CC BY
29
УДК 631.543.82:631.95:551.4
ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС КАК ФАКТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ АГРОЛАНДШАФТОВ КАМЕННОЙ СТЕПИ
В.И. ТУРУСОВ, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, директор (е-шаИ: [email protected])
А.С. ЧЕКАНЫШКИН, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева, квартал 5, 21, пос. 2 участка Института имени Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., 397463, Российская Федерация
Резюме. Цель исследований - оценка состояния лесомелиоративного комплекса Каменной Степи и его роли в стабилизации экологической обстановки агроландшафтов. Общая площадь существующих защитных лесонасаждений на территории землепользования ФГУП «Докучаевское» и НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева составляет 635,8 га. Согласно функциональному назначению полезащитные лесные полосы занимают 67,1 % от общей площади этих насаждений, противоэрозионные - 20,8 %, приусадебные - 7,9 %, садозащитные лесные полосы - 3,5 %, лесо-семенные плантации - 0,7 %. Основной объем древесины (79,3 %) формируют средневозрастные и спелые насаждения: соответственно 42,5 и 36,8 %. На долю молодняков приходится 6,2 %, приспевающих насаждений - 14,5 %. Под защитой лесных насаждений улучшаются экологические условия: скорость ветра снижается на 30-50 %, относительная влажность воздуха повышается на 4-8 %, дополнительное увлажнение полей благодаря снегонакоплению составляет 47 мм, непродуктивное испарение влаги уменьшается на 15-25 %. Средняя многолетняя прибавка урожая зерновых составляет 15-20 %, подсолнечника - 10-15 %, проса - 26-29 %, сахарной свеклы и силосных культур - 20-36 %, трав - 80-90 %. До посадки лесных полос в Каменной Степи обитало 12 видов млекопитающих и 47 видов птиц. Сейчас животный мир насчитывает 30 видов млекопитающих и 179 видов птиц. Вместе с тем, за последние 15-20 лет во взрослых насаждениях появилось много дуплистых деревьев (в некоторых до 5-8 %) в результате поражения их грибами и бактериальными заболеваниями. Возникают проблемы сохранения их высоких мелиоративных свойств, хорошего санитарного состояния и возобновления (особенно последняя). Наблюдается полное отсутствие семенного подроста главной породы - дуба черешчатого, как нежелательное направление сукцессии
лесной растительности с угрозой выбытия дуба из состава материнских древостоев.
Ключевые слова: лесомелиоративный комплекс, агро-ландшафты, продуктивность насаждений, Каменная Степь, экологическая обстановка, животный мир, сукцессия лесной растительности.
Дляцитирования: ТурусовВ.И., ЧеканышкинА.С. Лесомелиоративный комплекс как фактор экологической стабилизации агроландшафтов Каменной Степи //Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. №6. С. 54-57.
Каменная Степь широко известна в нашей стране и за рубежом как уникальный объект реставрации природы степей с целью уменьшения пагубных последствий засух, предотвращения деградации чернозёмов и получения высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Начало формирования современных лесоаграрных ландшафтов Каменной Степи уходит к первым годам работы «Особой экспедиции Лесного департамента по испытанию и учёту различных способов и приёмов лесного и водного хозяйства в степях России» под руководством В.В. Докучаева (1892-1898 гг.).
Опорным элементом географического, экологического и пейзажного благоустройства местности служат защитные лесонасаждения. Многие из них, в первую очередь посадки экспедиционного периода и Каменностепного опытного лесничества (18931908 гг.), несмотря на некоторые ошибки в первичных схемах смешения по составу и продуктивности, могут служить эталоном для степного лесоразведения. В защитных лесных насаждениях заключен практически весь опыт агролесомелиоративной науки, испытаны все известные в агролесомелиорации способы защитного лесоразведения. Лучшие насаждения послужили примером для создания устойчивых, долговечных и высокопродуктивных лесных полос на территории Центрального Черноземья.
