Цель исследования.
Выявить особенности роста, формирования и эколого-мелиоративного влияния искусственных защитных линейных насаждений для обоснования оптимальных отимизированных лесомелиоративных систем.
Материалы и методы исследований.
Для изучения роста, формирования и мелиоративной роли полезащитных лесополос в лесоаграрных ландшафтах Центрального Черноземья в период 1990 - 2011 гг. проведены комплексные исследования искусственных линейных насаждений и экологических условий облесённых полей согласно « Методики исследования лесоаграрных ландшафтов, 1986» [6]. Материалы обрабатывались современными методами статистики с использованием персональных ЭВМ по специальным программам, где результаты достоверны на высоком уровне значимости.
Результаты исследования и их обсуждения.
Эффективность искусственных линейных насаждений зависит от правильного подбора древесных пород и кустарников, где учитывается их энергия роста и эколого-биологические особенности [1, 10].
В лесополосах тополь в возрасте 22 - 24 лет лучше показатели роста по высоте (на 3,5 %) и диаметру (на 11,6 %) имеет на чернозёме выщелоченном в сравнении с тёмно-серыми лесными почвами (пр. пл. 835, 732 ) (td = 9,13 > t0,05 = 1,96; tв = 3,53 > t0,05 = 2,01).
Берёза повислая в условиях лесостепи в 25 - 26 летних лесных полосах (пр. пл. 267, 271) на чернозёме типичном имеет больше диаметр на 19,0 %, высоту - на 12,0 %, чем на чернозёме
выщелоченном (td = 3,16 > t0,05 = 1,96; tв = 2,20> t0,05 = 2,01).
У берёзы повислой в степных условиях выявлена высокая энергия роста по диаметру и высоте на чернозёме выщелоченном, что подтверждается показателями пробных площадей 182 и 308, расположенных в 3-х рядных полезащитных полосах в возрасте 18 лет. Разница по среднему диаметру на чернозёме выщелоченном и черноземе обыкновенном составляет 28,3 %, высоте - 36,4 % при математической достоверности различия td = 10,71 > t0,05 = 1,96; tв = 8,57 > t0,05 = 2,01(табл. 1).
Следовательно, на менее плодородных почвах биометрические показатели роста берёзы повислой ниже, что важно учитывать при проектировании и создании лесных полос.
Таблица 1
Характеристика роста древесных пород в полезащитных лесных полосах на различных типах почв
|
№ пр. пл. |
Порода |
Размещение посадочных мест, м |
Число рядов/ Ширина, м |
Возраст, лет |
Сохранность, % |
Средние |
Бонитет |
||||
|
Диаметр, см |
Высота, м |
||||||||||
|
Чернозём типичный |
|||||||||||
|
267 |
Бп |
2,5х0,7 |
3/7,5 |
25 |
38,7 |
15,6±0,27 |
14,0±0,31 |
Iа |
|||
|
642 |
Дч |
5,0×3,0 |
3/15,0 |
36 |
60,5 |
18,3±0,20 |
16,5±0,23 |
I |
|||
|
934 |
Яо |
2,5×0,8 |
4/10,0 |
35 |
68,2 |
15,3±0,11 |
14,4±0,12 |
I |
|||
|
977 |
Дч |
3,0×1,0 |
4/12,0 |
35 |
58,5 |
20,8±0,21 |
18,1±0,24 |
Iа |
|||
|
Чернозём выщелоченный |
|||||||||||
|
182 |
Бп |
2,5×1,0 |
3/7,5 |
18 |
75,8 |
13,6±0,22 |
13,5±0,36 |
Iа |
|||
|
271 |
Бп |
2,5х0,7 |
3/7,5 |
26 |
54,6 |
13,1±0,75 |
12,5 ±0,61 |
Iа |
|||
|
697 |
Дч |
5,0×3,0 |
3/15,0 |
36 |
52,1 |
15,0±0,19 |
14,2 ±0,17 |
I |
|||
|
835 |
Тбз |
3,0×1,0 |
3/9,0 |
22 |
74,6 |
20,1±0,18 |
18,0 ±0,14 |
Iа |
|||
|
912 |
Яо |
2,5×0,8 |
4/10,0 |
35 |
60,9 |
14,0±0,13 |
13,5 ±0,12 |
I |
|||
|
Чернозём обыкновенный |
|||||||||||
|
302 |
Яо |
1,5×0,8 |
7/10,5 |
40 |
46,3 |
15,3±0,31 |
14,2±0,36 |
I |
|||
|
308 |
Бп |
2,5×1,0 |
3/7,5 |
18 |
32,8 |
10,6±0,18 |
9,9±0,22 |
I |
|||
|
Тёмно-серая лесная почва |
|||||||||||
|
732 |
Тбз |
3,0×1,0 |
4/12,0 |
24 |
66,7 |
18,0±0,14 |
17,4±0, 11 |
Iа |
|||
|
Серая лесная почва |
|||||||||||
|
935 |
Яо |
2,5×0,8 |
4/10,0 |
35 |
64,2 |
13,2±0,14 |
12,9±0,13 |
I |
|||
|
960 |
Дч |
3,0×1,0 |
4/12,0 |
35 |
53,3 |
18,4±0,14 |
17,0±0,17 |
Iа |
|||
Экспериментальные материалы, взятые для сравнительного анализа по лесным полосам из дуба черешчатого (пр. пл. 977, 960) показывают, что на чернозёме типичном показатели роста выше на 6,5 - 13,0 %, сохранность соответственно на 5,2 %, по сравнению с серыми лесными почвами (td = 9,60 > t0,05 = 1,95; tв = 3,79> t0,05 = 2,01).
