CC BY
0УДК 551.578
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-987-996
ВЕТРО-МЕТЕЛЬНЫЕ СНОС-ПЕРЕНОС И СУБЛИМАЦИЯ (ВОЗГОНКА) СНЕГА ЗИМОЙ КАК ГЛАВНЫЕ ЧРЕЗМЕРНЫЕ ПОТЕРИ С НЕЗАЩИЩЁННЫХ ПОЛЕЙ И МЕРЫ ЕГО ЭФФЕКТИВНОЙ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОЙ ЗАЩИТЫ В СТЕПНОМ
ПОЯСЕ ЕВРАЗИИ (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ 60-ЛЕТНИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В САМАРСКОМ ЧЕРНОЗЁМНОМ ЗАВОЛЖЬЕ)
WIND-BLIZZARD DEMOLITION-TRANSFER AND SUBLIMATION (SUBLIMATION) SNOW IN WINTER AS THE MAIN EXCESSIVE LOSSES FROM UNPROTECTED FIELDS AND MEASURES OF ITS EFFECTIVE AGROFORESTRY PROTECTION IN THE STEPPE ZONE OF EURASIA (ACCORDING TO THE RESULTS OF 60 YEARS OF RESEARCH IN
THE SAMARA CHERNOZEM REGION).
Панов В.И.
Panov V.I.
Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук - филиал Поволжская агролесомелиоративная опытная станция, пос. Новоберёзовский, Самарская область, Россия The Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences" (FSC of Agroecology
RAS) - branch the Volga Agroforestry Experimental Station, village Novoberezovskiу,
Samara region, Russia
E-mail: aglos163@mail.ru
Аннотация. Статья посвящена многолетним (60-летним) исследованиям явлений ветро-метельных сноса-переноса и сублимации (возгонки) снега за зимний период как существенных непродуктивных потерь влаги с незащищённых (без лесных полос) полей. Установлена высокая снегосберегающая роль агролесомелиоративной защиты степных полей (с разной степенью защиты - при ширине межполосного сельскохозяйственных полей в 500 м и 250 м) в сравнении со снежным покровом в водораздельном лиственном лесном массиве, где нет сноса-переноса и сублимации. Впервые обращено особое внимание на такое малоизученное явление как ветро-метельная сублимация (возгонка), на установление их общих и раздельных численных величин. Суммарные зимние потери снега - большой потенциальный резервный гидрологический ресурс аграрного природопользования в степи.
Ключевые слова: степь, ветро-метельный режим, снег и снежный покров, незащищённое степное поле, снос-перенос снега, потери снега, ветро-метельная сублимация (возгонка) снега, агролесомелиорация, лесная защита степных полей, сохранение снега на полях.
Abstract. The article is devoted to long-term (60-year) studies of the phenomena of wind-blizzard drifttransfer and sublimation (sublimation) of snow during the winter period as significant unproductive processes of moisture loss from unprotected (without forest strips) fields. A high snow-saving role of agroforestry protection of steppe fields has been established (with varying degrees of protection - with an interband of agricultural fields width of 500 m and 250 m) in comparison with snow cover in the watershed forest larch massif, where there is no demolition-transfer and sublimation. For the first time, special attention was paid to such a little-studied phenomenon as wind-blizzard sublimation (sublimation), to the establishment of their common and separate numerical values. The total winter loss of snow from unprotected fields is a large potential reserve hydrological resource of agricultural production in the steppe.
Key words: steppe, wind-blizzard winter regime, snow and snow cover, unprotected steppe field, windblizzard demolition-snow transfer, snow loss from an unprotected field, wind-blizzard sublimation of snow (snow sublimation), agroforestry, forest protection of steppe fields, snow preservation in fields.
Введение. Огромный степной евразийский пояс России расположен на двух континентах (Европы и Азии) и включает в себя ориентированные в широтном направлении естественные природно-географические зоны лесостепи, степи, сухой степи и полупустыни. Этот прекрасный равнинный край - главная житница России. Он обладает природой, благоприятной для жизни, труда и отдыха человека, плодородными землями, однако в условиях глобального изменения климата и наметившейся общая тенденции к его аридизации (потеплению), возросла его степень неустойчивости погоды, усилился общий хронический дефицит атмосферной влаги, участились сильные засухи, ураганы, селеопасные ливни, особо опасные природные явления, эрозионные
процессы почв. Перед наукой и практикой аграрного природопользования стоят неотложные цели - активного и успешного противостояния и противодействия всем негативным явлениям. Здесь предстоит действовать в самых различных направлениях, но помня о главном - главное в степном поясе - проблема дефицита воды [1]. Это главный минимум-фактор, он определяет судьбу и благополучие огромного региона, его природы и населения. Необходимо направить все действия, прежде всего, на сохранение всех местных ресурсов влаги, их бережное, рациональное и эффективное использование, на минимизацию непродуктивных потерь [2].