Цель работы - оценка состояния лесомелиоративного комплекса Каменной Степи и его роли в стабили-
Таблица 1. Распределение лесных полос по видам и возрастным группам
Возраст Полезащитные Прибалочные* Приусадебные** Всего
класс продолжитель- число, пло- число, площадь, число, пло- число, площадь,
ность, лет шт. щадь, га шт. га шт. щадь, га шт. га
I 1-10 2 2,3 — — — — 2 2,3
II 11-20 1 2,1 — — — — 1 2,1
III 21-30 6 8,5 — — 1 1,3 7 9,8
IV 31-40 17 25,2 3 4,1 10 6,2 30 35,5
V 41-50 39 114,4 15 34,1 3 4,0 57 152,5
VI 51-60 19 76,0 6 24,8 — — 25 100,8
VII 61-70 23 56,4 4 7,9 1 0,1 28 64,4
VIII 71-80 1 4,3 1 3,8 9 31,7 11 39,8
IX 81-90 — — 1 1,0 — — 1 1,0
X 91-100 6 20,0 11 38,9 1 2,4 18 61,3
XI 101-110 56 117,6 8 17,6 3 4,5 67 139,7
Итого 170 426,8 49 132,2 28 50,2 247 609,2
Лесосеменные плантации Садозащитные
II 11-20 — 2,4 — — — 2,4
V 41-50 — 2,2 16 22,0 16 24,2
Итого — 4,6 16 22,0 16 26,6
Всего 263 635,8
*прибалочные, почвозащитные и водоохранные лесные насаждения; **приусадебные, парковые насаждения и арборетум
54 _ Достижения науки и техники АПК. 2017. Т 31. № 6
зации экологической обстановки агроландшафтов.
На общей площади сельскохозяйственных угодий ФГУП «Докучаевское» и НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева 6214 га расположено 635,8 га лесных полос (табл. 1). При этом молодняки (возраст 1-40 лет) занимают 52,1 га, или 8,2 % общей площади, средневозрастные (41-60 лет) - 277,5 га, или 43,6 %, приспевающие (6180 лет) - 104,2 га, или 16,4 %, спелые (81-110 лет) -202,0 га, или 31,8 %.
В каждой возрастной группе основная часть приходится на полезащитные лесные полосы (всего 426,8 га), в том числе молодняки занимают 38,1 га, или 8,9 %, средневозрастные древостои - 190,4 га, или 44,6 %, приспевающие - 60,7 га, или 14,3 % и спелые - 137,6 га, или 32,2 %. Общая площадь прибалочных лесных полос составляет 132,2 га, в том числе молодняки 4,1 га, или 3,1 %, средневозрастные - 58,9 га, или 44,6 %, приспевающие - 11,7 га, или 8,8 %, спелые - 57,5 га, или 43,5 %. Среди приусадебных насаждений общей площадью 50,2 га, больше всего относится к приспевающей возрастной группе - 31,8 га, или 63, %. На садозащитные лесные полосы средневозрастной группы приходится 22,0 га, или 3,5 %.
Лесные полосы с преобладанием дуба занимают 38,0 % от общей площади защитных насаждений (табл. 2). На ясеневые древостои приходится в совокупности 22,8 % общей площади лесных полос с долей ясеня зеленого - 11,1 % при максимальной площади (53,1 га) в средневозрастной группе насаждений. Ясень обыкновенный преобладает в спелых насаждениях (69,3 %) с долей 8,1 % общей площади лесных полос. На насаждения с ясенем пушистым приходится 3,6 % общей площади лесных полос с преобладанием в приспевающих и спелых насаждениях. Лесные полосы с преобладанием клена остролистного и ясенелистного в совокупности составляют 12,8 % с долей клена остролистного 8,3 % общей площади насаждений. Ильмовые занимают 4,0 % общей площади с долей 90 % в средневозрастной и
приспевающей группах возраста. На лесные полосы с участием березы повислой приходится 8,5 %, они относятся, в основном, к приспевающим, спелым и перестойным насаждениям (90,8 %). Насаждения с преобладанием тополей занимают 12,4 % общей площади и в большинстве своем принадлежат к спелым и перестойным (82,3 %). Хвойные породы и ореховые насаждения занимают 1,5 % площади лесных полос и относятся к молоднякам и средневозрастной группе.