Лучшим ростом по высоте и диаметру отличаются защитные насаждения из дуба на чернозёме типичном в сравнении с чернозёмом выщелоченном , где их преимущество в росте составляют 16,2 - 22,0 % (пр. пл.642, 697) (td = 11,79 > t0,05 = 1,95; tв =7,93 > t0,05 = 2,01).
Ясень обыкновенный в лесных полосах шириной 10,0 м на чернозёме типичном (пр. пл. 934) имеет преимущество в росте на 6,7 - 9,3 %, чем на чернозёме выщелоченном (пр. пл. 912) и на 11,6 - 15,9 % на серой лесной почве (пр. пл. 935) (td = 4,41 - 11,67 > t0,05 = 2,26 - 2,36; tв = 3,33 - 8,33> t0,05 = 2,23 - 2,31).
На чернозёме обыкновенном в степных условиях (пр. пл. 302) чистое по составу насаждение из ясеня обыкновенного при сохранности 46,3 % к 40 годам имеет средний диаметр - 15,3 м, бонитет - I.
Полезащитные лесные насаждения изменяют микроклимат на межполосных полях [3, 9]. Суммарная эффективная дальность влияния лесополос продуваемой конструкции по ветровому режиму составляет до 40 Н (насаждения) в заветренную сторону, ажурной - до 28, плотной - 24 и ажурно-продуваемой - 30 Н. Уменьшение угла подхода ветрового потока с 85º до 30º снижает эффективную работу лесных полос в 1,3-1,4 раза.
Лесные полосы также активно влияют на температурный режим приземного слоя воздуха. В жаркую сухую погоду в течение дневного времени в основном отмечается в приполосных зонах снижение температуры воздуха на 0,1-0,8 0С. Более эффективны в этом плане полезащитные насаждения продуваемой конструкции.
В дневное время суток вегетационного периода лесные полосы продуваемой и ажурно-продуваемой конструкции в зоне воздействия увеличивают относительную влажность воздуха на 3,1-8,0 %, абсолютную - на 0,7-3,8 мм, а плотные и ажурные соответственно на 0,3-1,8 % и 0,1-2,5 мм, что в среднем в 3-4 раза меньше от предыдущих.
Анализ данных наблюдений также показывает, что лучшими лесными полосами по изменению температурного режима поверхностного слоя почвы (0-5 см) в межполосных клетках, занятых озимой пшеницей, также являются насаждения продуваемой конструкции, которые в дневное время суток жаркой сухой погоды снижают температуру почвы на 1,8-2,8 ºС (4,8-7,8 %), что создает лучшие условия для роста и развития корневых систем. Дальность их влияния распространяется до 25 Н. Другие по конструкции защитные насаждения менее эффективны, где их воздействие составляет 2-10 Н ( высот ).
По нашим исследованиям среди лесных полос продуваемой конструкции общая протяженность снежного шлейфа в среднем составляет 25,7 Н, что больше в 1,3 раза, чем у ажурных насаждений, и в 2,8 раза - плотных. Средний запас снеговой воды в наветренном и заветренном шлейфах у полос плотной конструкции равен 548-659 м3/га, что меньше в 1,1-1,3 раза по сравнению с зонами продуваемых и ажурных насаждений. Различия высоты снежного покрова шлейфовых и межшлейфовых зон среди лесополос продуваемой конструкции составляют 25,4, ажурных насаждений - 18,8 и плотных - 17,9 %, которые достоверны на высоком уровне значимости (t = 2,28-8,59 > t0,05 = 2,14-2,18).
Среди сложного комплекса природных и антропогенных факторов, под воздействием которых формируется плодородие почвы, ведущая роль принадлежит биохимической деятельности микроорганизмов [2].
Одним из важнейших показателей биологической активности почвы, является её ферментативная активность (табл. 2 ).
Активность каталазы в зависимости от структуры лесных полос (О2, см3/г/мин)
|
Структура насаждений |
Зона |
Годы |
Среднее за 3 года |
Отклонение от контроля |
||
|
2005 |
2006 |
2007 |
||||
|
П |
0 - 30 Н |
5,7 |
5,5 |
5,9 |
5,7 |
0,7 |
|
Аж |
0 - 30 Н |
5,4 |
5,2 |
5,8 |
5,5 |
0,5 |
|
Н (контроль) |
0 - 30 Н |
5,1 |
4,7 |
5,3 |
5,0 |
- |
Примечание: П- продуваемая структура, Аж- ажурная, Н - плотная.
