CC BY
152
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 643.0.6:634.0.266
СОЗДАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЛЕСОПОЛОС, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ОПТИМАЛЬНОЕ СНЕГООТЛОЖЕНИЕ В НИХ И НА ПОЛЯХ
Ю. М. Жданов, доктор сельскохозяйственных наук, Заслуженный лесовод РФ А.Т. Барабанов, доктор сельскохозяйственных наук, Заслуженный деятель науки РФ
Р.Д. Балычев, научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт, г. Волгоград
В статье приводится анализ существующих конструкций лесополос и их влияние на влаго-накопление, глубину промерзания и эрозию почв непосредственно в самой лесополосе и в межполосном пространстве. Описывается способ формирования влагообеспечивающей лесополосы, приводится ее схема и расчет высоты кустарника, обеспечивающего необходимое влагонакопление в полосе.
Ключевые слова: лесные полосы, их конструкция, промерзание почвы, влаго-обеспечение, технология, технические средства.
Защитные лесные насаждения являются важнейшим элементом (каркасом) адаптивно-ландшафтной системы земледелия, предусматривающей создание условий, при которых эрозия почв снижается до допустимой величины, компенсируемой в результате почвообразовательного процесса, а выход сельскохозяйственной продукции увеличивается. Эрозия почв протекает при сложном взаимодействии природных и антропогенных факторов. Установлено [1], что основными факторами, влияющими на сток талых вод, являются снегозапасы, глубина промерзания и влажность почвы. Ведущий фактор, на который можно воздействовать агролесомелиоративными средствами, - глубина промерзания почвы. Также установлено [2], что при глубине промерзания свыше 50 см сток формируется независимо от уровня увлажнения почвы и снегозапасов. Причем в формировании стока не играет роли дальнейшее увеличение глубины промерзания свыше 50 см, т. е. при промерзании 50, 100 и 150 см сток будет одинаковый при прочих равных условиях. Если же почва талая или промерзла на небольшую глубину (до 50 см), то сток талых вод совсем не формируется, поэтому важно найти способы и средства для предотвращения или значительного уменьшения глубины промерзания почв.
Одним из таких средств является стокорегулирующие лесополосы. Они воздействуют на природные факторы через снегоотложение, характер которого играет важную роль как в формировании снегозапасов в поле и в лесополосах, так и в предотвращении промерзания почвы и обусловлен, в свою очередь, также многими факторами.
Известно [3, 4], что для предохранения почвы от промерзания достаточно слоя снега мощностью до 30-50 см, т. е. если удается накопить столько снега в лесополосе, а остальной распределить по полю, то эта цель достигается. Известно также, что деревьям в лесополосах, особенно в степной и полупустынной природных зонах, для нормального роста и развития, кроме естественных осадков, требуется дополнительная влага. Получить ее можно также путем перераспределения снега. Поэтому при создании конструкции лесополос с целью оптимизации снегоотложения на водосборе необходимо исходить из этих требований. В частности, на территориях без лесной мелиорации в условиях разного ветрового режима закономерность снегоотложения и снеготаяния на склонах различной экспозиции следующая. В Центральной лесостепи европейской территории России, где слабо выражено направление метельных ветров, по данным Новосильской ЗА-ГЛОС [5], снегозаносимыми являются склоны северной, северо-западной и западной
экспозиций, а снегосдуваемыми - склоны восточной, южной и юго-западной экспозиций. В лесостепи Западной Сибири, где ярко выражено господствующее направление метельных ветров (с юго-запада на северо-восток), снегозаносимыми являются склоны северовосточной экспозиции, а снегосдуваемыми - юго-западной. На снегозаносимых склонах мощность снежного покрова сверху вниз увеличивается, а на снегосдуваемых - уменьшается. Это обусловливает разный характер стаивания снега и обнажения почвы. На сне-госдуваемых склонах идет постепенное стаивание снега снизу вверх. При этом поступающая сверху на нижележащие участки склонов вода вызывает интенсивный смыв почвы. На снегозаносимых склонах, наоборот, почва освобождается от снега сверху вниз, а стекающая вода поступает в снег и эрозия протекает менее интенсивно.
