая.
Положительное влияние на ветровой режим оказывают не только лесные полосы, но и массивные насаждения, эффективность влияния которых соответствует влиянию лесных полос непродуваемой конструкции.
Влияние лесных полос на температуру, влажность приземного слоя воздуха и испаряемость
Влияние лесных полос на температуру и влажность приземного слоя воздуха. Эти метеорологические показатели изменяются главным образом в связи с изменением ветрового режима и турбулентного обмена. Днем в теплый период года в системе лесных полос температура воздуха бывает выше на 1-2° С, чем в открытой степи. По мере увеличения плотности лесных полос эти различия увеличиваются и на заветренной опушке непродуваемых полос в жаркую погоду достигают 5-6°, что может вызвать запал растений в приопушечной зоне. В ночные часы около плотных лесных полос температура понижается, что может вызвать формирование местных заморозков. В системе ажурно-продуваемых и продуваемых лесных полос эти отрицательные явления исключаются.
На влажность приземного слоя воздуха лесные полосы всех конструкций и массивные насаждения оказывают положительное влияние. На межполосных участках относительная влажность воздуха в среднем повышается на 2-3%, а абсолютная - на 0,5-1 мм. В суховейные дни возможно увеличение относительной влажности на 8-10%, а абсолютной до 1,5-3 мм. В пасмурную погоду различий во влажности воздуха открытой степи и межполосных участков не наблюдается. В местах повышенного турбулентного обмена возможно незначительное понижение влажности воздуха.
Дальность влияния лесных полос на температуру и влажность воздуха не превышает 10-15 Н. В этой зоне даже в засушливую погоду относительная влажность воздуха бывает близкой к оптимальным ее значениям (70%) и редко опускается ниже минимально допустимой для растений - 50%. Критическая для растений влажность (ниже 20%) в системе лесных полос явление сравнительно редкое.
Влияние лесных полос на испаряемость. В системе лесных полос незначительное повышение температуры воздуха не может сказаться на увеличении испаряемости. Интенсивность испарения здесь всегда бывает меньше, чем в открытой степи. Это связано с уменьшением скорости ветра, повышением влажности воздуха и пониженным турбулентным обменом. В приопушечной зоне, на расстоянии 2-3 Н древостоя с заветренной стороны в суховейные дни испаряемость снижается в 2-3 раза а в зоне 25 Н в среднем на 30%. Эффективность влияния лесных полос разной конструкции на испаряемость соответствует эффективности их влияния на скорость ветра.
Коэффициент увлажнения, по Г. Н. Высоцкому, определяется отношением осадков к испаряемости. Следовательно, снижение интенсивности испарения на межполосных участках в засушливых условиях приведет к искусственному увеличению коэффициента увлажнения и приближению его к оптимальному значению (1,0). При таком воздействии человека на среду степь преобразуется в лесостепь.
Лесные полосы на орошаемых землях уменьшают потери воды на испарение с поверхности каналов и водоемов.
Влияние лесных полос на снегораспределение, промерзание и оттаивание почвы
Влияние лесных полос на снегораспределение. Системы лесных полос всех конструкций в целом оказывают положительное влияние на снегораспределение, так как в открытой местности снег сдувается в микропонижения и гидрографическую сеть, перемещаясь на расстояние до 2-3 км от места выпадения. При системе лесных полос большая часть снега остается в границах полей севооборота и лесных полосах.
1 м лесной полосы задерживает дополнительно к объему снега в открытой степи от 50 до 80 м3, что имеет большое значение для защиты сельскохозяйственных культур от вымерзания и увлажнения почвы на межполосных участках.
Лесные полосы разных конструкций оказывают разное влияние на снегораспределение. Наиболее эффективны ажурно-продуваемые лесные полосы, которые, в отличие от полос других конструкций, меньше задерживают снега внутри полосы и более равномерно распределяют его на межполосных участках. Даже в районах с сильными метелями и большими снегопадами (Заволжье, Западная Сибирь, Северный Казахстан) высота снежного покрова в этих полосах обычно не превышает 1-1,2 м. Длина снежного шлейфа на заветренной стороне достигает 12-15 Н.
В непродуваемых лесных полосах образуются сугробы высотой до 3-4 м и более с короткими шлейфами в сторону поля (не более 5-6 Н). За шлейфами здесь образуются бесснежные или малоснежные зоны выдувания. Снегозадерживающее влияние непродуваемых лесных полос может быть использовано для тех видов защитных насаждений, которые предназначены для защиты определенных объектов от снежных заносов. Для того чтобы обеспечить равномерное снегораспределение на сельскохозяйственных угодьях, такие полосы нужно размещать на близком расстоянии, что экономически невыгодно. Ажурные лесные полосы по влиянию на снегораспределение приближаются к плотным, а продуваемые - к ажурно-продуваемым.
