CC BY
19
водя их к стрессовому состоянию. Неиспользованная вода с поливных каналов 4 и 5 по сбросным каналам 23 подается в распределительный канал 1, заполняя его объем между регуляторами уровней 21 на орошаемых участках Е и F.
Выполняя вышеописанные операции из поливных каналов 6 и 7, производится полив дождеванием овощных культур (лук, корнеплоды и т.д.) на участках Е и F. Полив томатов на участках К и L производится преимущественно водой, подаваемой из прудов-накопителей 27 и 28. Даже при перепадах температуры в почве на 5-8 °С корневой системой томатов не подается питательных веществ на плодообразование и прирост их биологической массы.
Вышеописанным приемом фронтальными дождевальными машинами производится полив огурцов и баклажанов на орошаемом массиве М (N).
Литература
1. Щедрин В.Н., Бредихин Н.П., Бредихин Н.Н. // Мелиорация и водное хозяйство. 1998. № 2. С 33-35.
2. Щедрин В.Н. // Мелиорация и водное хозяйство. 2003. № 3. С. 45-51.
3. Авторское свидетельство СССР № 1356272. А 01 G 25/16. 1987.
Российский научно-исследовательский институт
проблем мелиорации, г. Новочеркасск 11 ноября 2006 г.
УДК 630*233 : 631.618
ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ И РОСТ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР В АНТРОПОГЕННО-МЕЛОВЫХ ЛАНДШАФТАХ ЦЧО
© 2006 г. Т.П. Деденко
Questions of afforestration of anthropogenic and cretaceous landscapes of Cenrtal Black Soil Region and the influence of forest vegetative conditions on growth of wood cultures are examined. Artificial creation of man-caused soil on the surface of the cretaceous dumps improves the growth of tree species and the biological stability of plantings.
Облесение антропогенно-меловых ландшафтов ЦЧО обусловлено решением проблем, связанных с региональным природопользованием, оптимизацией ландшафтно-экологической обстановки, воспроизводством и охраной природных ресурсов антропогенно-мелового природно-террито-риального комплекса.
За последние 200 лет произошло существенное уменьшение лесистости ЦЧО с 13 до 7,9 %. Особенно резко происходит исчезновение лесных насаждений, произрастающих на землях, представленных карбонатными почвами и естественными выходами меловых горных пород. В настоящее время площадь этих земель превысила 2 млн га [1]. Кроме того, в связи с развитием работ по добыче полезных ископаемых на территории ЦЧО
(Курская магнитная аномалия) сформированы техногенные ландшафты, лишенные древесной растительности на площади свыше 20 тыс. га.
С уменьшением лесных насаждений как доминирующей формы растительности лес уже не может в полной мере выполнять свойственные ему экологические, экономические и социальные функции. В таких лесодефи-цитных районах целесообразно шире практиковать облесение земель, малопригодных для сельского хозяйства. Необходимы научно обоснованные рекомендации создания лесных насаждений на карбонатных почвах, меловых обнажениях в лесокультурных и карьерно-отвальных ландшафтах, обладающих низким лесорастительным потенциалом.
По степени пригодности использования в лесном хозяйстве меловые горные породы отнесены к 3 категории, т.е. пригодны с последующим улучшением и формированием техноземной грунтосмеси пахотного горизонта [2].
Объектами наших исследований явились опытные культуры на зональных перегнойно-карбонатных почвах в Коротоякском лесничестве Острогожского лесхоза Воронежской области, созданные в 1960 г., и культуры на мело-мергельных отвалах Курской магнитной аномалии Щигровского лесхоза Курской области, созданного в 1975 г. под руководством проф. И.В. Трещевского.
Лесные культуры на отвалах КМА создавались на площадях, предварительно прошедших горнотехнический этап рекультивации, где на поверхность мело-мергельного грунта был нанесен субстрат из гумусового слоя почвы, суглинка, песчаных отложений различной мощности с градацией: 5-10; 15-20; 40-50 см, что в различной степени обеспечило улучшение лесорастительных свойств верхнего эдафотопного слоя мело-мергельного отвала.