Наименьшая активность каталазы в почве отмечена под влиянием лесных полос плотной конструкции, которая в среднем за 3 года на расстоянии 0 - 30 Н составила 5,0 О2 см3 /г/мин. Максимальное содержание каталазы наблюдается в приполосной зоне влияния лесополос продуваемой конструкции (5,7 О2 см3/г/мин), где разница с контролем (Н - плотная структура) составила 0,7 О2 см3 г/мин (12,3 %). Лесные полосы ажурной конструкции способствуют повышению содержания каталазы на 10,0 %, что меньше на 0,2 О2 см3 г/мин, чем в зоне влияния защитных насаждений продуваемой структуры.
Согласно представленных данных (табл.3) наименьшая микробиологическая активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов отмечена в 2006 г. по всем вариантам лесополос и расстояния от них ( % разложившейся ткани через 30 дней).
Таблица 3
Влияние структуры лесополос и расстояния (Н) от защитного насаждения на микробиологическую (целлюлозоразрушающую) активность почв, %
|
Структура насаждений |
Расстояние от насаждений |
Годы |
Среднее за 3 года |
Разница по |
||
|
2005 |
2006 |
2007 |
||||
|
П |
5 Н |
38,7 |
34,9 |
41,4 |
38,3 |
5,3 |
|
30 Н |
34,4 |
31,6 |
38,7 |
34,9 |
1,9 |
|
|
40 Н(к) |
31,2 |
30,4 |
37,4 |
33,0 |
- |
|
|
Аж |
5 Н |
35,4 |
29,8 |
36,9 |
34,0 |
3,3 |
|
30 Н |
31,8 |
28,4 |
35,4 |
31,9 |
1,2 |
|
|
40 Н(к) |
30,2 |
27,3 |
34,5 |
30,7 |
- |
|
|
Н |
5 Н |
31,6 |
28,6 |
34,0 |
31,4 |
2,3 |
|
30 Н |
29,5 |
26,4 |
33,5 |
29,8 |
0,7 |
|
|
40 Н(к) |
28,9 |
25,6 |
32,8 |
29,1 |
- |
|
Вместе с тем, устанавливается закономерность уменьшения микробиологической активности от влияния лесополос ажурной и плотной структуры в сравнении с насаждениями продуваемой конструкции. Так, при оптимальном расстоянии до 30 Н от лесополос продуваемой конструкции микробиологическая активность в среднем составила 36,0 %, ажурных насаждений - 32,0 и плотных - 30,6 %. Максимальный показатель отмечается на расстоянии 5Н от защитных насаждений (38,3; 34,0 и 31,4 %). Разница по микробиологической активности контрольных участков (40 Н) и приполосных зон в относительных показателях составляет от 5,0 до 10,9 %.
Одним из показателей состояния почвенного биоценоза является количество и биомасса дождевых червей, основных детритофагов растительных остатков (табл. 4 ).
Таблица 4
Влияние лесных полос на количество и биомассу дождевых червей в агроценозах озимой пшеницы (2005 - 2007 гг.)
|
Структура насаждений |
Зона влияния |
Численность и биомасса (слой почвы 0-50 см) |
|
|
Экз/м2 |
Г/м2 |
||
|
Н |
30 Н |
29 |
30,1 |
|
Аж |
30 Н |
48,0 |
45,2 |
|
П |
30 Н |
57,0 |
56,8 |
Наименьшее количество дождевых червей в почве обнаружено на расстоянии 30 Н от плотных лесополос - 29 шт/м2. На аналогичном расстоянии от ажурных лесных полос количество дождевых червей увеличивается до 48 шт/м2. Максимальное количество дождевых червей обнаружено в зоне влияния лесных полос продуваемой конструкции и составило 57 шт/м2.
В зависимости от количества дождевых червей находилась и их биомасса, которая распределилась следующим образом: 30,1 г/м2 (плотная), 45,2 - (ажурная) и 56,8 г/м2 (продуваемая конструкция).
Заключение
Лесомелиоративные комплексы в лесоаграрных ландшафтах преобразуют сельскохозяйственные территории, создавая особый микроклимат среди защитных насаждений. Максимальная защищённость угодий наступает в том случае, когда отмечается наибольшая ветрозащитная высота насаждения и лесополосы размещены на оптимальном расстоянии друг от друга. Правильный подбор пород, определённые схемы их смешения позволяют формировать устойчивые и долговечные насаждения, обладающие повышенными мелиоративными свойствами. Наши исследования [7, 8] подтвердили основные закономерности, полученными другими авторам [4, 5] и дополнили концепцию лесомелиоративного обустройста агротерриторий законченными система защитных насаждений.
Рецензенты:
Панков Я.В., д.с.-х.н., профессор кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации, ФГБОУ ВПО « Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж;
Чернодубов А.И., д.с.-х.н., профессор кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации, ФГБОУ ВПО « Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж.