Размещено на http://www.allbest.ru/

Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Линков Сергей Александрович

РАМОНЬ 2013

Работа выполнена на кафедре земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина» в 2004-2007 гг.

Научный руководитель: Котлярова Екатерина Геннадьевна доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА им. В.Я. Горина» профессор кафедры земледелия и агрохимии

Официальные оппоненты:

Боронтов Олег Константинович доктор сельскохозяйственных наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» Россельхозакадемии, лаборатория агротехники и севооборотов, заведующий лабораторией

Чернявских Владимир Иванович доктор сельскохозяйственных наук, Ботанический сад НИУ «БелГУ», старший научный сотрудник

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии» Россельхозакадемии

Защита состоится « 13 » декабря 2013 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» РАСХН по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26;

E-mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИСС.

Автореферат разослан и размещен на сайте gnuvniiss.narod.ru

«06» ноября 2013 г., на сайте ВАК Минобрнауки РФ vak2.ed.gov.ru

«06» ноября 2013 г.

Ученый секретарь Стогниенко

диссертационного совета, Ольга Ивановна

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время почвенный покров, да и биосфера в целом, находится под влиянием мощного антропогенного воздействия, в связи с чем почвы теряют плодородие значительными темпами. Одной из главных причин деградации земель является интенсивное развитие эрозионных процессов, особенно в условиях сложного склонового рельефа.

Современное состояние агроландшафтов и, в особенности, почвенного покрова, вызывает необходимость глубокого освоения ландшафтных систем земледелия. Масштаб проблемы требует повышения эффективности использования средств. Одними только противоэрозионными агротехническими мероприятиями, как считают некоторые исследователи, эту проблему вряд ли удастся решить. Необходим весь комплекс почвозащитных мероприятий, особое место в котором занимает система защитных насаждений, выполняющих не только мелиоративные, но и организационные функции в агроландшафтах.

Оценить эколого-экономическую эффективность лесных полос позволяет созданный под руководством академика РАСХН О.Г. Котляровой научно-производственный объект в Красногвардейском районе Белгородской области, где на территории более 130 тыс. га создана завершенная система защитных лесных насаждений.

Цель исследований - оценить влияние системы защитных лесных насаждений на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов хозяйств Красногвардейского района Белгородской области.

Основные задачи исследований:

1. Определить эффективность систем защитных лесных насаждений, как элемента ландшафтных систем земледелия, в условиях склонового эрозионно-опасного рельефа.

2. Оценить влияние лесных полос на элементы водного режима склоновых земель. почва водный земля агроландшафт

3. Изучить влияние системы защитных лесонасаждений на агрохимические показатели плодородия почв.

4. Оценить влияние системы лесных полос на урожайность и качество продукции, биологическую емкость и продуктивность агроландшафтов.

5. Изучить влияние экологического каркаса ландшафтных систем земледелия на развитие и распространение живых систем.

6. Определить экономическую эффективность почвозащитного комплекса преобразованных агроландшафтов.

Научная новизна работы. Впервые в Центрально-Черноземном регионе России доказана перспективность использования системы лесных насаждений для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранения плодородия почв, расширения биологического разнообразия, равномерного распределения осадков в условиях сложного эрозионно-опасного рельефа. Выявлены закономерности влияния систем лесных полос на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов в целом.

Установлено, что в системе лесных полос приостанавливается процесс подщелачивания черноземов карбонатных и происходит повышение в них содержания органического вещества.

Практическая значимость работы. Определение эффективности систем лесных полос, как экологического каркаса ландшафтных систем земледелия, в Красногвардейском районе, имевшем наиболее интенсивное проявление эрозионных процессов, позволит успешно использовать их в агроландшафтах других районов Белгородской области и Центрального Черноземья в целом. Было установлено влияние системы полезащитных лесных насаждений на сохранение влаги, восстановление плодородия, повышение устойчивости развития живых систем.

Полученные результаты имеют практическое значение для разработки и совершенствования программ по сохранению плодородия почв и повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Выполненная работа доказала высокую эффективность системы лесных полос, созданной в Красногвардейском районе Белгородской области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Создание системы лесных полос позволяет даже в сложных рельефных условиях на сильно эродированных почвах эффективно предотвращать развитие эрозионных процессов и восстанавливать плодородие почв.

2. Лесные полосы на склонах способствуют равномерному накоплению и распределению снега на прилегающих полях, сохранению влаги в почве.

3. Освоение системы лесных полос позволяет повысить продуктивность отдельных сельскохозяйственных культур и агроландшафтов в целом.

4. Лесные полосы являются фактором расширения видового разнообразия растительности и местообитаниями энтомофагов, контролирующих численность фитофагов на межполосном пространстве.

5. Создание системы защитных лесных насаждений экономически целесообразно в сложившихся условиях рыночной экономики.