Меловые горные породы имеют органно-химическую природу и обладают целым рядом специфических водно-физических и агрохимических особенностей, определяющих характер почвообразовательных процессов и возможности лесорастительных условий. При сравнении зональных пе-регнойно-карбонатных почв и мело-мергельных горных пород в отвалах было установлено, что плотность слоя до 20 см зональных перегнойно-карбонатных почв составляет 1,4 г/см3, что в 1,2-1,3 раза меньше, чем меловых и мело-мергельных горных пород в отвалах. Общая пористость превышает показатели меловых горных пород на 5-7 % и составляет 49 %. Процентное содержание глинистой фракции в меловых и мело-мергель-ных отвалах является преобладающей и составляет от 56 до 59 %, в пере-гнойно-карбонатной почве - 49 %, илистой фракции - 7,9 и 3,8 %. Обратная закономерность свойственна для фракций физического песка, которого в горных породах отвалов - 35-36 %, в перегнойно-карбонатной почве -50 %. По классификации Н.А. Качинского, меловые и мело-мергельные отвалы соответствуют определению - глина легкая. Перегнойно-карбонат-
ная почва, ее верхний слой 30 см до глубины залегания рухлякового мела - суглинок легкий.
Оптимальной для роста корневой системы древесных растений считается твердость почвы 10-12 кг/см2. Графическое изображение твердости перегнойно-карбонатных почв и мело-мергельных пород в отвалах приводится на рис. 1 и описывается уравнением линейной функции вида у = ах + в, где а, в - коэффициенты аппроксимации; R2 - коэффициент достоверности: 1) y = 4,4457x + 12,707, R2 = 0,9813; 2) y = 0,5771x + 36,847, R2 = 0,9233.
Твердость,
, 2 кг/см
50
40 -
30
20
10
0
10
15
20
25
30
Глубина, см
Рис. 1. Показатель твердости: 1 — зональная перегнойно-карбонатная почва; 2 — мело-мергельная горная порода
Из приведенного рисунка видно, что меловые и мело-мергельные отвалы антропогенного происхождения обладают твердостью пахотного горизонта 38-40 кг/см2, что в 3-3,5 раза превышает оптимальную. Более благоприятные условия для роста корневых систем складываются на перегной-но-карбонатных почвах. Твердость на поверхности составляет 16,1 кг/см2, постепенно повышается с глубиной, приближаясь к твердости меловых и мело-мергельных отвалов на глубине 30 см.
В процессе формирования техноземных почв в результате нанесения на поверхность мело-мергельного отвала мелиоративного слоя из гумусового слоя почвы, суглинка или песчаных отложений мощностью до 4050 см снижается твердость мело-мергельных горных пород. Свойства поверхностного эдафотопного горизонта оптимизируются и приближаются к биоэкологическим потребностям древесных и кустарниковых пород. Особенно это важно в первые годы роста лесных культур. Твердость техно-земных почв в первые годы их формирования в пахотном горизонте с песчаными отложениями не превышала 6,4-10,0 кг/см2, с суглинком - 14,216,1, гумусовой почвой - 6,3-13,9 кг/см2.
Главным фактором успешного лесоразведения и облесения в лесостепи является влага [3]. Динамика изменения условий увлажнения и запаса продуктивной влаги показана на рис. 2.
2
Рис. 2. Динамика запаса продуктивной влаги за вегетационный период 2005 г.: 1 — в слое мело-мергельного грунта 20 см; 1а — в метровом слое мело-мергельного грунта;
2 — в слое перегнойно-карбонатной почвы 20 см; 2а — в метровом слое перегнойно-карбонатной почвы
Условия увлажнения по запасу продуктивной влаги пахотного и метрового слоя оценивались по классификации А.Ф. Вадюниной, З.А. Корчагиной (1973) [4]. В течение вегетационного периода 2005 г. условия обеспечения влагой растений складывались благоприятные, особенно в весенний период. Величина продуктивной влаги метрового слоя мело-мергельных горных пород и перегнойно-карбонатных почв достигала соответственно 520 и 223 мм. В результате летнего иссушения запасы влаги метрового слоя понизились до 217 и 81 мм, в пахотном слое - до 45 и 29,8 мм. В то же время условия увлажнения мело-мергельных пород остались хорошими, на перегнойно-карбонатных почвах - удовлетворительными. Следовательно, мело-мергельные горные породы способны накапливать и удерживать влагу в 2,1-2,3 раза больше, чем перегнойно-карбонатные почвы. Меньшее содержание влаги в перегнойно-карбонатной почве определяется особенностями водно-физических свойств верхнего перегнойно-карбонатного слоя 30-40 см, обладающего более легким гранулометрическим составом, меньшей плотностью и твердостью.