В случае применения лесных полос ажурной и непродуваемой конструкции для полезащитных целей более равномерное снегораспределение может быть обеспечено различными снегозадерживающими приемами внутри межполосных клеток.
Влияние лесных полос на промерзание и оттаивание почвы. Увеличение мощности снежного покрова и ослабление скорости холодных ветров в системе лесных полос способствует меньшему промерзанию почвы. В различных условиях и в разные годы глубина промерзания почвы в межполосных пространствах и в открытом поле неодинакова. Это зависит от целого ряда факторов: мощности снежного покрова, продолжительности действия холодных ветров, экспозиции склонов, густоты размещения лесных полос и др. В условиях Среднерусской возвышенности на безлесных участках при мощности снегового покрова до 30 см глубина промерзания почвы колеблется от 80 до 150 см, а на разном расстоянии от полос, где мощность снега изменялась от 25 до 130 см, - от 135 до 10 см.
В лесных полосах почва не промерзает или промерзает на небольшую величину, что обеспечивает интенсивное поглощение стока в период снеготаяния. При благоприятном сочетании погодных условий и мощном снеговом покрове полное размерзание почвы на межполосных участках наступает раньше, чем закончится снеготаяние. Обычно оттаивание почвы начинается снизу, но после появления проталин быстро размерзается верхний горизонт, способный поглощать талые воды.
Продолжительность снеготаяния на межполосных участках на 7-10 дней больше, чем в открытой степи. Это положительно сказывается на водопоглощении талой воды.
Влияние лесных полос на поверхностный сток, влажность почв и на грунтовые воды
Влияние лесных полос на поверхностный сток. Более благоприятные условия водопроницаемости на полях, защищенных лесными полосами, значительно сокращают весенний поверхностный сток. Но решающее значение в сокращении весеннего и ливневого стока имеют сами лесные насаждения, расположенные на пути поверхностного стока.
Весной в открытой степени пашня остается промерзшей до конца снеготаяния, в неблагоприятные зимы она покрывается ледяной коркой и весенний сток здесь достигает 100%. Даже в летний период пашня не обеспечивает полного поглощения ливневых осадков.
В лесных полосах даже в неблагоприятные зимы почва в состоянии обеспечить водопоглощение интенсивностью до 1 мм/мин. Лесные полосы, как массивные насаждения, оказывают положительное влияние на структуру почв, дренируют ее корневыми системами. Подстилка и надземные части лесной растительности создают на пути стока шероховатую поверхность. В результате такого положительного влияния лесные полосы выполняют большое водорегулирующее значение в летний период. На серых лесных почвах коэффициент водопоглощения в лесных полосах составляет 6-12 мм/мин, а на карбонатных почвах 7,7-21 мм/мин. Интенсивность водопоглощения на пашне для этих почв соответственно равна 0,4 и 1,2-2,4 мм/мин.
Чем шире и плотнее лесные полосы, тем больше в них интенсивность водопоглощения и меньше поверхностный сток с прилегающих угодий. Однако создание широких лесных полос связано с отчуждением из сельскохозяйственных угодий ценной пашни, что экономически невыгодно.
Влияние лесных полос на влажность почв и грунтовые воды. Благодаря большей мощности снежного покрова, уменьшению поверхностного стока и потерь влаги на испарение почва на полях в системе лесных полос поглощает на 10-30% влаги больше, чем на безлесных участках.
Наибольшие запасы влаги в почве отмечаются в системе продуваемых и ажурно-продуваемых лесных полос. Непродуваемые лесные полосы задерживают большое количество снега в себе и не обеспечивают равномерного распределения снега на прилегающих полях. В результате этого увлажнение почвы на полях, защищенных плотными полосами, происходит неравномерно. Запасы почвенной влаги здесь меньше, чем на полях с продуваемыми полосами. Непродуваемые полосы в первую очередь «кормят» себя.
В результате сокращения потерь влаги на испарение и отсутствия ливневого стока на полях с лесными полосами влажность почвы бывает больше, чем на открытых участках, даже в конце лета. Абсолютные показатели влажности почвы определяются многими факторами: режимом выпадения осадков и другими условиями погоды, почвенно-грунтовыми условиями, рельефом местности, характером размещения, конструкцией и возрастом лесных полос и др.