Общий запас древесины защитных лесных насаждений Каменной Степи составляет 135220 м3 при среднем запасе на 1 га 251 м3. Основной ее объем (79,3 %) формируют средневозрастные и спелые насаждения: 57487 м3, или 42,5 % и 49731 м3, или 36,8 % соответственно. Объем древесины в молодняках составляет 8440 м3, или 6,2 %, в приспевающих насаждениях - 19562 м3, или 14,5 %. Продуктивность полезащитных лесных полос равна 96176 м3, прибалочных и овражно-балочных насаждений - 26109 м3, приусадебных - 8403 м3, садозащитных - 4532 м3.
Многолетние стационарные исследования [1-4] позволили выявить механизм и степень влияния лесных полос на дальность распространения зоны эффективного действия по снижению скорости ветра, динамику снегонакопления, влажность почвы, испарение влаги, температуру воздуха и почв и на урожай сельскохозяйственных культур.
В частности, установлено, что под защитой системы лесных полос скорость ветра снижается на 3050 %, относительная влажность воздуха повышается на 4-8 %. Средняя величина дополнительного увлажнения полей благодаря лучшему снегонакоплению составляет 47 мм. Непродуктивное испарение влаги уменьшается на 15-25 %.
Физические свойства почвы в верхнем полуметровом слое под лесными полосами улучшаются до оптимальных параметров, а ее водопроницаемость повышается, по сравнению с пашней, в 2-3 раза. Так,
Таблица 2. Распределение лесных полос по преобладающей породе
Преобладающая порода Группы возраста Итого % к общей площади
молодняки средневозрастные приспевающие спелые перестойные
Дуб черешчатый 7,8* 70,4 16,6 147,0 241,8 38,0
3,2 29,1 6,9 60,8 100
Ясень обыкнов. 3,3 9,4 30 35,5 51,2 8,1
6,4 18,4 5,9 69,3 100
Ясень пушистый 17 12,7 82 22,6 3,6
7,5 56,2 36,3 100
Ясень зеленый 5,4 53,1 11,8 70,3 11,1
7,7 75,5 16,8 100
Клен остролистный 2,4 31,0 12,1 773 52,8 8,3
4,5 58,8 22,9 13,8 100
Клен ясенелистный 23,8 33 14 28,5 4,5
83,5 11,6 4,9 100
Ильмовые 13 15,2 778 13 25,6 4,0
5,1 59,3 30,5 5,1 100
Береза повислая 11 39 12,2 26,3 10,3 53,8 8,5
2,0 7,2 22,7 48,9 19,2 100
Тополя 12 39 89 37,7 27,2 78,9 12,4
1,5 4,9 11,3 47,8 34,5 100
Сосна обыкнов. 83 83 1,3
100 100
Лиственница 07 03 10 0,1
70,0 30,0 100,0
Орех 10 10 0,1
100,0 100,0
Всего: 23,2 222,0 88,4 264,7 37,5 635,8 100
3,7 34,9 13,9 41,6 5,9 100
* в числителе - площадь (га), в знаменателе - доля от площади лесных полос с преобладающей породой (%) Достижения науки и техники АПК. 2017. Т 31. № 6 -
через почву лесной полосы за 1 минуту просачивается 0,37 мм влаги, через почву межполосной клетки -0,16 мм, открытого участка - всего 0,08 мм.
Изучение поверхностного стока в лесных полосах и на защищаемых ими полях показало, что каждый квадратный метр межполосной клетки, в среднем, поглощает 21 л паводковой воды, а лесной полосы -387 л. Коэффициент стока с безлесных участков достигает 0,6, а при 100 %-ной защищенности лесными полосами - 0,10-0,16.
Улучшение почвенной среды и микроклимата в приземном слое на полях, защищенных лесными полосами, благотворно влияет на рост и развитие сельскохозяйственных культур и, как следствие, на размеры урожая. По многолетним данным, в системе лесных полос Каменной Степи прибавка урожая зерновых составляет 15-20 %, подсолнечника - 1015 %, проса - 26-29 %, сахарной свеклы и силосных культур - 20-36 %, трав - 80-90 %.