Вынесенные на дневную поверхность и уложенные в отвалы меловые и мело-мергельные породы обладают реакцией почвенного раствора солевой вытяжки от рН 8 до рН 9, что указывает на сильнощелочную реакцию среды. Емкость почвенно-поглощающего комплекса не превышает 6,408,00 мг-экв на 100 г грунта в верхнем 10 см слое. На глубине одного метра уменьшается до 2,00-3,20 мг. Основными элементами минерального питания в виде фосфора и калия поверхностный слой мело-мергельных отвалов обеспечен крайне недостаточно - 1,9-2,0 мг-экв на 100 г грунта. С увеличением глубины уменьшается до 0,8-1,5 мг. Содержание углерода органических соединений на поверхности не превышает 0,18-0,38 %. На глубине одного метра отсутствует или составляет 0,02 %.
Формирование техногенных почв из мело-мергельных горных пород с гумусовым слоем почвы, суглинком или песчаными отложениями приводит к изменению агрохимических свойств эдафотопного горизонта поверхности отвала. Результаты почвенных исследований показывают, что в верхнем 10 см слое произошло уменьшение рН с 8,5 до 7,3, на глубине
метра величина рН осталась прежней. Отмечается тенденция к уменьшению суммы обменных оснований и элементов минерального питания в виде фосфора и калия - результат выноса и перераспределения илистых частиц в почвенном профиле. В то же время в поверхностном 10 см слое почвы наблюдается увеличение углерода органических соединений в 4 раза.
Перегнойно-карбонатные почвы с глубиной залегания мела 30-40 см более выгодно отличаются от нарушенных земель и имеют лучшие показатели. В поверхностном 10 см слое реакция почвенного раствора составляет рН 7,3. Сумма обменных оснований достигает 47,2 мг-экв на 100 г грунта, углерода органических оснований - 3,4 %. Однако с увеличением глубины показатели резко уменьшаются и уже на глубине 50 см практически соответствуют мело-мергельным породам в отвалах.
Исследованиями, проведенными в Коротоякском лесничестве Острогожского лесхоза Воронежской области в культурах сосны, березы, дуба, расположенных на правом высоком берегу р. Потудань, выявлено, что с увеличением крутизны склона уменьшается мощность перегнойно-карбо-натного слоя почвы от 40-50 см при крутизне склона 5-6° до 15-20 см при крутизне 35-40°.
Уменьшение мощности перегнойно-карбонатного слоя приводит к снижению сохранности культур сосны с 64 до 35-20 % (таблица). Сравнительная оценка хода роста насаждений по высоте также показывает зависимость от глубины залегания плитчатого мела (рис. 3). Сравнивая ход роста исследуемых насаждений с бонитетными линиями развития насаждений, по М.М. Орлову, видно, что наилучшие показатели имеет сосна на перегнойно-карбонатных почвах при залегании плитчатого мела на глубине 40-50 см [5]. До 10-летнего возраста культуры росли по II бонитету, с 20-летнего возраста - по I бонитету. В последующие годы энергия роста устойчиво сохраняется, приближаясь к показателям 1а. Культуры, произрастающие на перегнойно-карбонатной почве меньшей мощности 3040 см и 15-20 см, соответствуют III классу бонитета. В культурах, произрастающих в этих условиях с 25-летнего возраста, отмечается тенденция снижения энергии роста до VI бонитета.