Личный вклад автора. При выполнении диссертационной работы автор принимал активное участие в разработке методики исследований, в соответствии с которой провел полевые и лабораторные исследования, выполнил научный анализ полученных данных.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались соискателем и получили одобрения на научно-производственных конференциях различного уровня: Белгородская ГСХА (2004-2013); Великие Луки (2007); Курск (2008, 2010); на заседаниях кафедры земледелия и агрохимии, на заседаниях совета агрономического факультета Белгородской ГСХА (2004, 2005, 2006, 2008, 2010, 2012, 2013).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 4 - в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающего 338 источников, в том числе 12 иностранных. Работа содержит 31 таблицу, 4 рисунка и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы выполнен анализ отечественных и иностранных публикаций о влиянии системы лесных полос на различные компоненты агроландшафтов и, в особенности, на почвенный покров (Докучаев, 1948,1950; Заславский, 1987; Каштанов, 1988, 2008; Котлярова, 1995, 2006; Черкасов, 1999, 2001; Кузнецов, 2004; Кулик, Павловский, 2008 и др.).

Отмечено, что в связи с многогранной мелиоративной ролью лесных полос возникает необходимость в проведении исследований по комплексной эколого-экономической оценке системы защитных лесных насаждений в реальных условиях хозяйствования целого административного района. Проведение таких исследований возможно благодаря широкомасштабному освоению ландшафтных систем земледелия на всей территории Красногвардейского района Белгородской области - одного из самых эродированных в ЦЧР.

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2004-2007 гг. в Красногвардейском районе, где на всей площади водосборов (более 130 тыс. га) создана, начиная с 1981 года, завершенная система защитных лесных насаждений, включающая полезащитные, водорегулирующие, приовражно-балочные лесные полосы и сплошное облесение бросовых и нарушенных земель.

Изучение плодородия почв проводили на двух модельных объектах. Первый объект - полигон «Красногвардейский» (территория ОАО «Засосенская нива») охватывал водораздел, а также склоны южной и северной экспозиции крутизной от 1 до 8^о. Почва - чернозем остаточно-карбонатный различной степени смытости. На данном маршруте расположено 6 полей и 7 лесных полос, а также имеется участок склона с естественной растительностью. Здесь было заложено 42 реперных участка: по 3 на каждом межполосном пространстве (в центре и в 15 м от северной и южной границ полей) и в лесных полосах (на опушках и в центре). На данном полигоне, помимо показателей продуктивности агроценозов, проводилось изучение закономерностей распределения снега и влагонакопления, развития и распространения флоро- и энтомокомплексов в системе лесных полос.

На модельном объекте «Репный лог» (территория ООО «Элитное») были закреплены 8 реперных участков, из которых один был расположен в равнинных условиях на несмытых почвах (он был взят за контроль), а остальные на разных участках склона 1-4^о южной экспозиции. Почвенный покров представлен черноземами выщелоченным и типичными карбонатными различной степени смытости.

Агротехника возделывания на обоих объектах - общепринятая для зоны.

Для сравнительного анализа урожайности сельскохозяйственных культур трех районов юго-восточной части Белгородской области - Красногвардейского, с освоением ландшафтных систем земледелия на всей площади, а также Вейделевского и Валуйского, где ландшафтные системы осваивались только в отдельных хозяйствах, использовались данные ежегодных статистических сборников Департамента АПК Белгородской области (Форма 29).

В ходе исследований на обоих объектах все наблюдения, учеты и анализы проводились согласно общепринятым методикам. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом до глубины 100 см, через каждые 10 см перед уборкой урожая, а также до и после таяния снега в трехкратной повторности. Плотность почвы определяли методом режущего кольца до глубины 100 см через каждые 10 см (Доспехов, 1987).

Плодородие почв оценивали по следующим показателям: содержание гумуса - согласно ГОСТу 26213-91, легкогидролизуемый азот - по Корнфилду, подвижный фосфор и обменный калий - по Чирикову ГОСТ 26204-91 (в карбонатных почвах - по методу Мачигина), рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), сумма поглощенных оснований - по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88).

Учет биологической и хозяйственной продуктивности ландшафтов проводили на учетных площадках размером 1 м² в трехкратной повторности по каждому реперному участку. В растительных образцах определяли следующие показатели: азот (ГОСТ 13496.4-93), фосфор (ГОСТ Р. 51420-99), калий (ГОСТ 30504-97), белок (ГОСТ 50817-95).

Для изучения параметров водного режима определяли глубину промерзания почвы, высоту снежного покрова, плотность снега и запасы воды в снеге в зимний период; в весенний период - прибавку влаги в почве за счет таяния снега.

Видовое разнообразие растительности оценивали по стандартной методике геоботанического обследования, на площадках по 100 м². Учет численности и видового разнообразия энтомофауны проводили путем кошения стандартным энтомологическим сачком - по 10 взмахов (3 м²) в трехкратной повторности, с дальнейшим определением обнаруженных экземпляров (Палий, 1970).