Специфика климата степного пояса в годовом цикле заключается в том, что он как бы разделяется на две части - холодный (зимний) и тёплый (летний). Это деление очень важно в гидрологическом режиме территории, природных ландшафтов и сельскохозяйственных культур. В холодный сезон года вода атмосферных осадков выпадает в виде снеговых (твёрдых) осадков - снежинки, снежные хлопья, снежная крупа, иглы, мелкие кристаллы, инея, иногда в виде снега с дождём и ледяного дождя. На их долю в годовой сумме атмосферных осадков приходится, в разные годы, от 35 до 60% [3]. Но их накопление происходит в течение всего холодного периода, длящегося в различных природно-ландшафтных зонах от 3 до 5,5 месяцев или от 90 до 165 суток. На большую роль снега и снежного покрова обратил внимание А.И. Воейков [4]. И в это время они подвержены самым разным природным и антропогенным воздействиям - ударам сильных ветров, метелей и позёмок, сносу-переносу снега пушистого и рыхлого снега, действию оттепелей и дождей, испарению и ветро-метельной сублимации (возгонка), утрамбовки и снегозадержания и др.). Глубокие исследования по снегу проведены П.П. Кузьминым [5]. К сожалению, вода, снег и закономерности формирования снежного покрова в разных ландшафтных зонах степного пояса Евразии всё ещё изучены недостаточно полно, из-за чего с незащищённых и продуваемых всеми ветрами полей наблюдаются большие непродуктивные потери снега [6-8]. Повседневная жизнь показывает, что в степи к концу зимы на незащищённых полях снега накапливается значительно меньше, чем в лесном массиве, под защитой деревьев и на лесомелиорировпанных полях, где нет сильного ветро-метельного выдувания и сублимации или где они существенно снижены. Как можно защитить снег на степных полях и каковы величины сохранённого снега - в полученных результатах, на примере проведённых многолетних исследований в чернозёмной степи Самарского Заволжья. Главная целевая установка - выявить закономерности и особенности формирования снежного покрова в равнинном и пересечённом рельефе и его численные величины потерь за холодный (зимний) период на ветро-метельный снос, перенос и сублимацию (возгонку) на степных равнинных приводораздельных элементах самоорганизованного гидроэрозионного рельефа степного пояса Евразии и установить снегозащитную роль агролесомелиорации (при разной защитно-мелиоративной облесённости полей). Данная цель исследований имеет важную актуальность, научную новизну, теоретическую и практическую значимость, целевую направленность, связанную с решением ряда научно-практических задач. До недавнего времени вопросам ветро-метельных потерь снега в виде сублимации не удалялось должного внимания, хотя явление снежной сублимации (возгонки) было открыто русским учёным В.В. Петровым ещё в начале XIX века [6]. Исследования в этом направлении расширились после публикаций А.К. Дюнина [6-8], В.М. Котлякова [3], Б.В. Карузина [9], И.С. Гришина [10], В.И. Панова [11, 12] и др. Снегозащитное и снегомелиоративное влияние лесоаграрных ландшафтов - один из эффективных приёмов управления гидрологическим режимом и влагообеспеченностью сельхозкультур в условиях засушливого климата и хронического дефицита влаги в регионе.
Программно-методическое обеспечение исследований. Исследования ветро-метельного сноса-переноса и сублимации снега осуществляются современными методами в полевых условиях на специально подобранных и подготовленных уникальных ландшафтных опытных объектах в сравнимых природных условиях, в числе которых имеются незащищенные приводораздельные пахотные поля (здесь проявляются естественные процессы ветро-метельной сублимации, сноса и переноса снега), лесные массивные насаждения (контрольный, эталонный ландшафт, где нет метельных потерь снега) и несколько лесозащищённых (лесомелиорированных) полей узкими полезащитными (7-20 м) с разной степенью облесённости (с разной шириной межполосных полей (500 и 250 м), разных аэродинамических конструкций, разным породным составом и др.).
Программой и методикой научно-исследовательских работ при разработке предложений по агролесомелиоративной защите полей от ветро-метельной сублимации и сноса снега с
пахотных угодий равнинного и эрозионного (пересеченного) рельефа в степной зоне Среднего Поволжья предусматривалось рассмотреть следующие вопросы:
1. Изучить закономерности формирования снежного покрова под влиянием природных и антропогенных факторов на сильно расчленённых территориях.