На накопление снега и характер снегоотложения мощное влияние оказывают лесополосы как постоянно действующий фактор. При этом лесополосы плотной конструкции (с одним или двумя рядами кустарников без просветов по всему профилю), задерживая и перераспределяя на местности снег, обусловливают его накопление в самих себе и в приопушечных частях (зонах отложения снежных шлейфов), что способствует дополнительному увлажнению почвы и обеспечению деревьев необходимым количеством влаги, предотвращению промерзания почвы в них и, как результат, снижению стока и эрозии. Однако недостатком таких лесополос является то, что под их воздействием снег сдувается с полей и накапливается в больших количествах (до 150200 см и более) в них самих и на опушках, что предопределяет потерю снеговой воды с полей и перевод ее потускулярно в грунтовые воды. Кроме того, весной из-за позднего стаивания снега создаются трудности в проведении полевых работ. Лесополосы продуваемой и ажурной конструкций без кустарников и с большим количеством просветов между стволами (35-60 %), способствуя выдуванию снега из них и обеспечивая только частичное сохранение его на полях, не предохраняют почву от глубокого промерзания, что приводит к резкому уменьшению впитывающей способности почв (водопроницаемость мерзлой почвы в тысячу раз меньше, чем талой) и увеличению эрозии.
Такие полосы отлично распределяют снег на защищаемых полях, но в самой полосе он практически не накапливается, и они испытывают недостаток влаги, вследствие чего ослабляются и начинают разрушаться. В идеале нужна такая конструкция лесной полосы, которая бы оптимально распределяла снег на защищаемых полях (как продуваемая), но и накапливала достаточное количество снега обеспечивать потребности самого насаждения в воде и предотвращать почву от промерзания.
Такими возможностями обладают полезащитные и стокорегулирующие лесополосы комбинированной конструкции [6]. Они создаются из 2-3 рядов деревьев и 1 ряда низкорослых кустарников. При этом формируют следующую продуваемость их по профилю: в нижней части (до 0,3-0,5 м от поверхности земли) лесополоса должна быть плотная (до 10 % просветов и до 25-30 % ветропроницаемость), в средней (до 1,5-2,0 м) - продуваемая (свыше 60 % просветов и более 70 % ветропроницаемость) и в верхней (выше 2 м) - ажурная или плотная (до 15-35 % просветов и 25-75 % ветропроницаемость). Плотную нижнюю часть создают методом подбора низкорослого кустарника при посадке или путем подрезки высокорослого кустарника до необходимой высоты в существующих лесополосах. В качестве низкорослого кустарника можно использовать разные виды жимолости, боярышника, кизильника, кустарниковой вишни, японскую айву, ежевику, бобовник, спирею и др. Продуваемую часть профиля формируют подбором пород без сучьев или с небольшим их количеством на высоте до 2 м при закладке новых лесополос или путем обрезки сучьев на деревьях в существующих.
Но такой подход позволяет лишь частично регулировать снегоотложение в той части лесополосы, где располагается кустарник, ибо турбулентный поток воздуха не создает
возможности задержания и распределения снега по всей ширине лесополосы. Кроме того, высота кустарника 0,3-0,5 м не поддается расчету количественной величины задержанного им снега, необходимого для влагообеспечения лесополосы любой конструкции.
В работе А.Ф. Портянко [7] подробно рассматривается физиологическое состояние деревьев в лесополосах с различным накоплением влаги за вегетационный период и в различные по увлажнению годы, определяются проценты критически допустимой и хорошей обеспеченности влагой по формуле:
Пв=(Р/И)100,
где Пв - показатель влагообеспеченности лесополосы, %; Р - расход влаги лесополосой из поч-вогрунта и в виде осадков за вегетационный период, мм; И - испаряемость с водной поверхности на открытом поле, мм - вычисленная по формуле Н.Н. Иванова:
И=0,0018(25+)2 (100-А),
где t - среднемесячная температура воздуха, 0 0С; А - среднемесячная относительная влажность воздуха, %.
Однако здесь не показывается путь достижения необходимой влагообеспеченно-сти в лесополосе. Решения задачи накопления биологически необходимой влаги в лесополосах любой конструкции для их роста и развития можно добиться не только от дождя и других источников, но и за счет снегозадержания с помощью кустарника определенной высоты (рисунок) [8].
Достигается это подрезкой кустарника крайних приопушечных рядов лесополос на высоту, обеспечивающую дополнительное накопление необходимого количества влаги (в виде снега), рассчитываемого по формуле:
Ик=Я(0Т+0И+0Г-0Д),
где QT - расход влаги на транспирацию растений за вегетационный период, мм; QИ - годовой расход влаги на физическое испарение, мм; Qr - годовой гравитационный сток за пределы корнеоби-таемого слоя, мм; Qд - поступление жидкой влаги от дождя и других источников (туман, конденсат), мм; НК - высота кустарника, мм; q - коэффициент перевода твердых осадков в жидкие.
Полученная формула находится исходя из равенства:
QT+ОИ +0Г=0Д+0В,
где QB - вода от снега, мм.
Но, т.е. отношение высоты снега - Нсн к запасу воды в снеге Qb-
Н
Q +Q +Q -Q =
Принимая Нсн =Нк, получаем: т и г и Ч , откуда: Hк=q(Qт+Qи+Qг-Qд).