Математическая обработка результатов исследований проводилась методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985), также для выполнения расчетов применялся редактор Microsoft Excel 2003.

Оценка экономической эффективности проводилась в соответствии с «Нормативами для определения экономической эффективности защиты почв от эрозии» (1985).

Погодные условия, сложившиеся в годы исследований, в целом были близки к типичным для восточных районов Белгородской области. Однако лето 2005 года было достаточно засушливым, а зима 2004-2005 года - теплой и малоснежной. В то время как зима 2005-2006 гг., напротив, была рекордно холодной и продолжительной, с очень мощным снежным покровом. Зима 2006-2007 гг. была типичной для нашей зоны. Таким образом, исследования охватили годы с различными погодными условиями.

3. ВЛИЯНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЗАПАСЫ ВЛАГИ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Распределение снега, сток талых вод и запасы влаги в почве под влиянием лесных полос. Исследования по изучению накопления и распределения зимних осадков в агроландшафтах с лесными полосами проводились на полигоне «Красногвардейский». Было установлено, что по запасам снега, влагонакоплению и показателям стока преимущество имеет северный склон. Высота снежного покрова на полях склона северной экспозиции в среднем была в 1,5 раза больше, запасы воды в снеге больше на 18-30%, коэффициент стока на склоне северной экспозиции составил 0,25, в то время как на склоне южной экспозиции - 0,45. Это вполне объяснимо в условиях нашей зоны, где южные и юго-восточные склоны являются ветроударными с экстремальными гидротермическими условиями. В лесных полосах коэффициент стока был несколько меньше, чем на полях - 0,25 против 0,34. Высота снежного покрова на склоне южной экспозиции в целом была в 1,5 раза меньше, по запасам воды в снеге на обоих склонах различия также заметные - на склоне северной экспозиции они больше на 18-30% (табл. 1).

Таблица 1

Накопление влаги в метровом слое почвы в период таяния снега (полигон «Красногвардейский», в среднем за 2004-2007 гг.)

Название угодья	Высота снежного покрова, см	Запас воды в снеге , мм	Прибавка влаги в почве после стока , мм	Сток и испарение , мм	Коэффициент стока
Лесные полосы на склоне южной экспозиции	30	105	69	36	0,34
Лесная полоса на водоразделе	29	102	78	24	0,24
Лесные полосы на склоне северной экспозиции	48	151	122	29	0,18
Поля на склоне южной экспозиции	28	99	54	45	0,45
Поле на водоразделе	28	92	62	30	0,32
Поля на склоне северной экспозиции*	40	120	90	30	0,25

* включая участок естественной растительности

В 15-ти-метровой зоне к северу от лесных полос высота снежного покрова в среднем за годы наблюдений составила 32 см, в то время как в центральных частях поля и в 15 м к югу от лесных полос она была одинаковой - 30 см. В условиях сложного рельефа лесные полосы способствовали снижению потерь влаги на сток, который составил на полях в среднем 35 мм, что лишь немногим больше аналогичного показателя в лесных полосах - 30 мм. В результате запасы влаги в почве полей полярных склонов после таяния снега выравнивались и составляли 249-276 мм (рис. 1).



Рис. 1 Запасы влаги в слое почвы 0-100 см до и после снеготаяния, полигон «Красногвардейский» (в среднем за 2004-2007 годы), мм

Таким образом, система полезащитных лесных полос оказывает значительное влияние на равномерное распределение и накопление в межполосном пространстве снега и сохранение влаги в почве.

Изменение содержания гумуса и кислотности почв под воздействием системы лесных полос. По мере создания системы лесных полос смыв почвы практически прекратился, что доказано исследованиями, проведенными на объекте «Репный лог» (СПК «им. Ленина», с 2004 г. - ООО «Элитное»), на котором сотрудниками кафедры земледелия и агрохимии Белгородской ГСХА под руководством О.Г. Котляровой в 1993 г. были закреплены реперные точки. Изучались черноземы выщелоченные, типичные и черноземы типичные карбонатные различной степени смытости, расположенные в разных частях склона южной экспозиции.

В 2004 году по тем же реперным участкам произведено повторное агрохимическое обследование. В среднем по реперным участкам за 11-летний период произошло увеличение содержание гумуса на 0,19 % в пахотном слое - с 4,39 в 1993 до 4,58 % в 2004 г.; в подпахотном - на 0,27% - с 3,89 до 4,16% соответственно (табл. 2).