Исследованиями на Тимашевском опытном пункте, в Поволжской и Новосильской АГЛОС, в Каменной степи установлено, что лесные полосы способствуют обводнению сельскохозяйственных угодий. На Тимашевском опытном пункте до посадки лесных полос грунтовая вода находилась на глубине 10-12 м. Через 15-20 лет после посадки первых лесных полос в результате благоприятного сочетания их с рельефом уровень грунтовых вод здесь повысился на 4-6 м и остался первоначальным только в средней части межполосных клеток. В результате посадки дополнительных полос в настоящее время на территории пункта грунтовая вода залегает не ниже 7 м. На территории Каменной степи через 50 лет после организации участка грунтовые воды на межполосных полях повысились в среднем на 1,7 м.
При близком залегании водоупорных горизонтов это положительное свойство лесных полос может оказаться отрицательным. Широкие водорегулирующие полосы в Новосильской АГЛОС вызывают заболачивание почвы в прилегающей верхней части склона в весенний период, что затрудняет проведение сельскохозяйственных работ.
Лесные полосы сами транспирируют большое количество влаги. Одно 15-летнее дерево тополя и ивы за вегетационный период расходует на транспирацию 80-100 м3 воды. В результате этого под лесными полосами в конце вегетации почва бывает суше, а грунтовые воды находятся на большей глубине, чем на прилегающих к ним полевых угодьях. Это иссушающее влияние лесных полос используется в качестве биологического дренажа при защитном лесоразведении на орошаемых землях. Около каналов грунтовые воды залегают у самой поверхности, что вызывает вторичное засоление почв. Под влиянием лесных полос грунтовые воды опускаются на глубину до 3 м.
Почвоулучшающая и противоэрозионная роль лесонасаждений
Влияние защитных насаждений на почву.
В результате повышенного увлажнения на облесенных полях происходит выщелачивание почвы. Это имеет отрицательное значение в северных районах и положительное в южных. Легкорастворимые неорганические соли (хлориды, сода) и соли серной кислоты вымываются в нижние горизонты почв. В результате биологической мелиорации происходит рассоление почв, особенно под лесополосами и в приопушечной зоне. Наряду с рассолением происходит вымывание карбонатов и понижение уровня вскипания почвы от 10%-ного раствора соляной кислоты. В Каменной степи Г. М. Тумин установил превращение обыкновенного чернозема в выщелоченный.
Под лесными насаждениями происходит накопление гумуса, улучшаются физико-химические и водные свойства почв, почвообразовательный процесс в целом. В насаждениях акации белой на Придонских песках с погребенными почвами за 35-40 лет сформировался гумусовый горизонт 8-10 см. Повышенное содержание гумуса отмечается в лесных полосах засушливых районов. Накопление гумуса возможно и в межполосных клетках за счет лучшего развития растений и поступления в почву большего количества органического вещества.
Противоэрозионная роль лесонасаждений. Велико значение лесных насаждений в защите почв от ветровой и водной эрозии. Лесные полосы, резко снижая скорость ветра, препятствуют выдуванию почвы, семян и неокрепших всходов. Это противоэрозионное значение лесных полос проявляется сильнее при небольших скоростях ветра, так как при высоких скоростях лесные полосы не обеспечивают снижения ее до порога, за которым падает способность ветра разрушать почву.
Наиболее эффективны в защите почв от ветровой эрозии и пыльных бурь законченные системы ажурных лесных полос, если они не имеют никаких недостатков и размещены на расстоянии, обеспечивающем их взаимодействие. Такие взаимодействующие системы лесных полос снижают скорость ураганного ветра на 40-60% и надежно защищают почву от ветровой эрозии. Многочисленные исследования показали, что одиночно расположенные лесные полосы любой конструкции задерживают большое количество мелкозема (отложения достигают мощности 3-4 м) и сами становятся жертвой пыльных бурь.
Значение лесных насаждений в борьбе с водной эрозией почв основано на их способности задерживать снег и обеспечивать перевод поверхностного стока во внутренний, скреплять корневыми системами почву и горные породы, задерживать (кольматировать) твердый сток.
Лесные полосы, расположенные на склонах по горизонталям на расстоянии 150-200 м, и овражно-балочные насаждения выполняют большую водорегулирующую и противоэрозионную роль. На склонах с ложбинами водорегулирующие лесные полосы бывают эффективными только в сочетании с водозадерживающими агротехническими приемами и водозадерживающими валиками с канавами. Кольматируя мелкозем, защитные лесные насаждения препятствуют их выносу в реки и водоемы, предохраняя их от заиления.
В овражно-балочных системах и в горных районах насаждения, кроме того, защищают крутые склоны от размыва, оползней и обвалов. Противоэрозионные свойства лесных насаждений используются и при биологической рекультивации земель, отработанных горнорудными и другими промышленными предприятиями.
