Повышение плодородия и продуктивности орошаемых земель лесными полосами в степной и сухостепной зонах Саратовского Правобережья и Заволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Повышение плодородия и продуктивности орошаемых земель лесными полосами в степной и сухостепной зонах Саратовского Правобережья и Заволжья

Специальность: 06.03.04 - Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Карпушкин Алексей Владимирович

Саратов 2006

Работа выполнена на кафедре «Лесомелиорация» Федерального государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Проездов Петр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Пронько Нина Анатольевна

кандидат сельскохозяйственных наук Жигалов Виктор Николаевич

Ведущая организация - Федеральное государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации»

Защита состоится « 7 » декабря 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 220.061.01 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» и на сайте www. sgau. int /.

Автореферат разослан « » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ф.К. Абдразаков

урожайность плодородие лесной полоса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Проблема охраны и рационального использования земель, подверженных деградации, является важнейшей в современном сельском хозяйстве. В России потери гумуса в результате деградации черноземных и каштановых почв за последние 20 лет в условиях естественного увлажнения и орошения составили 0,2-0,8%, или в удельном весе 8-13% от исходной величины.

В настоящее время происходит усиление деградации агроландшафтов в результате практически бесконтрольного и истощительского использования земель акционерными обществами, фермерами и другими хозяйственными формациями, стремящимися получать максимальную прибыль без адекватного вклада в поддержание и наращивание агроресурсного потенциала используемых земель (Кулик К.Н., Петров В.И., Кретинин В.М., 2005)

Продолжение идей и разработок системного подхода в борьбе с деградацией земель В.В. Докучаева (1953), Г.Н. Высоцкого (1952), А.Н. Костякова (1960), А.И. Кузника (1979), Е.С. Павловского (1994), В.И. Петрова (2005), К.Н. Кулика (2000, 2005), А.М. Степанова (1987), П.Н. Проездова (1999, 2006), Н.А. Пронько (1998, 2005) и др. составляет основу настоящей работы, определяет ее теоретическую и практическую значимость.

Цель работы - Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур за счет формирования конструкций лесных полос и повышения плодородия орошаемых земель в степной и сухостепной зонах Саратовского Правобережья и Заволжья.

Задачи исследований:

1. Выявить закономерности изменения таксационных показателей лесных полос по мере их удаления от оросительного канала и под влиянием

орошения с установлением математических зависимостей.

2. Установить закономерности влияния лесных полос на морфологические, агрофизические и биохимические свойства темно-каштановой почвы и чернозема обыкновенного, находящихся под защитой лесных полос.

3. Определить закономерности изменения урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием лесных полос и дать математическое описание.

4. Установить структуру водопотребления культур севооборота в условиях орошения и естественного увлажнения под воздействием лесных насаждений с построением поверхностей откликов.

5. Установить закономерности многолетнего воздействия лесных и оросительных мелиораций на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур.

Объекты исследований - староорошаемые и богарные темно-каштановая почва и чернозем обыкновенный под защитой лесных насаждений в Саратовском Заволжье и Низкой Донской равнине. Лесные насаждения в условиях орошения и естественного увлажнения.

Методика исследований. При изучении программных вопросов использовались методики исследований ВНИАЛМИ (1973, 1985), НИИСХ Юго-востока (1973), ВАСХНИЛ (1989, 1991), ВНИИЗиЗПЭ (2000) и др. Насаждения изучались общепринятыми методами таксации (Огиевский В. В., Хиров А. А. 1964, Анучин Н.П., 1986) с применением программы Life (Кабанов С.В., 2004). Агрофизические и биохимические свойства почв определяли согласно методикам (Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986; Качинский Н.А., 1970, Роде А.А., 1960, 1965; Аринушкина Е.В.,1970). Урожайность сельскохозяйственных культур определяли по методике Б.А. Доспехова (1985) и НИИСХ Юго-востока (1973), влагозапасы в почве определяли термостатно-весовым методом А.А. Роде (1960), водопотребление культур по методике А.Н. Костякова (1960) и Б. А. Шумакова (1999). Энергетическую оценку проводили по методике ВНИИЗиЗПЭ (Володин В. М., 1999). Математическая обработка данных проводилась методами регрессионного, корреляционного и дисперсионного анализов по методике Б.А. Доспехова (1985) и согласно программе STATISTIKA 6.0 и процессора электронных таблиц Microsoft Excel XP.

Научная новизна.