Таблица 2

Изменение содержания гумуса и кислотности почвы в пахотном (0-20 см) и подпахотном (20-40 см) слоях на объекте «Репный лог»

Реперные участки	Содержание гумуса, %	рНсол
	1993 г.*	2004 г.	1993 г.*	2004 г.
	пахот-ный	подпахот-ный	пахот-ный	подпахот-ный	пахот-ный	подпахот-ный	пахот-ный	подпахот-ный
1	4,39	3,33	4,30	4,01	7,87	8,14	7,10	7,39
2	3,79	3,74	4,49	3,88	7,77	7,95	6,57	6,64
3	3,79	3,74	4,50	4,01	7,90	7,84	6,98	7,12
4	4,32	3,93	4,35	3,62	7,71	7,86	7,22	7,14
5	4,77	3,85	4,86	4,41	7,62	6,94	6,41	6,37
6	5,39	5,25	5,10	4,81	7,55	7,70	6,38	7,21
7	3,53	2,74	4,18	3,95	7,88	8,31	7,36	7,44
8	5,16	4,57	4,86	4,59	7,54	7,73	6,94	6,71
X	4,39	3,89	4,58	4,16	7,73	7,81	6,83	7,04
Sx	0,68	0,76	0,32	0,40	0,15	0,41	0,35	0,37
V, %	15,40	19,40	7,07	9,66	1,92	5,21	5,06	5,20

X - среднее арифметическое, Sx - стандартное отклонение, V, % - коффициент вариации.

* - Котлярова, 2004

Снижение содержания гумуса как в пахотном, так и в подпахотном слоях, соответственно на 0,29 и 0,44 %, на реперном участке №6, расположенном в равнинных условиях, связано с интенсивным выносом высокопродуктивными культурами элементов питания, который не компенсировался внесением органических и минеральных удобрений в эти годы.

На смытых почвах вынос элементов питания выращиваемыми там культурами травопольного севооборота ввиду несколько меньшей, чем на равнине, урожайности, был ниже. Вместе с сокращением потерь почвы за счет снижения интенсивности эрозионных процессов это позволило не только стабилизировать уровень плодородия этих почв, но и добиться некоторого увеличения запасов гумуса (участки 1-5) - от 0,6 до 10,6 % от исходного содержания в 1993 году (табл. 3).

Таблица 3

Изменение запасов гумуса в пахотном и подпахотном слоях почвы (0-40 см) на объекте «Репный лог» за период с 1993 по 2004 гг., т/га

Реперные участки	Почвы	Запасы гумуса в 1993 г.	% к контролю	Запасы гумуса в 2004 г.	% к контролю
1	Чернозем типичный карбонатный слабосмытый глинистый	193	72,6	196	79,0
2	Чернозем типичный карбонатный среднемощный слабосмытый глинистый	188	70,7	198	79,8
3	Чернозем типичный карбонатный среднемощный среднесмытый глинистый	188	70,7	208	83,9
4	Чернозем типичный карбонатный среднемощный слабосмытый глинистый	206	77,4	208	83,9
5	Чернозем типичный слабосолонцеватый легкоглинистый	217	81,6	228	91,9
6	Чернозем типичный среднемощный легкоглинистый (контроль)	266	100,0	248	100,0
7	Чернозем типичный карбонатный среднесмытый глинистый	157	59,0	140	58,9
8	Чернозем выщелоченный среднемощный легкоглинистый	239	89,8	228	91,9
В среднем по объекту	206,7	77,7	206,8	83,7

В результате развития эрозионных процессов на карбонатных почвах происходит их подщелачивание. В 1993 году в пахотном и подпахотном слоях рН достигал величины от 6,94 до 8,31. Сокращение же эрозионных процессов и восстановление плодородия почв обусловило смещение реакции среды почв к нейтральной. В тех же слоях почвы в 2004 году показатель рН находился в пределах от 6,37 до 7,44. Что свидетельствует об окультуривании карбонатных почв объекта, характерных для юго-востока Белгородской области.

Таким образом, создание системы защитных лесных насаждений и их развитие с течением времени приводит к предотвращению эрозионных потерь и восстановлению плодородия эродированных почв.

Влияние лесных полос на содержание гумуса и элементов питания в зависимости от рельефных условий. Изучение влияния рельефных условий на содержание гумуса и элементов питания в системах лесных полос проводили на полигоне «Красногвардейский». Объект включает склоны южной и северной экспозиции значительной крутизны и перепад высот более 50 м.

Содержание гумуса зависит, прежде всего, от экспозиции склона. Наибольшее содержание гумуса отмечено на склоне северной экспозиции в лесных полосах - 3,92 %, в то время как на склоне южной экспозиции и водоразделе содержание гумуса было несколько меньше - в среднем 2,7 % на полях и 3,4 % в лесных полосах (табл. 4).

Таблица 4

Результаты химического анализа почвенных образцов (в среднем по слою 0-40 см), 2004 г.

Объекты	Гумус, %	Азот легко-гидроли-зуемый, мг/кг	Фосфор (по Чирикову), Р2О5, мг/кг	Калий (по Чирикову), К2О, мг/кг	рН
Поля на склоне южной экспозиции	2,78	107,2	91,0	85,0	6,35
Поле на водоразделе	2,68	106,7	162,0	174,7	6,99
Поля на склоне северной экспозиции	3,13	111,9	166,0	156,2	6,95
Лесные полосы на склоне южной экспозиции	3,49	112,0	84,0	87,0	7,21
Лесная полоса на водоразделе	3,55	114,1	135,7	253,7	6,64
Лесные полосы на склоне северной экспозиции	3,92	116,8	164,4	154,0	6,64

В целом по склону северной экспозиции содержание гумуса оказалось на 0,4 % выше, чем по склону южной экспозиции и водоразделу, причем данная закономерность прослеживается как в лесных полосах, так и на межполосных пространствах. Это связано с тем, что на склоне северной экспозиции менее интенсивно протекают эрозионные процессы.

В тоже время необходимо отметить, что в лесных полосах гумуса содержится больше, чем в межполосном пространстве. Причем эта разница, а она составляет 0,7-0,9 %, превышает наблюдаемое отличие по этому показателю между южным и северным склоном. Очевидно, лесные полосы являются фактором накопления гумуса в почвах объекта.

Содержание легкогидролизуемого азота в слое почвы 0-40 см оставалось практически неизменным вне зависимости от экспозиции склона и элемента ландшафта (поле или лесная полоса). Содержание подвижного фосфора на склоне южной экспозиции соответственно ниже в 1,6-1,8 раза, чем на водоразделе и в 1,8-2,0 раза - чем на склоне северной экспозиции; обменного калия - в 2,0-2,9 и 1,8 раза соответственно.

Таким образом, несмотря на отмечаемые различия по содержанию в почвах гумуса и элементов питания в зависимости от экспозиции склонов, следует признать, что системы лесных полос являются фактором окультуривания почв в сложных рельефных условиях.

Наблюдаемые положительные тенденции изменения плодородия почв модельных объектов согласуются с гумусовым состоянием почв Красногвардейского района в целом. По данным агрохимических обследований ФГУ «ЦАС «Белгородский», содержание гумуса в течение последних 25 лет (1983-2008) - период освоения ландшафтных систем земледелия - увеличилось с 4,8 до 5,2 % (Лукин, 2010). Особенно показательно это при сравнении с гумусовым состоянием двух соседних районов - Валуйского и Вейделевского за тот же период времени.

Так, в начальный период содержание гумуса в Красногвардейском районе было таким же, как и в Валуйском - 4,8 %, а в Вейделевском - 5,2 %. Однако уже в первые годы освоения ландшафтных систем земледелия в Красногвардейском районе наблюдается постепенное повышение его содержания. В настоящее время, по результатам VIII тура обследований (2004-2008 гг.), средневзвешенное значение содержания гумуса в Красногвардейском районе составляет 5,2 %, что на 0,5 % выше, чем по Валуйскому району и равно аналогичному показателю по Вейделевскому району, изначально превосходившему соседние. Следует отметить и тот факт, что сохранению гумусового состояния почв Вейделевского района в немалой степени способствовало успешное освоение в ряде хозяйств (в частности, ЗАО «Должанское») ландшафтных систем земледелия, по примеру соседнего Красногвардейского района.

Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях. Влияние лесных полос на содержание тяжелых металлов в почвах изучалось на объекте «Репный лог». Отбор почвенных образцов проводили по тем же реперным разрезам, что и все остальные исследования.

Содержание свинца, как в пахотном, так и в подпахотном слоях, с 1993 по 2004 гг. увеличилось в среднем в 1,8 раза. Увеличение содержания кадмия за рассматриваемый период было незначительным и наблюдалось только в пахотном слое (с 0,24 до 0,32 мг/кг абсолютно сухой почвы). Следует отметить, что и в первом, и во втором случае содержание металлов было многократно ниже предельно допустимых концентраций.

Снижение содержания меди наблюдалось как в пахотном (с 12,5 до 7,0 мг/кг абсолютно сухой почвы), так и в подпахотном слоях (с 12,3 до 6,2 мг/кг). В среднем, содержание меди уменьшилось в 1,8 раза. Также наблюдалось значительное снижение содержания марганца в пахотном слое - в 1,7 раза, и менее значительное - в подпахотном слое почвы (с 27,1 до 22,3 мг/кг).

Определение содержания серы в почвах показало закономерное возрастание ее количества от верхнего слоя почвы к нижнему. Наибольшее количество серы находилось в подпахотном и более нижних слоях (также в пределах ПДК).

Содержание тяжелых металлов в растительных образцах в целом не превышает ориентировочно допустимые концентрации. Лишь в отдельных случаях наблюдалось незначительное превышение ОДК по меди и свинцу.

Таким образом, за исследуемый период в зоне влияния лесных полос содержание тяжелых металлов в пахотном и подпахотном слоях почвы изменялось как в сторону увеличения (свинец и кадмий), так и снижения (медь и марганец), однако значения этих показателей были существенно ниже ПДК. Содержание тяжелых металлов в растительных образцах в целом не превышало ОДК. Очевидно, влияние системы лесных полос на динамику тяжелых металлов несущественно.

4. ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЭКОСТИСТЕМ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРОТИВОЭРОЗИОННОГО КОМПЛЕКСА

Урожайность сельскохозяйственных культур. Урожайность сельскохозяйственных культур является основным показателем, характеризующим всю совокупность агрофизических, агрохимических и биологических свойств почвы, она отражает уровень эффективности того или иного агротехнического приема и в целом всей системы земледелия.

Оценка урожайности основных сельскохозяйственных культур Красногвардейского района проводилась в сравнении с соседними районами - Валуйским и Вейделевским. В начальный период освоения ландшафтной системы земледелия в Красногвардейском районе (1981-1985 гг.) средняя урожайность зерновых во всех сравниваемых районах была практически одинаковой - 1,63-1,67 т/га (табл. 5). Причем отклонение по годам от средней величины по Валуйскому и Вейделевскому районам составляло примерно 20-25%, а по Красногвардейскому, где условия были более сложными, колебания урожайности составляли 43-47%.

Таблица 5

Динамика урожайности зерновых культур в восточных районах Белгородской области за 1981-2007 гг., т/га

Годы	Урожайность	Районы
		Красногвар-дейский	Валуйский	Вейделевский
1981-1985	средняя по району	1,63	1,67	1,64
	ОК*	-	+0,04	+0,01
1986-1990	средняя по району	2,87	2,44	2,55
	ОК	-	-0,43	-0,32
1991-1995	средняя по району	2,42	2,09	2,24
	ОК	-	-0,33	-0,18
1996-2000	средняя по району	1,99	1,37	1,60
	ОК	-	-0,62	-0,39
2001-2005	средняя по району	2,32	2,09	2,55
	ОК	-	-0,23	+0,23
2006-2007	средняя по району	2,18	1,75	1,93
	ОК	-	-0,43	-0,25
1981-2007	средняя по району	2,24	1,92	2,10
	ОК	-	-0,32	-0,14

^*О_К - отклонение от урожайности в Красногвардейском районе

Через десять лет с начала освоения ландшафтной системы земледелия в Красногвардейском районе темпы роста урожайности в Красногвардейском районе составили 7,5 % в год, в соседних районах - 4-5 %. Колебания урожайности по годам в соседних районах остались на прежнем уровне, тогда как в Красногвардейском районе они снизились до 13-16 %. Таким образом, хозяйства стали получать не только высокие, но и стабильные урожаи.

В последующие годы, когда использовалось фактически только потенциальное плодородие почв, значение ландшафтной системы земледелия еще более возросло. К 2000 г. разница составила 0,4-0,6 т/га.

Превышение урожайности зерновых культур в среднем за исследуемый период по Красногвардейскому району, в сравнении с районами, находящимися в аналогичных условиях, но без ландшафтных систем земледелия, составило до 0,3 т/га.

Еще более значительны отличия в урожайности по отдельным культурам. Так, доля снижения урожайности ячменя, в сравнении с Красногвардейским районом, в собственном урожае Валуйского района составила 118 %: собственная урожайность - 0,79 т/га, а снижение по отношению к урожайности в ландшафтной системе Красногвардейского района - 0,93 т/га.

С целью сохранения почвенного плодородия в хозяйствах Красногвардейского района были введены травопольные севообороты, которые являются составной частью ландшафтных систем земледелия. Склоны крутизной более 5^о были отведены под постоянные посевы многолетних трав, которые стали занимать в структуре посевных площадей около 20 %. Залужение склонов позволило поднять их продуктивность с 0,4-1,0 т/га сена низкого качества до 4,0-5,0 т/га сена сеяных многолетних трав, сбалансированных по содержанию переваримого протеина. В последние годы урожайность их стабилизировалась на уровне 2,0-2,5 т/га, что существенно превысило продуктивность естественных сенокосов (табл. 6).

Таблица 6

Продуктивность сенокосных угодий в хозяйствах Красногвардейского района, в среднем за 2004-2007 гг.

№ п/п	Участок	Травосмесь	Биомасса травостоя, т/га*	Урожайность сена, т/га
1	Реперный участок 1 («Репный лог»)	разнотравье	5,4	1,92
2	Реперный участок 2 («Репный лог»)	кострец + эспарцет (3 г.п.)	5,5	2,28
3	Реперный участок 7 («Репный лог»)	вико-овес	9,3	2,89
4	Реперный участок 8 («Репный лог»)	вико-овес	10,1	3,23
5	Реперные участки 4-6 (в среднем) - полигон «Красногвардейский»	озимая рожь на зеленый корм	8,7	-
6	Реперные участки 10-12 (в среднем) - полигон «Красногвардейский»	озимая рожь на зеленый корм	8,9	-
7	Реперные участки 16-18 (в среднем) - полигон «Красногвардейский»	разнотравье (молодая залежь)	5,6	1,68
8	Реперные участки 40-42 (в среднем) - полигон «Красногвардейский»	разнотравье	5,7	1,79
	НСР05		1,1	0,32

*- с учетом массы корневых остатков

Биомасса травянистой растительности оказалась наибольшей на участках под сеяными травами: биомасса вико-овсяной смеси в среднем составила 9,7 т/га, озимой ржи - 8,8 т/га; в то время как наименьшей она оказалась на участках с естественным травостоем - 5,4 т/га на объекте «Репный лог» и 5,6 т/га - на полигоне «Красногвардейский». Аналогичная картина наблюдалась и по урожайности сена - у сеяных травосмесей она оказалась в среднем в 1,4 раза выше.

По качественным показателям естественные и сеяные травостои также заметно отличались. Качество сена естественных угодий существенно уступало качеству сена сеяных травосмесей: оно имело класс качества не выше 3, а чаще было и вовсе неклассным. Качество сена сеяных травосмесей было гораздо выше - 1-2 класс.

Сено естественного разнотравья отличалось более высоким содержанием клетчатки - в среднем 38% (у сеяных травосмесей около 30 %), а переваримого протеина в нем было на 25 % меньше. Как следствие, содержание кормовых единиц в 1 кг сена из разнотравья составило 0,41, в то время как для сена сеяных трав этот показатель был в 1,3 раза выше и составлял 0,55. Количество обменной энергии в сене сеяных трав было также несколько выше, чем в сене разнотравья, - соответственно 7,0 и 6,6 МДж/кг.

Таким образом, как показывают расчеты, 100 га сеяных травосмесей эквивалентны по своей кормовой ценности 134 га естественных сенокосов.

Влияние системы лесных полос на биологическую продуктивность агроэкосистем. Исследования проводили на полигоне «Красногвардейский». Объектами исследований являлись озимая пшеница и подсолнечник. Учитывали урожайность и биологическую продуктивность этих культур.

Минимальное количество биомассы озимой пшеницы было отмечено в центральной части полей (в среднем 9 т/га), то же самое можно сказать и об урожайности, которая в центре поля составила 3,50 т/га, в то время как в 15 м к северу и к югу от лесных полос она была существенно выше - на 0,5 и 0,9 т/га соответственно (табл. 7).

Таблица 7

Продуктивность озимой пшеницы в системе полезащитных лесных насаждений (полигон «Красногвардейский»), сорт - Одесская 267, в среднем за 2004-2006 гг.

Участок	Биомасса, т/га*	Урожайность, т/га	Выход основной продукции, %
15 м к северу от лесных полос	9,81	4,00	40,4
центры полей	9,00	3,50	38,5
15 м к югу от лесных полос	10,24	4,37	41,9
НСР05	1,41	0,40	3,37

* - в пересчете на воздушно-сухую массу

В наибольшей степени на урожайность повлияла густота посевов - в 15 м от лесных полос она была в среднем на 43 шт./м² больше, чем в центральных частях межполосного пространства. Это объясняется условиями перезимовки: в начальный период зимы около лесных полос снежный покров был мощнее, что способствовало лучшей, чем в центре поля, сохранности растений.

Влияние лесных полос на продуктивность озимой пшеницы подтверждается высоким значением коэффициента корреляции между урожайностью культуры и запасами влаги в почве после таяния снега (r = 0,97).

Похожая картина сложилась и в посевах подсолнечника. Как и в случае с озимой пшеницей, биомасса и урожайность в центрах полей была существенно ниже, чем в 15 м от лесных полос. Это прослеживается и по биометрическим показателям. Однако четкой зависимости урожайности подсолнечника от запасов влаги в почве после таяния снега не установлено (r = -0,23). Это указывает на то, что для подсолнечника весенние запасы влаги, не являются определяющими.

Ландшафтные системы земледелия, созданные в Красногвардейском районе Белгородской области, не только способствовали повышению урожайности сельскохозяйственных культур, но и позволили существенно повысить биологическую емкость ландшафтов (табл. 8).

До освоения противоэрозионных мероприятий объем надземной биомассы, получаемой в отрасли растениеводства на площади 92,5 тыс. га, составлял 302 тыс. тонн сухого вещества.

Таблица 8

Изменение объема надземной биомассы при освоении противоэрозионных мероприятий в Красногвардейском районе Белгородской области

Показатель	Биомасса, тыс. тонн сухого вещества
1. До освоения противоэрозионных мероприятий (растениеводство)	302
2. При освоении противоэрозионных мероприятий (растениеводство, исключая площадь пашни под лесными полосами)	489
3. Лесные насаждения	435
4. Травянистая растительность	19
Итого при освоении противоэрозионных мероприятий	943

При освоении противоэрозионных мероприятий объем надземной биомассы увеличился до 489 тыс. тонн, что связано с повышением урожайности сельскохозяйственных культур, ввиду создания более благоприятных условий для их роста и развития. Площадь пашни при этом несколько уменьшилась, так как часть ее (около 8700 га) заняли лесные насаждения, биомасса надземной части которых составила 435 тыс. тонн. Масса травянистой растительности в лесных полосах и на опушках достигла 19 тыс. тонн.