Рисунок - Схема формирования комбинированной конструкции лесополосы (поперечный разрез): 1 - внутренние ряды древесных пород, 2 - накопление снега; в лесополосе, 3 - крайние
ряды подрезаемого кустарника
Исходные данные для расчета высоты кустарника Нк, а именно Qт, Qк, и Qг можно брать по литературным источникам или научно-исследовательским материалам, для определенных зон и условий произрастания лесополосы. Поступление влаги от дождей и других источников - Qд и коэффициент - q находят по данным метеостанции этой зоны, в которой находится лесополоса.
Результаты исследований влияния стокорегулирующих лесных полос на снего-отложение, влажность почвы и глубину ее промерзания в Волгоградской области приведены в таблице.
Таблица - Влияние лесополос разной конструкции на снегоотложение,
влажность почвы и глубину промерзания (ФГУП Волгоградское)
Конструкция лесополосы Высота снега, мм Влажность почвы, % Глубина промерзания, см
поле лесополоса поле лесополоса поле лесополоса
2006 год
Продуваемая 20 34 13,8 14,5 100 60
Плотная 20 60 12,3 16,5 120 15
Комбинированная 21 45 13,4 15,9 110 30
2007 год
Продуваемая 3 15 18,0 13,4 30 30
Плотная 5 25 17,2 19,8 40 0
Комбинированная 4 20 19,4 18,9 40 5
2008 год
Продуваемая 13 18 19,6 19,6 15 5
Плотная 11 38 22,1 27,1 15 0
Комбинированная 12 35 21,7 22,5 15 0
2009 год
Продуваемая 9 20 21,8 21,5 10 0
Плотная 10 22 24,5 28,4 10 0
Комбинированная 9 23 23,7 25,2 10 0
2010 год
Продуваемая 18 20 27,1 27,4 20 5
Плотная 15 30 30,1 30,2 20 0
Комбинированная 15 27 29,0 29,5 20 0
Благодаря использованию данного способа, с помощью кустарника определенной высоты формируется конструкция лесополосы, способная в зимнее время накопить такое количество снега внутри себя, которое предотвратит глубокое промерзание почвы, обеспечит ее дополнительное увлажнение, необходимое для нормального роста и развития деревьев и кустарников, а также окажет мелиоративное влияние на сельскохозяйственные растения, выращиваемые в системе лесополос.
Библиографический список
1. Барабанов, А. Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии [Текст]/ А. Т. Барабанов / ВНИАЛМИ. - Волгоград, 1993. - 156 с.
2. Барабанов, А. Т. К вопросу о прогнозе поверхностного стока талых вод в лесостепной
и степной зонах [Текст]/ А. Т. Барабанов, В. И. Панов // Аридные экосистемы. - 2012. - Том 18, № 4(53). - С. 22-27.
3. Дюнин, А. К. Механика метелей (вопросы теории проектирования стокорегулирую-щих средств) [Текст]/ А. К. Дюнин. - Новосибирск: Изд-во СО АН СССА, 1963. - 378 с.
4. Рихтер, Г. Д. Использование снега и снежного покрова в целях борьбы за высокий урожай [Текст]/ Г. Д. Рихтер // Роль снежного покрова в земледелии. - М.: Изд-во АН СССР, 1953. - С. 6-61.
5. Сурмач, Г. П. Водная эрозия и борьба с ней [Текст]/ Г. П. Сурмач. - Л.: Гидрометео-издат, 1976. - 254 с.
6. Способ регулирования снегоотложения для защиты почв от эрозии на склонах [Текст]: пат. № 2248116 СССР /А. Т. Барабанов, Е. А. Гаршинев, М. М. Кочкарь, № 2003 1228 10/12; заявл. 21.07.2003; опубл. 20.03.05, Бюл. № 8. - 3 с.
7. Способ оценки влагообеспеченности полезащитных лесных полос [Текст] : пат. РФ № 1761050 МПК А0Ю 23|00 / А.Ф. Портянко. Заявитель Омский сельскохозяйственный институт им. С М. Кирова. №4813288, заявл. 10.04.1990; опубл. 15.09.1992.
8. Способ формирования влагообеспеченной конструкции лесной полосы [Текст] : пат. РФ на изобретение №2443101 А0Ш 23/00 / . Жданов Ю.М., Зыков И.Г.. Заявитель и патентообладатель ВНИАЛМИ. -№ 2010126278/13. Заявлено 25.06.2010. Опубл. 27.02.2012.-Бюл. № 6.-5 с.
E-mail: vnialmi@yandex.ru