Впервые выявлены особенности роста древесных пород в лесных полосах под влиянием расположения оросительного канала и орошения с математическим описанием закономерности. Изучено влияние лесных полос на снего -, влагораспределение, морфологические, агрофизические и биохимические свойства орошаемых и неорошаемых темно-каштановых почв и чернозема обыкновенного с построением регрессионных зависимостей. Установлены зависимости влияния лесных насаждений на урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур на орошении и в условиях с естественным увлажнением по мере удаления от лесных полос. Выявлено многолетнее воздействие лесных полос на микроклиматические показатели (температуру и влажность воздуха, испаряемость и др.), урожайность и водопотребление культур с построением поверхностей откликов и установлением тесноты связей изучаемых признаков.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Характер динамики таксационных показателей лесных полос под влиянием оросительного канала и орошения.

2. Зависимости влияния лесных полос на морфологические, агрофизические и биохимические свойства темно - каштановой почвы и чернозема обыкновенного, снего - и влагораспределение, урожайность и структуру водопотребления культур севооборота.

3. Многолетнее воздействие лесных полос на экологические факторы среды (температуру и относительную влажность воздуха, испаряемость, влажность почвы и др.), урожайность и структуру водопотребления культур севооборота.

4. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственной продукции под защитой лесных насаждений.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Полученные данные роста лесных насаждений с формированием оптимальных конструкций полос в условиях орошения и естественного увлажнения, ассортимент древесных пород могут быть использованы для разработки проектов противоэрозионных мелиораций.

Результаты исследований согласно проекту лесных мелиораций внедряются Балашовским лесхозом в колхозе им. Ленина на 9 тыс. га, в том числе 700 га орошаемых земель. Средняя прибавка урожайности по зерновым в мелиоративной зоне (1-20Н) составила 0,41 т/га и оценивается 1312 руб/га, по техническим культурам 0,38 т/га, или 928 руб/га.

Внедрение результатов исследований в ОПХ ВолжНИИГиМ способствуют повышению урожайности зерновых культур на 0,9 т/га, что составляет 1772 руб/га.

Материалы исследования используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам «Лесомелиорация ландшафтов», «Основы сельскохозяйственных пользований» и др.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (2004-2006 гг.); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (Волгоград, 2004); Всероссийской научно-практической конференции (Воронеж, 2004); Международной научно - практической конференции, посвященной 125 - летию со дня рождения Н.И. Суса (Волгорад-Саратов, 2005).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в том числе одна - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобразования РФ. Общий объем публикаций составляет 1,54 п. л., из них лично соискателя - 1,06 п. л.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 170 страницах, состоит из введения, 7 глав, общих выводов и предложений производству, имеет 19 таблиц, 137 рисунков, 122 приложения. Список литературы включает в себя 194 наименований, в том числе 12 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «Ведении» обоснована актуальность выполненной работы, приведены цель работы; задачи, объекты и методика исследования; научная новизна; научные положения, выносимые на защиту; практическая ценность работы и реализация результатов исследования; апробация работы и структура диссертации.

В первой главе «Аналитический обзор» дан анализ современному состоянию исследуемого вопроса. По результатам анализа исследований Н.И. Суса (1949), В.В. Докучаева (1953), Г.Н. Высоцкого(1952), А.Н. Костякова (1960), А.И. Кузника (1962, 1979), Е.С. Павловского (1994), В.И. Петрова (2005), К.Н. Кулика (2000, 2005), А.И. Шабаева (2004), А.М Степанова (1985), П.Н. Проездова (2000, 2006) , Н.А. Пронько (2000, 2005), Ю.В. Бондаренко (2004), А.И. Разаренова (2005), и др. обоснована необходимость борьбы с засухой, восстановления и повышения плодородия земель, увеличения урожайности культур севооборота.

Во второй главе «Объекты, условия и методика проведения исследований» описаны климатические условия районов проведения исследований и методика их проведения.

Исследования проводились в 2004-2006 гг. на территории ОПХ ВолжНИИГиМ Энгельсского района Саратовской области и в колхозе им. Ленина Балашовского района Саратовской области. Климат засушливо-континентальный.

Суммы температур свыше 10є составляют 2500-3000є С. Норма осадков колеблется от 322 мм (метеостанция Энгельс) до 450 мм (метеостанции Балашов и НИИСХ Юго-Востока).

