Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Полезащитные насаждения Воронежской области занимают площадь около 60 тыс. га. Они создавались в различное время и с использованием разнообразного ассортимента пород. В связи с этим в насаждениях сформировались отличительные структуры в продольном и поперечном профиле [6]. Защитные насаждения, как биологические сооружения на пути воздушных масс, способствуют изменению ветрового потока [4; 10]. Такие явления приводят к изменению абиотических и биотических факторов облесённого поля в агротерриториях [7; 8]. Характер и степень их в зоне влияния полезащитных полос определяется составом, структурой, шириной полос, особенностью ветрового потока, его направлением относительно насаждений [9].

Цель исследования

Выявить особенности эколого-мелиоративного влияния полезащитных насаждений в лесоаграрных ландшафтах лесостепи и установить наиболее оптимальные структуры лесополос с учётом их воздействия.

Материалы и методы исследований

Для изучения эколого-мелиоративной роли полезащитных насаждений в лесоаграрных ландшафтах АО «Отрадненское», ООО «Рогачёвское» Воронежской области в период 2011- 2013 гг. проведены комплексные исследования на метеопунктах и по профилям распределения снежного покрова, влажности и температуры приземного слоя воздуха, температуры поверхностного слоя почвы в вегетационный период, изменения целлюлозоразрушающей и нитрифицирующей активности почвенного ценоза и особенности формирования биопродуктивности и структуры сельскохозяйственных культур в зоне влияния искусственных защитных линейных насаждений согласно «Методике системных исследований лесоаграрных ландшафтов, 1985» [5]. Материалы обрабатывались современными методами статистики с использованием персональных ЭВМ по специальным программам, где результаты достоверны на высоком уровне значимости.

Результаты исследования и их обсуждения

В условиях Воронежской области полезащитные насаждения продуваемой структуры оказывают более оптимальное влияние на распределение скорости ветра в лесоаграрном ландшафте. По нашим многолетним исследованиям, на расстоянии 2 Нз на заветренной стороне скорость ветра составляет 58,0% от скорости ветра контроля, на расстоянии 5 Н - 45,2%. На участке от 10 до 20 Нз она плавно возрастает и изменяется от 61,3 до 87,1%. Лесные полосы оказывает наибольшее эффективное влияние (снижение скорости ветра более 10%) на расстоянии до 32 Н в заветренную сторону. Общая эффективность равна 38 Н. В зоне 15 Нн - 0-30 Нз снижение скорости в среднем составляет около 27%.

В лесных полосах ажурной структуры часть ветрового потока проходит через них, а часть переваливает через насаждения. На расстоянии 2 Нз на заветренной стороне скорость ветра снижается до 20,4% от контроля, затем происходит повышение от 58,8 до 91,8%. С наветренной стороны до 5 Нн снижение скорости ветра составляет около 85%. За пределами 27 Н работу этого насаждения нельзя считать эффективной. Величина суммарной ветрозащиты в зоне 5 Нн - 0 - 30 Нз равна 29,1%.

Лесные полосы ажурно-продуваемой структуры активно влияют в заветренную сторону до 20 Нз, и где суммарная ветрозащита в зоне 5 Нн - 0 - 30 Нз составляет 29,2%. Наибольшее снижение скорости ветра отмечается на расстоянии 6 Нн.

Лесная полоса плотной структуры оказывает наименьшее влияние на ветровой режим по эффективности и дальности. При этом снижение скорости ветра (менее 10%) распространяется до 19 Нз в заветренную сторону. Особенно сильное воздействие отмечается на расстоянии 2 Н (90,9%). Суммарная ветрозащита составляет 28,2%. При исследовании угол подхода к защитным насаждениям составил 60-65°, скорость ветрового потока на контроле была равна 2,2-3,4 м/с.

Полезащитные насаждения оказывают влияние на показатели относительной и абсолютной влажности воздуха. Лесополосы продуваемой структуры в дневное время суток повышают относительную влажность воздуха в зоне 5 Нн - 0-Н-30 Нз в среднем на 6,9%.

Ажурно-продуваемые насаждения способствуют лишь увеличению относительной влажности воздуха на межполосном поле на 3,7% или в среднем в 1,9 раза меньше от предыдущих.

Лесные полосы ажурной структуры, по нашим исследованиям, на межполосном поле (5 Нн-0-30 Нз) в среднем также увеличивают относительную влажность воздуха на 3,6%. При этом максимум наблюдается на расстоянии 5 Нз на заветренной стороне от насаждений.

Полезащитные насаждения плотной структуры в течение дня лишь незначительно увеличивают относительную влажность воздуха. Наибольшее изменение отмечается на заветренной стороне на расстоянии 5-15 Н. В самих насаждениях в дневное время относительная влажность воздуха меньше на 1,8-5,6%, чем на межполосном пространстве. Аналогичная закономерность получена по влиянию полезащитных лесополос и на абсолютную влажность воздуха. Различия в показателях контрольных участков и межполосных зон математически достоверны (t = 2,99 - 3,48 > t_0,05 = 2,08 - 2,14).