2. Изучить состояние и эффективность защитных лесных насаждений в накоплении и распределении снега на территории Среднего Поволжья.
3. Обобщить результаты исследований по ветро-метельной сублимации снега в различных ландшафтах равнинного и эрозионного (пересечённого) рельефа в степной зоне Среднего Поволжья.
4. Сформулировать предложения по защите сельскохозяйственных полей от потерь снега при ветро-метельной сублимации методами агролесомелиорации.
Для этого были подобраны экспериментальные снегомерные полигоны для изучения сублимации: один на Поволжской АГЛОС (Волжский р-н, Самарской области), второй - второй - в широкой (640 м) водораздельной лесополосе, созданной Генко Н.К. в конце XIX века [13].
Важнейшим методом выявления реальных потерь снега от ветро-метельной сублимации и переноса его в овраги, балки и к разного рода преградам, являются данные, полученные в результате снегомерных маршрутных съёмок, проводимых в конце зимнего периода. Маршруты прокладывались параллельно в нескольких ландшафтах одновременно: в открытом незащищённом лесными полосами поле и в контрольном, близком по расположению, лесном массиве, где нет ветро-метельного сноса и переноса снега. По результатам многолетних снегомерных измерений в поле и в лесном массиве устанавливаются среднемноголетние величины потерь снега за зимний период. Вопросы методики снегомерных исследований подробно изложены в типовых специальных методических руководствах Отдела гидрологии Института географии РАН, отделов полезащитного лесоразведения и отдела защиты почв от эрозии ФНЦ агроэкологии РАН (в прошлом ВНИАЛМИ ВАСХНИЛ и РАСХН), в методических разработках Росгидромета [14].
Характеристика опытных объектов. В качестве опытных объектов для проведения натурных (полевых) исследований использовалась территория землепользования Поволжской АГЛОС с развитым эрозионным рельефом, где представлены все основные его элементы -водоразделы, пологие приводораздельные земли, верхние, средние и нижние склоны, выраженные присетевые склоны крутизной до 5-7°, крутосклоны суходольной гидрографической сети. Склоновые земли имеют самую разную экспозицию и, в зависимости от направления господствующих ветров, при метелях становятся ветроударными, с которых снег сдувается, или подветренными (снегозаносимыми), где снег выпадает из полифазного турбулентного потока, и отлагается. На рисунках 1 и 2, показаны опытные снегомерные маршруты в разных ландшафтах землепользования Поволжской АГЛОС (кадастровый номер 63: 17:0000000:0236, а также в лесополосе Н.К. Генко, на которых многие годы проводятся наблюдения за состоянием снежного покрова, его потерями к концу зимнего периода (на конец февраля - начало марта) на незащищённых полях и в лесомелиорированных полях с разной степенью защиты.
В качестве основных приняты 4 маршрута: 1 - полевой незащищённый (открытый) водораздел с пашней (зябь, озимые); 2 - лесомелиорированный, с лесными полосами через 500 м; 3 - лесомелиорированный с лесными полосами через 250 м: 4 - водораздельный лесной массив. Кроме того, взяты дополнительные маршруты через типичную лощинно-суходольную гидрографическую сеть - для получения сведений о количестве переотложенного здесь снега и величине потерь на ветро-метельную сублимацию (возгонку) при его переносе в снежно-ветровых полифазных потоках.
По результатам многолетних снегомерных исследований, проводимых в конце зимних периодов (конец февраля - начало марта) в ландшафтах этих четырёх маршрутов, впервые получены конкретные численные экспериментальные данные о реальных суммарных непродуктивных потерях снега с незащищённых полей (без лесных полос) в результате ветро-метельной сублимации и снос-переноса снега, а также выявлены величины снегосберегающего (снегозадерживающего) эффекта систем защитных лесных насаждений при разной степени их мелиоративной защиты.
1 - балочные леса, 2 - лесные полосы, 3 - лесные массивы, 4 - снегомерные маршруты
Рисунок 1. Схема землепользования Поволжской АГЛОС с размещением снегомерных маршрутов на незащищённых лесными полосами полях (1-ый), в лесном массиве (4-ый) и на двух опытных лесомелиорированных севооборотах с разными параметрами межполосных полей ( 2-ой - через 500 м, 3-ий - через 250 м).
Рисунок 2. Участок водораздельной широкой (640 м) «Генковской» лесной полосы (ленты), созданной в конце Х1Х века под руководством известного лесовода Н.К. Генко (один из снегомерных маршрутов в лесном массиве, урочище Дубовских полос близ села Ровно-Владимировка, Волжский район, Самарская область).