Исследование гидрологической роли лесных полос позволило выявить сезонные колебания уровня грунтовых вод при отсутствии строгой закономерности [5]. В осенний и зимний период он меняется незначительно. Весной наблюдается подъем уровня, который связан с инфильтрацией воды тающего снега. Летом происходит его спад, вызываемый испарением и транспирацией грунтовых вод и влаги в зоне аэрации. Высокое положение уровня грунтовых вод наблюдается в более увлажненные годы, а минимальное - в засушливые.
Интенсивность влияния лесных фитоценозов на основные факторы экологической стабильности агрокультурных ландшафтов определяется не только их мелиорирующими свойствами и фитомассой, но и фауной. Так, до посадки лесных полос в Каменной Степи обитало 12 видов млекопитающих и 47 видов
птиц. Сейчас животный мир насчитывает 30 видов млекопитающих и 179 видов птиц [6]. Лесные полосы, по сравнению с открытыми агрокультурными ландшафтами, стали совершенно новой и удобной средой обитания для многих видов фауны. Большое видовое разнообразие деревьев и кустарников с различным ритмом цветения и плодоношения обеспечивает их кормом на всем протяжении активной жизнедеятельности при разных погодных условиях.
Заселение лесных полос началось после их посадки стихийно, без направленного вмешательства человека. Одни виды животных добирались сюда
перебежкой из соседних островных лесов и пойм малых речек, другие прилетали, а некоторых завозили случайно. Вместе с тем шел и другой процесс. В результате хозяйственной деятельности (распашки степей, посадки лесных полос и др.) изменялись условия жизни коренных степняков. Отсутствие видимого горизонта, подъем уровня грунтовых вод, зарастание залежных участков древесно-кустарниковой растительностью не благоприятствовали тем, кому для жизни необходимы сухие и открытые пространства. Примером тому служит полное исчезновение дрофы и значительное сокращение численности сурка-байбака с нескольких сотен особей до 15-20 шт.
Лесные полосы служат своеобразным экологическим мостом, обеспечивающим в совокупности с защитными лесонасаждениями соседних территорий возможность миграции, характерной для естественных лесных массивов животных (лось, кабан, косуля), соединив Хреновской бор, Шипов и Теллермановский лес. Среди них постоянно обитают лисица обыкновенная, заяц-русак, куница лесная, еж обыкновенный,барсук обыкновенный,различные виды мышей и др.
Из довольно большого разнообразия птиц основная часть приходится на лесную и лесоопушечную экологические группы (табл. 3). Максимальное разнообразие их видов отмечается в лесных полосах, в составе которых присутствует дуб черешчатый и хорошо развиты подлесок и подрост. Плотность гнездящихся птиц в этих насаждениях (35-55 пар на 1 га) значительно выше, чем в массивах естественного леса (15-20 пар). Большинство птиц потребляет растительноядных насекомых - потенциальных вредителей лесной растительности и сельскохозяйственных культур, что в определенной мере сдерживает их массовое размножение.
Вместе с тем,за последние 15-20 лет во взрослых насаждениях появилось много дуплистых деревьев (в некоторых до 5-8 %) в результате поражения их грибами и бактериальными заболеваниями. Увеличилось число суховершинных и усыхающих деревьев. Нередки случаи ветровала фаутных деревьев. Возникают проблемы сохранения их высоких мелиоративных свойств, хорошего санитарного состояния и возобновления (особенно последняя).
В созданном несколькими поколениями лесоводов лесомелиоративном комплексе Каменной Степи существует проблема восстановления лесных насаждений, достигших возраста биологической спелости.