Можно прогнозировать, что энергия роста культур с мощностью перегнойного слоя 40-50 см также в ближайшей перспективе снизится. Математический анализ силы влияния глубины залегания плитчатого мела на высоту культур сосны составляет п > 20 % от общей суммы факторов. Достоверность Б = 11,21 при = 5,1.
Обследование насаждений из других древесных пород березы повислой, дуба черешчатого, смешанных сосново-березовых культур также показало, что их рост, продуктивность и состояние зависят от мощности перегнойно-карбонатного слоя, сформировавшегося на меловых обнажениях [5].
В культурах, созданных на мело-мергельных отвалах, приживаемость в первый год и сохранность в 5-летнем возрасте достаточно высокая - 64-
100 %. Приживаемость не менее 90 % составила для культур акации белой, клена ясенелистного, пузыреплодника калинолистного; хорошая -70-90 % - сосны, тополя, лоха, лиственницы, березы, бузины, жимолости; удовлетворительная - 60-70 % - ясеня зеленого и вяза мелколистного.
Характеристика основных биометрических показателей культур сосны на зональных перегнойно-карбонатных почвах
Показатель Порода
Сосна обыкновенная Сосна австр. черная
Глубина залегания плит. мела, см 40-50 40-50 30-40 15-20 15-20 15-20
Крутизна склона, град. 5-6 верх 5-6 низ 30-35 30-35 35-40 35-40
Размещение, м 2,5x0,7 2,5x0,7 1,5x0,7 2,0x0,5 1,0x0,5 1,0x0,5
Возраст, лет 25 25 33 39 36 44
Средняя Н, м 12,6±0,24 13,4±0,41 9,9±0,37 12,2±0,43 9,5±0,26 8,4±0,13
Средняя Д, см 9,3±0,35 9,5±0,37 8,5±0,20 8,4±0,15 6,2±0,23 5,7±0,18
Бонитет 1а 1а II III III 4
Полнота 0,6 0,6 0,4 0,2 0,7 0,5
Первоначальная пустота, тыс. шт./га 5,7 5,7 9,5 10,0 20,0 20,0
Сохранилось, тыс.шт./га 3,64 3,64 3,30 2,0 8,2 9,72
% 64 64 35 20 41 48,5
Запас, м3/га 155 171 92 67 117 111
Н, м 16 -14 -12 10 8 6 4 2 0
1а б.
5 10 15 20 25 30 35 40
А, лет
Рис. 3. Ход роста культур по высоте на зональных перегнойно-карбонатных почвах: 1 — сосна черная австрийская, глубина залегания мела 15—20 см; 2 — сосна обыкновенная, глубина залегания мела 15—20 см; 3 — сосна обыкновенная, глубина залегания мела 30-40 см; 4 — сосна обыкновенная, глубина залегания мела 40-50 см; 5 — 1а б., 1б., 2б., 3б., 4 б. — бонитетные линии по М.М. Орлову
Формирование техноземных почв с нанесением мелиоративного слоя песка, суглинка, гумусовой почвы различной мощности от 15-20 до 4050 см и более в первый год не оказало существенного влияния на повышение приживаемости. Однако уже к 5-летнему возрасту произошла значительная дифференциация культур по состоянию и росту. Наибольший отпад саженцев к 5-летнему возрасту отмечается на мело-мергельной горной породе без улучшения в культурах клена ясенелистного - 36 %, вяза -28, березы - 11 %. В культурах на мело-мергельной горной породе с улучшением отпад за первое пятилетие был меньше - не превышал 510 %. С нанесением мелиоративного слоя песчаных отложений, суглинка, гумусовой почвы лесные культуры имели более высокие показатели интенсивности роста в 1,1-2,5 раза, чем на мело-мергельном грунте, за счет более благоприятных агрохимических и водно-физических свойств техно-земов.
Таким образом, по состоянию лесных культур можно сказать, что наиболее жесткие лесорастительные условия характерны для мело-мергель-ных горных пород. Более лучшими условиями обладают техногенные почвы, сформированные из смеси мело-мергеля с мелиоративным слоем песчаных отложений или суглинка мощностью 15-20 см. Наилучшие - с нанесением мелиоративного слоя 40-50 см из гумусированного слоя почвы.