Влияние лесных полос на транспирацию и урожайность сельскохозяйственных растений
Влияние лесных полос на транспирацию сельскохозяйственных растений. В открытой местности в суховейную погоду происходит резкое повышение транспирации и снижение ее продуктивности, что отрицательно сказывается на растениях. Опыты Е. Я. Шефер-Сафоновой с вегетационными сосудами показали, что под влиянием лесных полос продуктивность транспирации (количество сухого вещества в граммах, которое образуется на 1 кг израсходованной воды) увеличивается, а коэффициент транспирации (количество воды, израсходованное на образование единицы сухого вещества) уменьшается.
В данном случае положительное влияние лесных полос на транспирацию растений определяется скоростью ветра и турбулентным обменом.
На Тимашевском опытном пункте установлено, что величина урожая сельскохозяйственных культур соответствует интенсивности транспирации за вегетационный период и находится в прямой зависимости от нее. На полях, защищенных лесными полосами, в связи с большими запасами влаги в почве суммарная интенсивность транспирации за вегетационный период больше, чем в открытой степи, что также способствует увеличению урожая. На различном расстоянии от полос суммарная интенсивность транспирации и ее продуктивность неодинаковы.
Влияние лесных полос на урожайность сельскохозяйственных культур. Урожайность сельскохозяйственных культур на полях с системой лесных полос всегда бывает больше, чем в открытой степи. Увеличение урожая связано с улучшением микроклимата, повышением суммарной интенсивности и продуктивности транспирации, предохранением почвы, высеянных семян и неокрепших всходов от выдувания и смыва.
Влияние лесных полос на урожай сказывается уже в молодом возрасте, когда они имеют высоту 1,5-2 м. По мере увеличения высоты полос увеличивается защищенная зона и повышается эффективность насаждений.
По данным ВНИАЛМИ, урожайность зерновых культур в системе лесных полос повышается в среднем на 20-30%, бахчевых и огородных - на 50-75% и трав - на 100% и более. В благоприятные по условиям погоды годы различий в урожайности культур на открытых и облесенных полях не наблюдается, в засушливые - положительное влияние лесных полос резко возрастает.
Для экономических расчетов рекомендуется принимать следующие прибавки урожая основных сельскохозяйственных культур на полях, защищенных лесными полосами (ц/га): пшеница озимая - 2,3; пшеница яровая - 1,4; рожь озимая - 1,8; ячмень яровой - 1,8; кукуруза на зерно - 3,5; подсолнечник - 1,7; хлопчатник - 2,9; кукуруза на силос - 18,0; многолетние травы на сено - 2,6 (в среднем по стране).
На смытых и подверженных сильной ветровой эрозии почвах потери урожая достигают 75% и более. Лесные насаждения, защищая почвы от этих неблагоприятных явлений, сохраняют их плодородие, обеспечивают выращивание нормального урожая и, кроме того, дают дополнительную прибавку урожая.
Вместе с тем следует иметь в виду, что в юго-восточных и восточных районах страны с резко выраженной ветровой эрозией как на песчаных почвах, так и на почвах тяжелого механического состава лесные полосы не могут обеспечить полную защиту почв от разрушения. Эта задача решается в сочетании полезащитного лесоразведения и специальных агротехнических приемов борьбы с ветровой эрозией. При выращивании сельскохозяйственных культур здесь применяется специальная противоэрозионная агротехника, разработанная А. И. Бараевым.
Особенность этой агротехники заключается в том, что проводится безотвальная обработка почвы специальными орудиями: плоскорезом-глубокорыхлителем, культиватором-плоскорезом-глубокорыхлителем, культиватором-плоскорезом, штанговым культиватором гидрофицированным и др. Эти орудия не вызывают распыления почвы: подрезанная, но сохранившаяся на пашне стерня предохраняет почву от дефляции. При необходимости после вспашки проводится прикатывание пашни кольчатыми катками или нарезка борозд через 10 м переоборудованными лущильниками.
На особо эрозионноопасных участках применяется полосное земледелие, при котором в полосах шириной 50-200 м высеваются различные сельскохозяйственные культуры и каждая вторая полоса занимается под многолетние или однолетние травы. Сильноэродированные земли используются под сплошное залужение. На песчаных почвах применяют специальные почвозащитные севообороты. Например, на Нижнеприднепровских песчаных почвах рекомендуется 9-польный севооборот с ротацией: 1-5-е поля - многолетние травы; 6-е поле - бахчевые; 7-е - однолетние травы; 8-е - бобовые культуры; 9-е поле - рожь озимая.