Результаты и методы исследований, их обсуждение. На названных выше четырёх специально созданных и подобранных опытных ландшафтных объектах, начиная 1964 года и по настоящее время, ежегодно в конце зимы проводились и проводятся маршрутные снегомерные измерения (маршрутные снегосъёмки), с измерением высоты снега, его плотности и запаса в нём воды (в мм). Получены непрерывные 60-летние гидрологические ряды по снежным покровам, формировавшимся в исследуемых ландшафтах за каждый зимний период [11, 12, 15-17]. Материалы обработаны и представлены в самом сжатом, усреднённом виде, как средне-многолетние величины. Это сделано для того, чтобы получить чёткое и ясное представление о том, какой снежный покров формируется в каждом из представленных ландшафтов и которые нам всем хорошо известны, кто проживает в степном поясе России (на примере Самарского степного чернозёмного Заволжья). Эти материалы приведены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели снежного покрова в различных ландшафтах Самарского Заволжья (Поволжская АГЛОС) в конце зимы, связанные с ветро-метельной сублимацией и переносом снега. Средние за 60-летний непрерывный период исследований (1964-2023 гг.)
Виды агроэколаншафтов, через которые проложены снегомерные маршруты Средние параметры снежного покрова
Высота снега, см Плотность снега, г/куб. см Влагозапас в снеге, мм /потери, мм /%
1. Незащищенное (открытое, без лесных полос) водораздельное поле (зябь, озимые, стерня) 30 0,30 90/65 /42
2. Лесомелиорированное, л/п через 500 м поле (1 севооборот) 46 0,29 132/23/15
3. Лесомелиорированное, л/п через 250 м поле (2 севооборот) 51 0,29 145/10 /6,5
4. Центр лесного массива (без опушечных сугробов) 66 0,23 155/0/0
Эти немногие числа дают представление о том, как различные ландшафты, произрастающие в степи, накапливают и сохраняют в себе снег, выпавший за «усреднённый» холодный зимний период этого 60-летия. Особый интерес она представляет для работников сельского и лесного хозяйства, так как за этими числами скрывается благополучие или беды этих отраслей народного хозяйства и не только. Рассмотрим эти показатели. В первой строке представлено незащищённое от ветров, суховеев, метелей и буранов водораздельное сельскохозяйственное поле. Ежегодно оно обрабатывается и в зиму оно бывает или вспахано (зябь), или представлено стернёй (после уборки урожая), или озимыми всходами. На них, как говорят гидрологи, земная поверхность имеет незначительную так называемую «гидравлическую шероховатость» - различного рода выступы, которые являлись бы барьерами и преградами на пути ветровых, метельных и пыле-ветровых потоков, задержали и ослабили их скорость и энергию. Следствием незащищённости поля становится снос-перенос рыхлого снега с этой территории, его интенсивная сублимация снежно-ветровых турбулентных потоках (с фазовым переходом сублимированного снега из твёрдого в парообразное состояние) и отложение той части, что осталась, у различного рода преград - опушки леса, заборы, суходольно-речная гидрографическая сеть, овраги, населённые пункты. За период исследований были разные по снежности и морозности зимы, с разными метелями и буранами, оттепелями и ветрами-позёмками. Конечно, значительная часть снега была «снесена» ветровыми потоками и как бы бесполезно потеряна для поля и будущего с него урожая. Сохранился слой уплотнившегося снега высотой 30 см с влагозапасом в нём 90 мм (или 900 м3 снеговой воды на 1 га). Много это или мало и какими оказались ветро-метельные потери? Сравним с данными 4 строки таблицы, где представлен снежный покров в средней части лиственного водораздельного лесного массива, где на протяжении всей зимы нет ветро-метельного сноса-переноса и сублимации (возгонки) снежных кристаллов, со всех сторон интенсивно обдуваемых турбулентно завихряющимися воздушными потоками. Лесной массив, как и системы узких лесных полос в степи - особый, барьерно-рубежный ландшафт или своеобразный природоподобный лесной ландшафтный кластер, азональный по параметрам внешнего облика и биологии климатип, нетипичный элемент степного низкоросло-травянистого степного природно-зонального ландшафта и большинства сельскохозяйственных (аграрных) биогеоценозов и агроландшафтов. Лес и лесные полосы (узкие, вытянутые в длину, лесные насаждения, имеющие недалеко удалённые друг от друга, две опушки), являются высотно-объёмными азональными ландшафтными новыми для степи ландшафтными элементами воздействия, управления и преобразования природно-географической среды степи (что наблюдается реально в природе северной части степного пояса, - на границе степи с зоной широколиственных лесов, - естественно самоорганизовалась подзона природной лесостепи). В этот же временной период, среднемноголетний снежный покров средней части лиственного
лесного массива, где нет таких потерь снега, как на незащищённом от ветров и метелей поле, среднемноголетняя высота снега составила 66 см, плотность 0,23 г/см3 и влагозапас 155 мм (или 1550 м3/га снеговой воды). Таким образом, эталонный лесной ландшафт сохранил от бесполезных непродуктивных потерь (для своих насущных потребностей) 65 мм (или 650 м3/га ценной снеговой воды), тогда как незащищённое поле их потеряло. Много это или мало? Практическая агрономия установила, что на получение 1 ц зерна яровой пшеницы, растения должны затратить 10 мм (или 100 м3 воды) почвенной влаги; потеря незащищённым полем 65 мм - это ежегодно потеря 6-7 ц/га зерна яровой и не менее 8-10 ц/га озимой пшеницы. Потери исключительно большие. Ведь оставшегося на поле к весне 90 мм хватит на получение (за счёт снеговых атмосферных осадков) всего 9-11 ц/га, а при ранней весенней или часто встречающихся в степи весенне-летних засухах урожай формируется ещё меньше. Такова цена зимних ветро-метельных потерь снега.