Содержание гумуса в пахотном слое эродированных обыкновенных черноземов - 4,5-5,5%, темно-каштановых почв - 2,5-4,2%. Обеспеченность доступными для растений соединениями азота у почв низкая и средняя, калием - средняя и высокая. Реакция почвенного раствора (рН_водн) - нейтральная с подкислением в лесных полосах до 6,4. Среди поглощенных оснований преобладает кальций. В гранулометрическом составе удельный вес илистых частиц составляет от 24 до 41%. Почвы и грунты зоны аэрации в условиях орошения и под лесополосами промыты.

Опыты 1, 2, 3, 4 с темно-каштановыми почвами расположены на территории ОПХ ВолжНИИГиМ (рис. 1). Опыт 1 контроль - неорошаемое поле без защиты лесных полос. Опыт 2 - неорошаемое поле под влиянием лесополосы плотной конструкции, возрастом 45 лет, шириной 27 м (ПП4). Тип посадки - древесно-теневой. Главная порода - вяз приземистый (Ulmus pumila), сопутствующая ясень зеленый (Fraxinus lanceolata).

Опыт 3 - орошаемое поле без влияния лесных полос.

Опыт 4 - орошаемое поле под влиянием лесной полосы плотной конструкции, возрастом 45 лет, шириной 18 м (ПП1). Тип посадки - древесно-теневой. Породы те же, что и в опыте 2.

Опыт 5 - расположен на территории колхоза им. Ленина (рис. 1). Почва - орошаемый чернозем обыкновенный под влиянием лесной полосы плотной конструкции. Главные породы - береза повислая (Betula pendula), дуб черешчатый (Quercus robur), сопутствующая - клен остролистный (Acer platanoides), вяз приземистый, яблоня лесная (Malus silvestris ). Возраст лесных полос - 47 лет, ширина - 18 м.



Почвенные разрезы, взятия проб урожая и сопутствующих наблюдений на полях, защищенных лесными полосами различной конструкции, закладывались в насаждениях, на расстоянии 1Н, 3Н, 10Н и 20Н (контроль) от них и 1Н, 3Н, 10Н, 20Н, 25Н и 35Н (контроль) (Н-высота лесной полосы).

В третьей главе «Исследования таксационных показателей в лесных насаждениях» представлены результаты изучения динамики таксационных показателей лесных полос, находящихся на различном расстоянии от канала, под влиянием орошения и без поливов с проведением дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализа.

Таблица 1

Таксационные показатели лесных полос ОПХ ВолжНИИГиМ

№ ПП	Расположение относительно канала, м.	Возраст, лет	Порода	Средние	Бонитет	Сохран-ность общая, %	Показатель напряжен-ности роста	Запас общий, м3/га
				диаметр, см	высота, м
1	50	45	Вяз п. Ясень	35,0 17,3	20,0 15,8	I I	51	0,21 -	563
2	150	45	Вяз п. Ясень	21,8 12,6	17,0 13,3	II II	36	0,45 -	233
3	750	45	Вяз п. Ясень	16,7 15,0	12,6 12,5	II II	18	0,58 -	72
4	1300	45	Вяз п. Ясень	13,7 14,6	9,5 11,4	III III	14	0,64 -	29

Стабильное увеличение средних диаметров и высот, а также запасов стволовой древесины вяза приземистого и ясеня зеленого наблюдается по мере приближения лесных полос к магистральному каналу (табл. 1). Средние диаметр и высота вяза в 50 м от канала превышали соответствующие таксационные показатели, удаленных на различное расстояние от канала пробных площадей, на 28-53 %. По ясеню превышение среднего диаметра составляло 20 %. Сохранность насаждений увеличилась на 12-31 % в зависимости от расстояния до канала. Общий запас насаждений повысился в 1,8-13 раз, а бонитет увеличивается - с III до I класса. Все эти показатели свидетельствуют о лучших лесорастительных условиях на пробной площади № 1 и об их ухудшении по мере удаления от магистрального канала ( П.П. № 2- 4 ). Показатель напряженности роста вяза по мере удаления от канала увеличивается с 0,21 (ПП1) до 0,64 (ПП4), или на 114-204% (см. табл. 1).

Инфильтрация воды через дно и стенки магистрального канала создают дополнительные запасы влаги в почве с формированием верховодки, доступной для корневой системы древесных пород. Зона с дополнительным увлажнением в почве может доходить до 0,5-1,5 км в обе стороны от канала в зависимости от размера канала и возраста оросительной системы (Кузник И.А., 1979). Лесные полосы, расположенные в зоне дополнительного увлажнения, имеют лучшие условия для роста и развития и соответственно лучшие таксационные показатели, что подтверждается данными (табл. 1, рис. 2).