Результаты изучения естественного возобновления древесных пород под пологом лесонасаждений [7-9] свидетельствуют о полном отсутствии семенного подроста главной породы -
Таблица 3. Распределение птиц по экологическим группам
Экологические группы Общее число видов В том числе
гнездящихся I Пролетных I зимующих оседлых залетных
Лесная 67 25 15 15 8 4
Лесоопушечная 41 20 3 3 12 3
Степно-полевая 18 8 2 3 2 3
Водно-береговая 38 13 24 — - 1
Синантропная 15 7 1 - 3 4
Итого 179 73 45 21 25 15
Таблица 4. Динамика отпада самосева дуба
№ лесной Количество самосева дуба, тыс. шт./га
полосы 1-й год 2-й год 3-й год
весна I осень весна | осень
25 27,0 14,5 6,6 2,7 0,9
30 52,3 8,6 2,7 0,7 0,3
44 0,7 0,3 0,1 — —
59 11,0 4,5 3,6 1,8 0,7
дуба черешчатого, как нежелательном направлении сукцессии лесной растительности с угрозой выбытия этого вида из состава материнских древостоев.
Имеющиеся по этой проблеме данные свидетельствуют о том, что в условиях Каменной Степи дуб обильно плодоносит через каждые 6-7 лет. После каждого урожайного года под пологом изреженного древостоя лесных полос и на их опушках возникает обильный самосев в количестве до 90 тыс. шт./га. Но уже на следующий год он резко сокращается, а на третий-четвертый год практически исчезает (табл. 4).
Интенсивный отпад самосева дуба черешчатого обусловлен дефицитом активной солнечной радиации под пологом насаждений, поражением мучнистой росой, грызунами (мыши, зайцы) и снеголомом.
Наибольшее распространение в нижнем пологе лесных полос получили клены остролистный и ясене-листный, ясени пушистый и обыкновенный, ильмовые, липа мелколистная, груша лесная. Самосева этих древесных пород в возрасте 1-5 лет достигает 30-55 тыс. шт./га. Затем происходит интенсивный отпад подроста и после 20 лет его доля в общей численности на 1 га составляет по породам от 0,4 до 5,2 %.
Сохранившийся в просветах полога подрост ясеня обыкновенного, клена остролистного, вяза обыкновенного с помощью целенаправленных рубок можно вывести в верхний ярус и образовать новое насаждение. Выведение клена ясенелистного даже во второй ярус, учитывая его отрицательные свойства (неблаго-
приятное влияние на другие породы, засорение прилегающих полей, недолговечность) нежелательно. Его следует удалять из состава насаждений.
В связи с отсутствием в лесных полосах семенного подроста дуба черешчатого произойдет, в лучшем случае, замена дубово-ясеневых древостоев на кленово-ясеневые или чисто кленовые. Эффективное возобновление дуба черешчатого возможно будет только искусственным путем - созданием культур на лесосеках.
Выводы. Защитные лесные насаждения Каменной Степи - проверенная модель оптимальной «нормы» пространственной структуры агроландшафтов, оказыващие большое влияние на их экологическую стабильность.
Под защитой лесных насаждений улучшаются экологические условия: скорость ветра снижается на 3050 %, относительная влажность воздуха повышается на 4-8 %, дополнительное увлажнение полей благодаря снегонакоплению составляет 47 мм, непродуктивное испарение влаги уменьшается на 15-25 %.
Вместе с тем существуют проблемы сохранения их хорошего санитарного состояния (наличие 5-8 % дуплистых и увеличение числа суховершинных, усыхающих и ветровальных деревьев). Наблюдается полное отсутствие семенного подроста главной породы -дуба черешчатого, как нежелательное направление сукцессии лесной растительности с угрозой выбытия дуба из состава материнских древостоев.
Литература.
1. Бурнацкий Д.П. Влияние лесных полос на климат приземного слоя воздуха, почву и урожай сельскохозяйственных растений // Вопросы травопольной системы земледелия. М.: изд-во АН СССР, 1952. Т. 1. С. 24-57.
2. Винокурова И.К. Мелиоративная роль системы защитных лесных полос // Преобразование природы в Каменной Степи. М.: Россельхозиздат, 1970. С. 64-77.
3. Петров Н.Г. Система лесных полос. М.: Россельхозиздат, 1975. 115 с.