В ХУ1-Х1Х веках при низкой культуре земледелия и больших непродуктивных потерях снега с незащищённых полей сильные и катастрофические засухи приводили к не менее катастрофическим неурожаям, голоду, эпидемиям и массовой гибели людей. Такая засуха случилась в России в 1891-1892 годах. Последствия её были страшные, - погибли миллионы крестьян. Выдающийся русский мыслитель и учёный В.В. Докучаев [1] разработал и предложил свой природоподобный ландшафтный принцип улучшенного ведения сельского хозяйства и всего аграрного природопользования с упорядоченными способами водного хозяйства, когда бережному её сохранению, экономному и продуктивному её использованию на всех уровнях процессов уделяется самое большое внимание [1]. Этот фундаментальный подход и принцип не потерял своего значения и в настоящее время - за ним большие перспективы и большое будущее. Он постоянно развивается и совершенствуется, раскрываются новые положительные защитно-мелиоративные воздействия на природу и полезные эффекты. Докучаевский ландшафтно-кластерный принцип (или методологический подход) базируется на синергетической парадигме возникновения, жизни или становлении во времени (эволюционном саморазвитии и самосовершенствовании) открытых взаимодействующих сложных нелинейных систем, обладающих синергетичеким эффектом самоорганизации (эффектом экогеоландшафта). Одним из эффективных ландшафтных кластеров воздействия, управления и преобразования степного агроландшафта, предложенных В.В. Докучаевым [1], был лесной защитно-мелиоративный кластер. В нём эффективным элементом является узкое лентообразное лесное насаждение -лесная полоса, обладающее уникальными барьерно-рубежным, высотно-опушечным и другими ландшафтными эффектами воздействия, управления и преобразования природной среды (погода, климат, гидрология и др.). Уникальность лесной полосы как лесного ландшафтного кластера состоит в том, что при минимальной лесной площади (даже при её ширине в один ряд деревьев), она имеет на сверх-близком расстоянии друг от друга две опушки, эффективно воздействующие на окружающую приземную атмосферу, создающие высотно-опушечные эффекты, воздействующие на аэрогидродинамические потоки (в атмосфере и на поверхности земли). На этой основе появились первые защитно-мелиоративные лесные полосы, возникла защитно-мелиоративная противоэрозионная лесомелиорация и агролесомелиорация сельхозугодий [1, 2, 9, 18-20]. На их принципах созданы и изучены и представлены в таблице 1 два других опытных объекта (на строках 2 и 3 таблицы - лесомелиорированные (или агролесомелиорированные) поля с разной степенью защиты: на строке 2 - лесомелиорированное при ширине межполосного поля 500 м, на строке 3 - лесомелиорированное при ширине межполосного поля в два раза меньше - 250 м: на этом поле зона опушечной «ветровой тени» удваивается, то есть линия переноса снега сокращается в 2 раза и уменьшается время пребывания снежинок в энергетическом ветро-метельном турбулентно-вихревом полифазном потоке, когда происходит ускоренная ветро-метельная сублимация (возгонка). Какие получены результаты? Эффект агролесмелиоративной защиты при ширине межполосного поля 500 м (строка 2): высота снега уже 46 см и влагозапас в нём 132 мм; непродуктивные потери составили всего 23 мм или 15% зимних твёрдых осадков (на незащищённом - значительно больше 65 мм или 42%.
Еще выше снегосберегающий эффект при ширине межполосного поля в 250 м - здесь высота снега достигла 51 см при плотности 0,29 г/см3 и влагозапас достиг величины 145 мм -потери составили лишь 10 мм или 6,5%.
Исходя из полученных результатов, оптимальная ширина межполосного полевого пространства для равнинных полого-склоновых земель находится в диапазоне 300-350 (400) м.
Это наглядно видно на приведённом рисунке 3. Линии максимального ветро-метельного переноса снежинки, при которой она полностью сублимируется в погодных условиях степного евразийского пояса может стать короче, из-за более континентальной и суровой погоды Оренбуржья, западно-сибирской, алтайской, восточно-сибирской и забайкальской (там больше сухостью воздуха, меньше количество зимних осадков, больше число сильных ветров и метелей и высокая равнинность продуваемых пространств (Ь=1400-1500 м). При усреднённом выпадении за холодный период твёрдых атмосферных осадков 140 мм, потери на совместные непродуктивные потери за холодный период могут составить более 40-45% (более высокие скорости ветров и метелей, суше воздух) и достигать 50-60%, влагозапас в оставшемся снеге может составлять 55-70 мм. При практиковавшемся ранее проектировании часто завышалась ширины межполосного поля с 500 м до 600-800 (700) м. Потери снега при этом существенно возрастают до 30-40% (сохранившийся снег на них составит всего 85-100 мм). И только при ширине 350-400 м непродуктивные потери достигнут 10-20% с влагозапасом в сохранённом на полях снеге 110-125 мм.
Рисунок 3. Схема снегосберегающего (барьерно-опушечный эффект) действия систем лесных полос с разной реальной шириной межполосного пространства.
Полученные 60-летние непрерывные хронологические ряды по влагозапасам в снеге в конце холодных зимних периодов обработаны и по ним построены кривые обеспеченности этого показателя в различных ландшафтах в годы разной снежности (рисунок 4). На них отчётливо просматривается различие влагосодержание снега, различно сохранившегося в различных ландшафтах и в разные по снежности годы. Наибольшие различия просматриваются в годы, близкие к среднемноглолетней (50%-ной) обеспеченности. В многоводные и маловодные годы различия снижаются.
Полученные результаты по непродуктивным потерям снега в различных ландшафтах зафиксировали общую (суммарную) величину потерь, складывающуюся из двух видов потерь: а) потери из-за ветро-метельного сноса-переноса рыхлого снега и его переотложенную в новых местах, удалённых от первоначального; б) ветро-метельной сублимации (возгонки) снега во время его пребывания в полифазных снежно-воздушных скоростных турбулентных потоках, где потери происходят при фазовых переходах из твёрдого фазового состояния в парообразное (минуя жидкую фазу) с дальним переносом парообразной фракции различными воздушными потоками, с последующим образованием облаков и туч, охлаждением и конденсацией пара в капельно-жидкое или твёрдо-кристаллическое состояние, с последующим их выпадением на земную поверхность в виде атмосферных осадков. Ветро-метельная сублимация (или возгонка -испарение молекул или молекулярных цепей-кластеров с твёрдой поверхности снежных
кристаллов) происходит при отрицательной температуре. Исследовать её непосредственно пока не удаётся из-за неразработанности соответствующие методологии и приборного обеспечения. А.К. Дюнин [6-8] предложил опосредствованное её определение, через накопление снега у имеющихся в данной местности снегозадерживающих преград. В чисто степной равнинной местности такими снегоперехватывающими объектами являются элементы эволюционной древнеэрозионной самоорганизации равнинного рельефа, а конкретно, - суходольно-речная гидрографическая сеть (ложбины, лощины, суходолы, балочные системы, современные размывы, овраги и овражные системы, речные долины. Их долевое участие от общей площади водосборного бассейна (как целостной самостоятельной локализованной территории); это зависит от степени равнинности и расчленённости территории гидрографической сетью. Такие расчёты проводились многими исследователями в степном поясе России (Кузник И.А., Гришин И.С. [10], Мишон В.М. [21], Кузнецов А.П. [22], Панов В.И. [11, 15] и др.). По их исследованиям, в суходольно-речной гидрографической сети накапливается от 12 до 22% от потерянного снега с незащищённых равнинных полей. Остального потерянного снега на степных водосборах просто нет - в течение зимы, при постоянно дующих ветрах, позёмках, метелях и буранах произошла его сублимация (возгонка). Отсюда - на сублимационные потери приходится от 78 до 88% потерянного с незащищённых полей снега; усредняя их, получаем 83% - величина потерь снега в виде сублимации и испарения с поверхности снега за весь холодный период. Для полученных общих снеговых потерь со всех незащищённых степных полей 65 мм, их процентное разделение даёт следующее: на снос-перенос и переотложение снега в гидрографической сети приходится 11 мм, а на ветро-метельную сублимацию приходится 54 мм, причём эти потери невосполнимые (переотложенный снег можно перехватить в виде талой воды постройкой водохранилищ с последующим использованием этой воды на орошение).
Рисунок 4. Кривые обеспеченности (%) влагозапасов в снежном покрове в конце зимы в различных ландшафтах в степном Самарском Заволжье. Средние за 60-летний непрерывный период наблюдений на Поволжской АГЛОС, 1964-2023 годы.
Условные обозначения: 1 - влагозапас (в мм) на незащищённом поле; 2 - влагозапас в лиственном лесном массиве; 3 - влагозапас в снеге лесомелиорированного поля с лесными полосами через 500 м; 4 - влагозапас в снеге лесомелиорироавнного поля с лесными полосами через 250 м.
блАгоздпдс в снеге.
мм
о _
О 40 50 50 70 30 10О% ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ; %
Заключение
1. Атмосферные осадки холодного (зимнего) составляют от 30 до 50% годовой суммы атмосферных осадков. Их роль исключительно велика в жизни всех естественных и аграрных экосистем и агроэколандшафтов степного края, особенно в годы сильных и катастрофических весеннее-летних засух. Однако, в подавляющем большинстве своём, агроландшафты в степи незащищены от ветров, метелей и буранов, вызывающих большие непродуктивные потери снега. Как показали исследования, за зиму с таких полей теряется от 30 до 50% и более снега, что резко снижает урожайность, общую продуктивность и стабильность сельскохозяйственного производства. Ослабляются и теряют выход биомассы травостоя естественные многолетние степные угодья с переходом этого нежелательного эффекта на последующие 1-2 года (из-за усыхания корней дернины).
2. Снег с незащищённых полей не только сдувается и переносится ветрами и метелями в овраги, балки и к разного рода преградам, но и сублимируется, испаряется при отрицательной температуре, минуя жидкое состояние или происходит возгонка снега. Кристаллы снега, при ветро-метельном переносе, находясь во взвешенном состоянии полифазных турбулентных снежно-воздушных потоков, соударяются между собой, измельчается (происходит эрозионное диспергирование) и выделение скрытой теплоты парообразования. Происходит фазовый переход воды из твёрдого состояния в газообразное - в пар; развивается процесс ветро-метельной сублимации.
3. Среднемноголетние величины суммарных потерь снега за зиму на ветро-метельную сублимацию (возгонку) и снос-перенос за пределы незащищённого поля (агроценоза) составили, в среднем 65 мм, с колебаниями в многолетнем хронологическом ряду общих величин потерь от 35-45 мм до 85-90 мм (в зависимости от снежности, метелистости и морозности зим, равнинности территорий, протяжённости линий беспрепятственного переноса снега и других природных факторов). Из общих средних 65 мм потерь с незащищённых полей, на сублимацию приходится 54 мм, а на снос-перенос и переотложение перенесённого снега (в гидрографической сети и у различных степных преград) - 11 мм. При этом сублимационные потери снега для данной территории являются невосполнимыми, так как образовавшийся пар переносится ветровыми потоками далеко за пределы данной территории. Такие большие потери снега (в переводе на слой воды) уже с весны, до снеготаяния, существенно снижают весеннюю влагозарядку почвы и влагообеспеченность агроценозов для получения, как минимум, дополнительных стабильных (ежегодных) прибавок к возможному урожаю в 5-7 центнеров зерна с каждого гектара. В восточной части степного пояса Евразии (Оренбуржье, степи Западной Сибири, Барабинско-Кулундинские степи, степи Тувы, Бурятии, восточной Сибири и Забайкалья) общие потери с незащищённых полей местами могут быть больше.
4. В степном засушливом поясе России необходимо целенаправленно обеспечивать комплексную ландшафтно-кластерную снегозащиту полей. Наиболее эффективным является переход на адаптивно-ландшафтное аграрного приропользования с комплексной лесофитогидромелиорацией. По многолетним исследованиям, на лесомелиорированных полях с оптимизированными системами контурных полезащитно-стокорегулирующих лесных полос (с шириной защищённых межполосных полей в 250-500 м), суммарные непродуктивные потери снега за зимний период на ветро-метельную сублимацию и снос-перенос существенно снижаются и составляют с этих полей всего от 10 до 23 мм или 7-15%. Защищённые поля приобретают большой дополнительный резерв ценной снеговой воды для улучшения гидроэкологических условий засушливого края.
Список литературы
1. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь (1892). М.: Сельхозгиз, 1936. 118 с.
2. Иванов А.Л., Донник И.М., Багиров В.А., Кулик К.Н., Беляев А.И., Бедрицкий А.И. и др. Национальный доклад «Глобальный климат и почвенный покров России: проявление засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство). Т. 3 / Под ред. Р.С.-Х. Эдельгериева. М., 2022. 700 с.
3. Котляков В. М. Снежный покров Земли и ледники. Л: Гидрометеоизд 1968. 479 с.
4. Воейков А.И. Снежный покров, его влияние на почву, климат и погоду и способы исследования / под ред. Н. Мушкетова. СПб., 1889. 213 с. (Записки Имп. рус. геогрф. об-ва по общей географии. Т. XVIII. № 2).
5. Кузьмин П.П. Формирование снежного покрова и методы определения снегозапасов. Л.: Гидрометеоиздат. 1960. 172 с.
6. Дюнин А.К. Испарение снега. Новосибирск: РИО СО АН СССР. 1961. 120 с.
7. Дюнин А.К. Механика метелей. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР. 1963. С. 378.
8. Дюнин А.К. В царстве снега. Новосибирск, Наука. СО АН СССР. 1983. С. 140.
9. Карузин Б.В. Лесные полосы и урожай в Заволжье. Куйбышев: Куйбышевское кн. изд-во, 1954. 108 с.
10. Гришин И.С. Снежный покров и расчёт снеговых паводков в лесостепной и степной зонах. М.: Изд-во Наука, 1966. 128 с.
11. Панов В.И. Водный баланс и эрозия на чернозёмах степного Заволжья: Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. М., 1975. 31 с.
12. Панов В.И. Преобразование гидрологического режима территории агролесо-мелиоративными комплексами // Вестник сельскохозяйственной науки. 1979. № 12. С. 133-141.
13. Генко Н.К. Разведение леса и устройство водосборных плотин на удельных степях. СПб. 1896. 97 с.
14. Изучение водорегулирующего и противоэрозионного влияния защитных лесных насаждений в комплексе с другими мероприятиями. Методические рекомендации. Разработаны Сурмачем Г.П., Барабановым А.Т., Гаршинёвым Е.А., Кузнецовым А.П., Пановым В.И. М.: Типография ВАСХНИЛ, 1975. 96 с.
15. Панов В.И. Метельная сублимация снега // Методы исследования водной эрозии и противоэрозионной лесомелиорации: Сб. науч. тр. ВНИАЛМИ. Волгоград, 1989. Вып. 1(96). С. 162-171.
16. Панов В.И. Потери атмосферных осадков с незащищённых полей в степном засушливом субрегионе, их существенное снижение и стабилизация гидроресурсного потенциала земледелия созданием лесомелиорированных (лесоаграрных) бассейновых агроэколандшафтов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т. 18. № 2(2). 2016. С. 472-478.
17. Панов В.И. Гидрологические ресурсы противоэрозионного лесоаграрного ландшафта в степном поясе Евразии, созданного по природоподобной ландшафтной методологии // Современная экология: образование, наука, практика: Материалы междунар. науч.-практ. конф. (г. Воронеж, 4-6 октября 2017 г.). Воронеж, 2017. Т. 1. С. 311-320.
18. Панфилов Я.Д. Полезащитные лесные полосы на водораздельных плато степной зоны Поволжья // Полезащитные лесные полосы: сборник статей ВНИАЛМИ. М.: Изд-во ВАСХНИЛ, 1977. Вып. 8. С. 3-64.
19. Никитин П.Д. Выращивание полезащитных лесных полос. М.: Колос, 1972. С. 102.
20. Смалько П.А. Ветрозащитная особенность лесных полос различных конструкций. Киев: Сельхозиздат УССР, 1963. 192 с.
21. Мишон В.М. Снежные ресурсы и местный сток: закономерности формирования и методы расчёта. Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1988. 192 с.
22. Кузнецов А.П. Мелиоративная и противоэрозионная роль агротехнических приёмов, защитных насаждений и балочных лесов на присетевых землях и гидрографической сети // Эрозия почв, защитное лесоразведение и урожай / Труды Поволжской АГЛОС. Вып. 8. Куйбышев: Куйб. кн. изд-во, 1975. С. 17-36.