Зависимости изменения высоты, диаметров и сохранности лесных полос (рис. 2) по мере удаления от канала имеют высокие коэффициенты детерминации, равными 0,67-0,99, что указывает на тесную связь между изучаемыми признаками.

Исследованиями установлено, что лесная полоса, произрастающая по границе орошаемого поля по сравнению с неорошаемым (колхоз им. Ленина - опыт 5), имеет лучшие показатели по высоте и диаметру, что подтверждено статистически. Разница по высоте главных пород березы составила 1 м, дуба - 1,6 м при НСР₀₅= 0,8 и 1,23 м соответственно. За 47 лет сохранность насаждения в условиях орошения снизилась на 59%, а в условиях с естественным увлажнением - на 72%, что в 1,5 раза выше.

Ход роста лесных культур дуба черешчатого и сосны обыкновенной в высоту описывается регрессионной зависимостью Митчерлиха (1) и (2) соответственно с коэффициентом детерминации равным 0,99.

Н_м=45,24[1-exp(-0,010759)А]^1,20589

Н_м=49,5645[1-exp(-0,009704)А]^0,920694

где, Н_м - высота, м.; А - возраст, лет.

В четвертой главе «Влияние лесных насаждений на морфологические, агрофизические и биохимические свойства почв» представлены результаты изучения особенностей динамики вышеуказанных свойств темно-каштановых почв и чернозема обыкновенного в орошаемых и богарных условиях под влиянием лесных насаждений (табл. 2).

Для мелиорации почв существенное значение имеют величины и соотношения массы листового опада и корневого отпада, их химизм и вынос листьев на поля. Важную роль в почвообразовании отводится листовому опаду. В сухостепной зоне в 15-30 летних полосах масса опада листвы составляет до 5 т/га, а ветром выносится 10-50% листьев на поля в зависимости от конструкции полос и условий листопада (В.М. Кретинин, 1990). Вяз, ясень, кустарники с поверхностной корневой системой энергично улучшают верхние горизонты почвы.

Мощность почвенных генетических горизонтов в лесных полосах и на различном расстоянии от них (1Н, 3Н, 10Н, 20Н) стабильно увеличивается по мере приближения к лесонасаждениям.

Таблица 2

Состояние темно-каштановой почвы под влиянием лесных и оросительных мелиораций (опыт 4 - орошение в системе лесных полос)

Показатель	Фактические параметры состояния почвы
	ЛП	1Н	3Н	10Н	20Н
Мощность гумусового горизонта А+В, см	101	100	98	94	94
Запасы гумуса А+В, (т/га)/(ТДж/га)	421,1 9,7	364,2 8,4	328,5 7,6	305,9 7,0	306,0 7,0
Содержание в А/В горизонтах фракций <0,001 мм, %	37,00 38,27	35,52 44,18	37,35 41,33	37,46 37,00	39,35 38,64
Содержание в А/В горизонтах фракций <0,01 мм, %	50,06 50,39	49,84 49,74	49,11 48,65	46,30 45,23	47,75 47,00
Содержание агрегатов (0,25-10 мм) в горизонте А/В	64,34 63,71	52,32 52,73	49,03 54,61	51,67 46,73	43,38 30,18
Содержание водопрочных агрегатов (0,25-10 мм) в горизонте А/В	37,77 28,49	29,04 28,18	26,06 23,88	23,31 24,00	21,20 20,16
Критерий водопрочности в горизонте А	0,58	0,56	0,53	0,45	0,48
Плотность сложения почвы в А/В горизонтах, г/см3	1,11 1,21	1,23 1,35	1,22 1,34	1,26 1,36	1,28 1,39
Порозность почвы в А/В горизонтах, %	55,6 52,7	52,9 48,1	52,9 48,9	51,7 47,5	51,3 46,5

В лесных полосах увеличение мощности горизонта А происходит за счет накопления и разложения лесной подстилки толщиной 0,7-1,5 см, а также в результате перемещения в нижележащие горизонты гумусовых кислот нисходящими токами воды от снеготаяния и орошения.

На расстоянии 1Н и 3Н горизонт А+В увеличивается за счет выноса листьев с лесных полос, накопления органики более мощной корневой системой сельскохозяйственных культур и переотложения смытой почвы. Мощность почвенных горизонтов вне системы лесных полос и орошения остается постоянной, но стабильно меньше, чем в опытах с лесными мелиорациями.