За 30-летний период в лесных насаждениях отпад составил от 25 до 100 %. Наиболее низкие показатели по состоянию и росту имеют насаждения на мело-мергельной горной породе. Наибольшую сохранность в этих условиях из испытанного ассортимента имеют акация белая - 40 %, лох - 30, сосна - 35, береза - 28, пузыреплодник - 70 %. Насаждения произрастают по VI и У классам бонитета. Запас сосны обыкновенной и березы повислой составляет в 30-летнем возрасте 20,0 и 21,0 м3/га соответственно. Средняя высота березы - 7,5, сосны - 4,6 м. Клен ясенелистный в культурах выпал в возрасте 10, ясень зеленый - в 15, вяз мелколистный -25 лет.
На техногенных почвах, сформированных из смеси мело-мергеля с песчаными отложениями слоем 15-20 см, рост и состояние культур значительно лучше. Выпавшие на мело-мергельном грунте древесные породы в данных условиях имеют удовлетворительную сохранность от 25 до 48 %. Однако и в этих условиях отдельные древесные породы выпадают. К 15-летнему возрасту в культурах выпал клен ясенелистный, в возрасте 18 лет тополь черный. В то же время энергия роста березы повислой и акации белой увеличилась в 1,5-2,5 раза. Возрос показатель бонитета. Береза повислая и акация белая растут по 1 бонитету. Продуктивность насаждений по запасу в этом возрасте возрастает в 1,6-7,5 раза.
Наилучшие показатели по росту и состоянию культуры имеют на техногенных почвах - смеси мело-мергеля с гумусовым слоем 15-20 см и с нанесением мелиоративного слоя 40-50 см. По своим лесорастительным характеристикам такие почвы приближаются к зональным перегнойно-
карбонатным почвам с близким залеганием мела. Рост основных лесооб-разующих пород сосны обыкновенной, березы повислой, тополя черного и др. соответствуют 1-11 классу бонитета. Запас насаждения березы повислой в 30-летнем возрасте достигает 300 м3/га при среднем диаметре 20 см и высоте 18 м.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Зональные перегнойно-карбонатные почвы обладают более лучшими лесорастительными условиями, чем мело-мергельные техногенные почвы.
2. Подтверждена возможность улучшения лесорастительных условий меловых и мело-мергельных отвалов посредством искусственно сформированных техногенных почв в результате нанесения мелиоративного слоя на поверхность отвала мощностью от 15-20 до 40-50 см, имеющего другие водно-физические, агрохимические и генетические свойства (песчаные отложения, суглинок, гумусовый слой почвы).
3. По степени улучшения эдафических условий искусственно сформированные техногенные почвы приближаются к перегнойно-карбонатными и распределяются в следующей последовательности: мело-мергельная техногенная почва; смесь мело-мергеля с песчаными отложениями; смесь мело-мергеля с суглинком; смесь мело-мергеля с гумусовым слоем.
4. Наиболее низкую энергию роста имеют культуры на перегнойно-карбонатной почве с глубиной залегания плитчатого мела 15-20 см. С увеличением глубины залегания мела до 30-40 и 40-50 см повышается энергия роста в 1,3-1,5 раза.
5. Формирование техноземных почв из смеси мело-мергеля с песчаными отложениями, суглинком или гумусовым слоем почвы значительно улучшает условия роста древесных пород и биологическую устойчивость насаждения.
Литература
1. Михно В.Б. Меловые ландшафты Восточно-Европейской равнины. Воронеж, 1993.
2. Моторина Л.В., Овчинников В.А. Промышленность и рекультивация земель. М., 1975.
3. Воронков Н.А. Влагооборот и влагообеспеченность сосновых насаждений. М., 1973.
4. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М., 1973.
5. Деденко Т.П., Чернодубов А.И. // Проблемы и перспективы лесного комплекса: Материалы межвуз. науч.-практ. конф. Воронеж, 2005. С. 118-122.
Воронежская государственная лесотехническая академия 19 сентября 2006 г.