Полезащитные лесные полосы также изменяют температуру приземного слоя воздуха на защищенных полях в результате уменьшения скорости ветра и ослабления вертикального его обмена (табл. 1).

Лесные полосы продуваемой структуры в среднем на межполосном поле (5 Нн-0-30 Нз) в дневное время суток снижают температуру приземного слоя воздуха на 1,0-2,0 °С , что очень важно для роста сельскохозяйственных культур в период жаркой сухой погоды. Полезащитные насаждения ажурно-продуваемой структуры также в дневное время снижают температуру воздуха на 0,4-0,7 °С. От ажурных лесных полос в зоне влияния в первой половине дня и полуденное время в среднем температура воздуха ниже на 0,8-0,9 °С, затем

Таблица 1

Влияние полезащитных насаждений на температуру приземного слоя воздуха (2011 - 2013 гг.), °С

Примечание: П - продуваемая структура, Аж-П - ажурно-продуваемая, Аж - ажурная, Н - плотная.

во второй половине дня отмечается увеличение на 0,1 °С. Лесные полосы плотной структуры на межполосном поле в первой половине дня понижают температуру приземного слоя воздуха по сравнению с контролем на 0,1 °С и увеличивают на 0,8-0,9 °С в полуденные часы и во второй половине дня. Различие в показателях контрольных участков и приполосных зон статистически достоверны (t = 2,88 - 4,15 > t_0,05 = 2,08 - 2,14).

Изменение температурного режима приземного слоя воздуха под влиянием лесных полос способствует перераспределению и температуры поверхностного слоя почвы.

Проведенные исследования в летний период (июнь, июль) на полях, занятых озимой пшеницей, при угле подхода ветрового потока 65-70° показали, что лесополосы продуваемой структуры в течение дневного времени суток на поверхности почвы (0-10 см) снижают температуру на 1,2-2,4 °С. Зона эффективного влияния распространяется до 25 Н в заветренную сторону. Лесополосы ажурно-продуваемой структуры в первой, второй половине дня и полуденные часы также понижают температуру почвы в слое 0-10 см от 1,0 до 1,7 °С.

Полезащитные насаждения ажурной структуры в первой половине дня и полуденные часы понижают температуру почвы на 1,1-2,0 °С, а во второй половине дня температура почвы практически не повышается. Лесные полосы плотной структуры в первой половине дня снижают температуру почвы до 1,4 °С, в полуденное время и второй половине дня отмечается увеличение температуры на 0,5-0,9 °С. Насаждения активно влияют на расстояние до 2-5 Н в заветренную сторону. В самих полезащитных насаждениях температура почвы до глубины 0-10 см в течение дня ниже на 6,3-12,5 °С, чем в агротерриториях. Различия в показателях контрольных участков и приполосных пространств достоверны (t = 3,18 - 6,17 > t_0,05 = 2,08 - 2,14).

Под влиянием ветрового потока снежный покров сносится и наносится одновременно, образуя у преград большие сугробы и оголяя повышенные места. В пересеченной местности снежный покров распределяется неравномерно: сдувается со склонов, водоразделов и задерживается в балках, оврагах, долинах рек [2].

Установлено, что в период 2010-2013 гг. в лесоаграрных ландшафтах протяженность общего снежного шлейфа от лесных полос продуваемой структуры составила 286 м (23,1 Н), что длиннее в 1,3 раза, чем у ажурных насаждений (218 м, или 17,5 Н) и в 2,3 раза по сравнению с плотными (125 м, или 10,0 Н). С наветренной стороны самый короткий шлейф (52 м) отмечается у плотных насаждений. Максимальная высота снежного покрова образуется на расстоянии 20,0 м от продуваемых лесополос, 15,0 м - ажурных, на заветренной опушке - плотных. Различия высоты снежного покрова шлейфовых и межшлейфовых зон среди лесополос продуваемой структуры составили 35,4%, ажурных насаждений - 33,1% и плотных 28,5%; в запасе снеговой воды соответственно 30,2, 36,0 и 21,6%.

Основную роль в процессе гумификации играют целлюлозоразлагающие микроорганизмы. Почва является единственной природной средой, где для нормального их развития существуют все необходимые условия [1].

Биологическая активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в годы проведения исследований (2011-2013) во многом зависела от метеорологических условий (табл. 2). Наибольшая биологическая активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов отмечена в зоне 5 Н продуваемой структуры лесополос, которая составила соответственно 39,7%. По мере увеличения расстояния от лесополос до 25 Н целлюлозоразрушающая активность микроорганизмов снижается до 36,4%, а на расстоянии 35-40 Н она равна 34,4%. Микробиологическая активность лесных полос плотной структуры наиболее малая. В зоне 0-25 Н показатель равен 31,9%. Защитные насаждения ажурной структуры занимают промежуточное положение, где целлюлозоразрушающее действие составляет около 35%.

Таблица 2

Влияние структуры лесополос и расстояния (Н) от защитных насаждений на микробиологическую (целлюлозоразрушающую) активность почв, %

Образование нитратов в почве во многом зависит от состояния окружающей среды. Оптимальное количество нитратов, содержащихся в почве, позволяет получить высокую продуктивность агроценозов. Наши исследования по влиянию лесных полос различных структур на накопление нитратов в почве проводились в период восковой спелости озимой пшеницы. Полученные данные свидетельствуют о том, что наибольшее количество нитратов образуется в верхнем слое почвы (0-20 см), и они имеют широкие вариации. Так, их колебание в зоне 0-30 Н в среднем за три года (2011-2013) составило от 35,2 мг/кг (плотные насаждения) до 47,6 мг/кг (продуваемая структура), где с глубиной 21-50 см количество нитратов практически не изменилось в сравнении с их накоплением в слое 0-20 см.

В зоне 0-30 Н от лесополос продуваемой структуры (47,2-47,6 мг/кг) прибавка в сравнении с контролем (плотные насаждения) составила 12,4 мг/кг (0-20 см) и 12,2 мг/кг (21-50 см), что намного больше (на 5,9 мг/кг) в сравнении с накоплением в микрозоне влияния ажурной структуры, где нитрифицирующая способность почвы равна 41,7 мг/кг (0-20 см) и 41,3 мг/кг (21-50 см). Наименьшая нитрификационная активность почв отмечена в условиях вегетационного периода 2012 г., где от влияния всех различных лесополос нитрифицирующая активность в верхнем 0-20 см слое почвы составила 21,0-32,6 мг/кг и 20,9-32,2 мг/кг на глубине 21-50 см.

В зоне влияния полезащитных насаждений повышается урожайность сельскохозяйственных культур и изменяются качественные показатели. Однако такие изменения зависят в первую очередь от зональных природно-климатических и почвенных условий, параметров лесополос и лесомелиоративной обустроенности агротерриторий [3].

Нашими исследованиями (2011-2013 гг.) установлено, что наиболее эффективное воздействие на формирование урожая озимой пшеницы и её структуру оказали полезащитные насаждения продуваемой структуры. Так, показатель биологического урожая в зоне 0-30 Н₃ выше на 5,3 ц/га или 1,16 раза по сравнению с контролем. Длина стебля, колоса, масса 1000 зерен соответственно больше на 9,7 см или 14,8%, 1,1 см или 21,2%, 5,5 г или 18,0%.

Под действием лесополос ажурной структуры прибавка урожая в зоне влияния составляет 3,9 ц/ га или 13,4%. Длина стебля выше на 8,4 см или 13,2%, длина колоса - на 0,9 см или 17,0%, масса 1000 зерен - на 4,2 г или 12,0%.

Лесные полосы плотной структуры оказывают менее эффективное влияние на урожай и структуру зерновых культур. Так, в зоне 0-30 Н₃ прибавка урожая озимой пшеницы составляет всего 2,9 ц/ га или 9,5% от открытого поля. Длина стебля, колоса, масса 1000 зёрен соответственно больше, чем на контроле, на 5,4 см или 9,3%, 0,6 см или 11,5%, 2,8 г или 8,5%.

Активная зона воздействия лесных полос по приведенным параметрам для продуваемой структуры составляет до 25-30 Н, ажурной - 20-25 Н и плотной - 15-20 Н. Различия в сравниваемых показателях достоверны (t_факт =2,22 - 23,84> t_0,05=1,96 - 1,99).

Заключение

Системы полезащитных насаждений в лесоаграрных ландшафтах создают особый микроклимат, который способствует в вегетационный период более активному росту и развитию искусственных фитоценозов. Под влиянием искусственных защитных линейных лесополос изменяются параметры ветрового потока в приземном слое, что способствует изменению влажности, температуры воздуха и поверхностного слоя почвы, показателей активности почвенного ценоза. Наши многолетние исследования подтвердили основные закономерности эколого-мелиоративной роли защитных насаждений и выявили зональные отличительные особенности, что позволило дополнить концепцию лесомелиоративного обустройства агротерриторий законченными системами таких насаждений.

Рецензенты:

Харченко Н.Н., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой экологии, защиты леса и лесного охотоведения, ФГБОУ ВПО « Воронежская государственная лесотехническая академия», г.Воронеж.

Ширнин В.К., д.с.-х.н., ведущий научный сотрудник, ФГУП «Научно- исследовательский институт лесной генетики и селекции», г.Воронеж.