4. Агроэкологическая роль лесных полос в преобразовании ландшафтов (на примере Каменной Степи) / В.И. Турусов, А.С. Чеканышкин, В.В. Тищенко, С.И. Годунов, И.В. Ялманов. М.: ФГУП «Типография» Россельхозакадемии, 2012. 191 с.
5. Басов Г.Ф., Грищенко М.Н. Гидрологическая роль лесных полос. М.: Гослесбумиздат, 1963. 201 с.
6. Семаго Л.Л., Скачков Б.И. Экологические ниши лесных ландшафтов // Каменная Степь: лесоаграрные ландшафты. Воронеж: изд-во ВГУ, 1992. С. 122-143.
7. Павловский Е.С. Уход за лесными полосами. М.: Лесная промышленность, 1976. 248 с.
8. Петров Н.Г., Тунякин В.Д. К вопросу о естественном семенном возобновлении дуба в лесных полосах Каменной Степи: Научн. тр. НИИСХцЧп им. В.В. Докучаева. Бутурлиновка: типография управления издательств Воронежского облисполкома, 1977. Т. 14. Вып. 3. С. 37-43.
9. Тищенко В.В., Ерусалимский В.И., Ялманов И.В. Изучение потенциальной возможности семенного возобновления лесных полос в Каменной Степи//Разнообразие почв Каменной Степи. М.: Почв. ин-тим. В.В. Докучаева, 2009. С. 412-419.
FOREST RECLAMATION COMPLEX AS THE FACTOR OF ECOLOGICAL STABILIZATION OF AGROLANDSCAPES OF KAMENNAYA STEPPE
V.I. Turusov, A.S. Chekanyshkin
V.V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Black-Earth Zone, kvartal 5, 81, pos. 2 uchastka Instituta imeni Dokuchaeva, Talovskii r-n, Voronezhskaya obl., 397463, Russian Federation
Abstract. The purpose of the research was a state value of a forest reclamation complex of Kamennaya Steppe and its role in stabilization of the ecological environment of agrolandscapes. The total area of the existing protective forests in the territory of FGUP "Dokuchaevskoe" and V.V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Black-Earth Zone is 635.8 hectares. According to a functional purpose, protective forest belts occupy 67.1 % from a total area of such plantations, erosion-preventive - 20.8 %, adjoining farms - 7.9 %, garden-protective forest belts - 3.5 %, forest seed plantations - 0.7 %. The bulk of wood (79.3 %) is formed by the middle-aged and ripe plantations: 42.5 and 36.8 %, respectively. The share of young trees is 6.2 %, of ripening plants - 14.5 %. Under the protection of wood plantations, ecological conditions improve: wind speed reduces by 30-50 %, relative humidity of air increases on 4-8 %, additional humidifying of fields due to snow accumulation is 47 mm, unproductive evaporation of moisture decreases by 15-25 %. The average increase in cereal yield is 15-20 %, sunflower - 10-15 %, millet - 26-29 %, sugar beet and silage cultures -20-36 %, grasses - 80-90 %. Before planning of wood belts, 12 species of mammals and 47 species of birds lived in Kamennaya Steppe. Now the fauna totals 30 species of mammals and 179 species of birds. At the same time, for the last 15-20 years a lot of hollow trees (up to 5-8 % in some plantations) appeared in grown-up plantations as a result of a lesion by fungi and bacterial diseases. There are problems of keeping of their high ameliorative properties, a good sanitary state and recreation. It is observed a total absence of seed undergrowth of the main species, English oak, as an undesirable direction of a succession of forest plants with the threat of elimination of the oak from parent forest stands.
Keywords: forest reclamation complex, agrolandscapes, productivity of plantings, Kamennaya Steppe, ecological situation, fauna, succession of forest plants.
Author Details: V.I. Turusov, D. Sc. (Agr.), member of the RAS, director (e-mail: [email protected]); A.S. Chekanyshkin, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow.
For citation: Turusov V.I., Chekanyshkin A.S. Forest Reclamation Complex as the Factor of Ecological Stabilization of Agrolandscapes of Kamennaya Steppe. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 6. Pp. 54-57 (in Russ.).