У=0,0122х²-0,4041х+65,113 зависимость для горизонтов А

У=0,0161х²-0,4777х+35,122 зависимость для горизонтов В

Математические модели динамики мощности почвенных горизонтов выражаются полиноминальными уравнениями второго порядка в пределах расстояний от лесной полосы (0-20Н) с коэффициентами детерминации для горизонтов А и В - 0,72 - 0,94.

Агрофизические свойства темно-каштановых почв под влиянием лесных полос и орошения также претерпевают значительные изменения.

Гранулометрический анализ почвенных образцов показал, что содержание физической глины тяжелосуглинистых почв в горизонте А увеличивается с приближением к лесополосе, а ила уменьшается вследствие перемещения его в горизонт В. Максимальное содержание частиц < 1мкм оказалось на расстоянии от полосы 1Н и 3Н, что на 14 и 7% выше, чем на 20Н.

Данные о структурном составе почв в системе лесных и оросительных мелиораций (рис. 3) показывают увеличение агрономически ценных (10-0,25 мм) и особо ценных (1-5 мм) агрегатов. Увеличение ценных агрегатов произошло за счет разрушения глыбистых (> 10 мм) и частичного «склеивания» илистых частиц в результате увеличения содержания органического вещества в почве: опада (до 5 т/га), выноса листвы (до 2 т/га) и отпада корневой системы древесно-кустарниковых и сельскохозяйственных растений.

Критерий водопрочности почвенных агрегатов (П.Н. Проездов, 1999), отражающего отношение агрономически ценных частиц при мокром и сухом фракционировании почв, повышается от центра поля к лесной полосе с увеличением этого параметра при орошении.

Y = -1,048x + 63,39; R² = 0,9759

модель содержания агрономически ценных частиц в горизонте А.

Y = -1,676x + 65,18; R² = 0,9774

модель содержания агрономически ценных частиц в горизонте В.

Y=0,012x² - 0,4304x + 5,3029; R²=0,98

модель распределение водопрочных агрономически ценных агрегатов размером 1-5 мм в А горизонтах.

Y=0,0157x²-0,5908x + 6,9389; R² =0,99

модель распределение водопрочных агрономически ценных агрегатов размером 1-5 мм в В горизонтах.

Математические модели содержания агрономически ценных и водопрочных агрегатов под влиянием лесных полос выражаются полиноминальными уравнениями в пределах расстояний от полосы (0-20Н) с коэффициентами детерминации 0,98-0,99.

Биохимические свойства темно-каштановых почв в условиях лесооросительных мелиораций имеют положительную динамику. Содержание гумуса в лесной полосе увеличилось в абсолютных величинах на 0,5% по сравнению с контролем (20Н от лесной полосы). На расстоянии 3Н (60 м) увеличение гумуса составило 0,2% по отношению к контролю, 10Н - менее 0,1%. Прибавка гумуса в слое 0,5 м темно-каштановой почвы 40-летнего лесоаграрного ландшафта в зоне 0-20Н составила 60 кг/га в год на 1% лесистости. Математические модели содержания гумуса в почве выражаются полиноминальными уравнениями второго порядка в пределах 0-20Н от полосы с коэффициентом детерминации 0,80.

В опытах 2 и 5 тенденции изменения приведенных свойств почв сохраняются.

Пятая глава содержит «Влияние лесных насаждений на снегоотложение, влагозапасы в почве, урожайность и водопотребление культур севооборота» В мелиоративной зоне 0,25-25Н под защитой плотной лесной полосы запас воды в снеге составил 92,4 мм, ажурная конструкция способствовала увеличению данного показателя до 110,6 мм, что на 18 мм или 20% выше. Продуваемая конструкция лесной полосы увеличила этот показатель на 2 мм или 2%. На контроле максимальный запас воды в снеге в зоне продуваемой лесной полосы составил 77,7 мм, в зоне ажурной и плотной лесополосы содержание воды снизилось на 2,3 и 29 % и стало составлять соответственно 75,4 и 49,2 мм. На данном расстоянии еще сказывается влияние у лесополосы, продуваемой и ажурной конструкции (рис. 4).

Анализируя опыт по выявлению оптимальной конструкции, пришли к выводу, что ажурная лесополоса в большей степени отвечает поставленной цели - распределять снег в межполосном пространстве, так как в зоне 5 - 500 м запас воды в снеге составляет 1106 м³/га, плотная полоса накопила 924 м³/га, а продуваемая 944 м³/га. Наличие кустарника с наветренной стороны лесной полосы ажурной конструкции определяет почвозащитные функции на орошаемых землях. Построенные зависимости изменения содержания воды в снеге по мере удаления от лесополосы различной конструкции (рис. 4) описываются уравнениями логарифмического и полиноминального вида:

У = -62,918Lnx+179,42; R² = 0,94

зависимость содержания воды в снеге под воздействием плотной лесной полосы,

У=-1,05x²+1,3807x+128,0; R² =0,91- ажурной и

У = -1,8321x²+17,266x+59,14; R² = 0,93 - продуваемой.

Опыт по изучению влияния лесных насаждений на содержание почвенной влаги в течение вегетации сельскохозяйственных культур показал, что на момент посева влагозапасы в почве отражают закономерности снегоотложений (рис. 4). Снижение влагозапасов в почве происходит от лесополосы к центру поля. Лесная полоса в годы исследований накапливала влаги в 1 м слое 2541-2505 м³/га, что составляет 87,9 %НВ, и превышает соответствующий показатель на контроле на 540 м³/га, где влагозапасы составили 68,9% НВ.

В конце вегетации происходило иссушение почвы: в лесной полосе запасы влаги был ниже на 168-174 м³/га (9,4-16,7%), по сравнению с контролем (25Н). Объясняется это тем, что водопотребление древесных растений превышает соответствующий показатель сельскохозяйственной продукции (Степанов А.М 1987 г., Степанов А.М. Смертин Е.М. 1983 г.). На контроле в конце вегетации культур севооборота запасы влаги в 1 м составляли 1718- 1870 м³/га, что на 2,4-6,2% ниже, чем в мелиоративной зоне 1-20Н. Дополнительное поступление влаги в весенний период за счет снегоотложений, улучшения микроклимата лесополосами за период вегетации в мелиоративной зоне (1-20Н) способствуют формированию более высокой урожайности сельскохозяйственных культур (табл. 3., рис. 5).

Таблица 3

Влияние лесных насаждений плотной конструкции на урожайность культур севооборота в условиях орошения и естественного увлажнения

Расстояние от лесополосы, Н	Урожайность, т/га
	опыт 4	опыт 2
	сорго	вика-овес	ячмень	ячмень	ячмень
1Н	8,90	18,17	4,10	1,55	1,76
3Н	9,06	18,49	4,30	1,59	2,05
10Н	9,13	16,00	3,80	1,48	1,59
20Н	8,47	12,15	2,70	1,33	1,37
(1-20Н)	8,89	16,2	3,73	1,49	1,69
контроль 25Н	8,12	12,12	2,54	1,28	1,28
НСР05	0,51	1,69	0,60	0,11	0,22



Установлено положительное влияние лесных насаждений плотной конструкции на урожайность сельскохозяйственных культур (табл. 3, рис. 5) в мелиоративной зоне 1 - 20Н. Достоверные прибавки урожайности формируются на расстояниях 1-3-10Н. Лесополоса ажурной конструкции (опыт 4) способствовала формированию достоверной прибавки урожайности на расстояниях 1-20Н. В среднем прибавки урожайности в зоне 1-20Н составляют в системе лесных мелиораций (опыт 4) по соргосуданковому гибриду и вика-овсу 9,5-4%, а по ячменю 26-46% в зависимости от конструкции лесополосы.

В опыте 2 прибавки по ячменю в мелиоративной зоне 1-20Н по отношению к контролю составляют 16-32%, или 0,21-0,41 т/га (табл. 3).

Для определения лучшей конструкции, сравним показатели урожайности на изучаемых высотах, но в зоне влияния лесополосы различной конструкции (рис. 5). В зоне (1-25Н) плотной лесополосы урожайность составила 3,5 т/га, а продуваемой и ажурной 3,6 и 3,7 т/га, что на 2,9 и 5,7% или 0,1 и 0,2 т/га выше. В Саратовском сухостепном Заволжье лесополоса ажурной конструкции в большей степени способствует формированию повышенной урожайности в мелиоративной зоне, по сравнению с плотной и продуваемой.

Регрессионные зависимости урожайности под воздействием лесных насаждений описывается производной функцией Хоссвельда имеющей вид

У=Х(b₁Х+2b₀)/(b₀+b₁Х+b₂Х²)²,

где У - урожайность, т/га; Х - расстояние от лесополосы, Н.

Исследования суммарного водопотребления культурных растений в мелиоративной зоне лесных полос по сравнению с контролем (опыт 4) показали, что в защитной зоне 1-20Н, доля участия влаги, поступаемой с осадками и при орошении, в формировании урожая снизилось на 3,5%, а количество используемой влаги растением из почвы повысилось на 66,5% (рис. 6). Данная закономерность прослеживается и в остальных опытах.

Экономия оросительной воды лесными полосами составила при выращивании: соргосуданкового гибрида 42 м3/га, вика-овса 138 м3/га, ячменя 228 м3/га.

Коэффициент водопотребления и затраты оросительной воды на единицу продукции в мелиоративной зоне лесных полос по всем вариантам опыта ниже, чем на контроле (25Н) на 5,3% - 23,2% с тенденцией большего снижения в сухие годы.

В шестой главе «Многолетнее воздействие лесооросительных мелиораций на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур севооборота» приведены результаты многолетних исследований, полученных кафедрой «Лесомелиорации» ФГОУ ВПО «СГАУ» и ФГНУ «ВолжНИИГиМ» (1984-2006 гг.) влияния лесных полос на экологические факторы среды и урожайность кукурузы на силос, которые позволили провести регрессионный и корреляционный анализ с построением поверхностей откликов и установлением уравнений. Коэффициенты детерминации, равные 0,64-0,90, указывают на тесную связь между изучаемыми признаками: урожайностью, температурой и влажностью воздуха, почвы и увлажнения года.

В системе лесных полос и орошения с усилением сухости года в структуре суммарного водопотребления кукурузы уменьшается доля осадков с 49 до 12% и почвенной влаги с 35 до 18%, а доля оросительной воды возрастает с 15 до 69%. Лесные полосы уменьшают коэффициент водопотребления до 0,8 м³/т, экономия оросительной воды составляет до 22,8 м³/га (рис. 7).

В седьмой главе «Экономико-энергетическая оценка агролесомелиорации» приведены результаты энергетической и экономической эффективности выращивания сельскохозяйственной продукции в системе лесных и лесооросительных мелиораций.

Лесные насаждения в мелиоративной зоне способствуют снижению энергетических затрат на 1 т урожая на 8 - 25% и увеличению обменной энергии урожая на 1м³ оросительной воды на 9,8 - 33,4%. Энергетическая эффективность выращивания сельскохозяйственных культур возрастает по мере приближения к лесным насаждениям.

Прибавка урожайности культур севооборота в мелиоративной зоне влияния лесонасаждений (1-20Н) оценивается от 341 до 1772 руб/га. Уровень рентабельности выращивания продукции под защитой лесных полос возрастает на 4-14%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлена динамика таксационных показателей древесных пород лесных полос под влиянием оросительного канала и орошения с увеличением до одного класса бонитета, которая описывается зависимостями, имеющими вид: У = 35,283-8,1473lgх (R²=0,71), D = 81,7+0,035x -0,0000013x²- 29,438lgx (R²=0,67), V=1410,48+0,20x-524,4lgx (R²=0,97). Установлено увеличение высоты древесных пород, находящихся под влиянием оросительного канала и орошения, что позволяет повысить мелиоративное влияние лесных насаждений и расширить ассортимент древесно-кустарниковой растительности в сухостепной зоне.

2. Под влиянием лесных насаждений в зоне орошаемых и богарных темно-каштановых почв происходит увеличение гумусового горизонта на расстоянии от лесополосы до 10Н на 6,2-15,6%. В зоне черноземов разница по сравнению с контролем составила 2-29%. Увеличение количества агрономически ценных частиц в горизонте А системы лесных и оросительных мелиораций в зоне 1-10Н составило 4,55% по сравнению с контролем, а водопрочных - 0,7%. Уменьшается плотность сложения и увеличивается порозность на 3,9% в зоне 1-10Н и на 9,8% в лесной полосе. Увеличиваются запасы энергии в гумусе в горизонтах А+В с 7,0 ТДж/га на контроле до 7,6 в зоне 1-10Н и 9,7 ТДж/га в лесной полосе, или на 8,6-38,6% соответственно.

3. Лесные полосы оказывают положительное влияние на снегораспределение в зоне до 20Н для плотных и до 30Н для ажурных лесополос. В среднем за годы исследований прибавка запасов воды в снеге составила 27% (427 м³/га). Накопление почвенной влаги в 1 м слое почвы в зоне 1-20Н лесных полос выше контроля на 5,6-6,3%.

4. Урожайность сельскохозяйственных культур в мелиоративной зоне влияния лесополос (1-20Н) возрастает по сравнению с контролем на 24-29% с математическим описанием зависимости производной функции Хоссвельда и коэффициентами детерминации 0,57-0,94. С усилением сухости года в структуре водопотребления культур доля участия почвенной влаги возрастает на 3,4%.

5. Многолетнее воздействие лесных полос на экологические факторы среды в условиях орошения позволяют снизить в жаркое время для поливов с 11 до 16 ч дня температуру воздуха на 0,5-1,1⁰ с повышением его влажности на 4-10%; снизить оросительную норму, коэффициент водопотребления и затраты оросительной воды до 10%. Экономия оросительной воды лесными полосами достигает 228 м³/га.

6. Защитные лесные насаждения способствуют повышению энергетической эффективности выращивания сельскохозяйственной продукции в мелиоративной зоне (1-20Н) на 24,0 - 28,5%.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В существующих плотных лесных полосах сформировать более эффективные конструкции: на черноземах - продуваемую, на темно-каштановых - ажурную.

2. Увеличить расстояния между основными лесными полосами на темно-каштановых почвах и черноземах обыкновенных, находящихся под влиянием оросительно-обводнительных систем, до 50-60 м, что составляет 400-550 м по сравнению с рекомендуемыми - 350-500 м.

3. Существенную зону мелиоративного влияния для плотных лесных полос принимать: на почвообразовательный процесс - 10Н; на поддержание микроклимата, влагораспределение и урожайность - до 20Н; для ажурных - соответственно: 10Н и 30Н; для продуваемых - соответственно 10Н и 35Н.

4. Не проводить первый полив сельскохозяйственных культур вблизи лесных полос (1Н) позиционными дождевальными машинами («Днепр» и «Волжанка») по причине экономии оросительной воды насаждениями до 500 м³/га в острозасушливые и сухие годы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Карпушкин, А. В. Динамика таксационных показателей защитных лесонасаждений при различном удалении от магистрального канала оросительной системы / Д. А. Маштаков, А. В. Карпушкин // Сб. матер. науч. -практ. конф. аспирантов и молодых ученых / -Волгоград «ВНИАЛМИ», 2004. - С. 40-43 ( 0,19 печ. л., авторские - 0,1 печ. л.).

2. Карпушкин, А. В. Влияние лесных культур сосны обыкновенной на структуру урожайности подсолнечника в степи Низкой Донской равнины / Д. А. Маштаков, А. В. Карпушкин // Вавиловские чтения - 2004: материалы конференции, посвященной 117-й годовщине со дня рождения Н.И. Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2004. - С. 63-65 ( 0,18 печ. л., авторские - 0,1 печ. л.).

3. Карпушкин, А. В. Изменение энергопотенциала почвы под влиянием лесооросительных мелиораций в Саратовском Заволжье /А. В. Карпушкин // Вавиловские чтения - 2005: материалы конференции, посвященной 118-й годовщине со дня рождения Н.И. Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. - С. 74-77 ( 0,25 печ. л., авторские - 0,25 печ. л.).

4. Карпушкин, А. В. Биоэнергетическая основа изменения урожайности подсолнечника под влиянием лесных культур / Д. А. Маштаков, А. В. Карпушкин, Н.А.Ерофеева // Сб. науч. раб. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. - Вып. 1. - С. 59-62 ( 0,23 печ. л., авторские 0,15 печ. л.).

5. Карпушкин, А. В. Изменение запасов гумуса в темно-каштановых почвах под влиянием лесных полос и орошения на Энгельсской оросительной системе / А. В. Карпушкин // Теория и практика агролесомелиорации: материалы международной науч.-практ. конф., посвящнной 125 - летию со дня рождения Н.И. Суса / ВНИАЛМИ.- Волгоград, 2005. - С. 71-73 ( 0,22 печ. л., авторские - 0,22 печ. л.).

6. Карпушкин, А. В. Взаимовлияние лесных полос и орошения в условиях темно - каштановых почв Заволжья и обыкновенных черноземов Низкой - Донской равнины / Д. А. Маштаков, А. В. Карпушкин, С.И. Сысоев // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель / Воронеж, 2005. - С. 30-35. (0,33 печ. л., авторские 0,2 печ. л.).

7. Карпушкин, А. В. Воздействие системы лесооросительных мелиораций на экологические факторы среды и водопотребление культур в степных агроландшафтах Поволжья / П.Н. Проездов, Д.А Маштаков, В.Г. Попов, А.В. Карпушкин, // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2005.- № 6. - С. 12-15. (0,24 печ. л., авторские 0,06 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru

...