Таким образом, в результате освоения противоэрозионных мероприятий общая биомасса растительности в Красногвардейском районе увеличилась в 3,1 раза и достигла 943 тыс. тонн.

Расширение биологического разнообразия под влиянием противоэрозионных мероприятий. Флористический состав оценивался по результатам геоботанического описания системы лесных полос Красногвардейского полигона. Количество видов травянистой растительности в лесополосах изменялось в зависимости от возраста лесных насаждений и видового состава в межполосном пространстве, экспозиции склона.

Наименьшее видовое разнообразие отмечено на участке молодой залежи - всего 19 видов, большинство из которых относятся к рудеральным (табл. 9).

Таблица 9

Характеристика видового состава травянистой растительности угодий (полигон «Красногвардейский»), 2004-2006 гг.

Сообщество	Общее количество видов	Биомасса, т/га
1 лесополоса (береза + акация), возраст около 15 лет	36	10,1
2 лесополоса (береза), возраст около 20 лет	34	8,5
3 лесополоса (береза), возраст около 20 лет	33	7,7
4 лесополоса (тополь), возраст около 15 лет	42	9,1
5 лесополоса (дуб), возраст более 55 лет	52	9,5
6 лесополоса (береза), возраст около 15 лет	32	5,9
7 лесополоса, возраст около 20 лет	26	4,3
молодая залежь (2-4 года)	19	4,5
участок естественной растительности	30	4,3

Видовое разнообразие участка естественной растительности было на уровне, отмеченном в лесных полосах поздней посадки - 30 видов. Наибольшее количество видов отмечено в старовозрастной дубовой лесополосе - 52 вида. Расширение видового разнообразия в лесных полосах происходило преимущественно за счет лесных и опушечно-лесных видов. Всего же на объекте было отмечено 96 видов травянистых растений.

Следует отметить, что в лесных полосах южного склона число видов и масса травостоя были больше в 1,3 и 1,5 раза, соответственно, чем в полосах того же возраста на склоне северной экспозиции. Очевидно, что более благоприятные условия для роста и развития травянистой растительности складываются на склоне южной экспозиции.

За годы наблюдений на опушках лесных полос травянистая растительность развивалась гораздо интенсивнее, чем в самой лесной полосе, где конкуренция с древесной растительностью более жесткая. В среднем, по всем изученным лесным полосам сухая масса травостоя на опушках была в два раза выше, чем внутри лесных полос.

Таким образом, лесные полосы способствуют расширению видового разнообразия растительности агроландшафта не только за счет породного состава деревьев и кустарников, из которых они сформированы, но и благодаря появлению в них видов травянистой растительности, в том числе лесных и опушечно-лесных.

Распределение энтомофауны в системе лесных насаждений. С целью изучения закономерностей распространения энтомофагов в агроландшафте на полигоне «Красногвардейский» были проведены исследования, в ходе которых произведен учет численности, а также определен видовой состав насекомых.

Всего в лесных насаждениях и межполосных пространствах было отмечено 34 вида насекомых. Часто встречающимися из энтомофагов были мягкотелки, пауки, перепончатокрылые паразиты, божьи коровки. Наибольшее их количество наблюдалось именно в лесных полосах - 6-16 экз./10 взмахов стандартного энтомологического сачка, тогда как в центре поля - 3, что свидетельствует о положительной роли лесной полосы как местообитания для полезных насекомых и источника сдерживающего фактора распространения вредителей сельскохозяйственных культур. На это указывает и анализ распространения на изучаемом объекте вредных видов насекомых.

Поле с соответствующей культурой способствовало более плотному заселению опушек и самой лесной полосы основными вредителями сельскохозяйственных культур. Например, на полях количество трипсов в среднем составляло 74 экз./10 взмахов, на опушках лесополос - до 52, а в их центре только 30 экземпляров. Аналогичная закономерность наблюдается по мухам злаковым. Более равномерным было заселение лесных полос и полей тлей (табл. 10).

Таблица 10

Численность фитофагов и энтомофагов в системе лесных полос (в среднем за 2004-2006 гг.), экз./10 взмахов энтомологического сачка

...

Сообщество	Фитофаги	Энтомофаги
	трипсы	тли	злаковые мухи
поле	15 м к северу от лесной полосы	66	6	11	5
	центр	81	10	25	3
	15 м к югу от лесной полосы	74	12	16	10
лесная полоса	южная опушка	52	10	18	16
	внутри лесной полосы	30	7	6	6
	северная опушка	32	6	11	11

Страница:

•  1 
•  2 

автореферат "Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья" скачать

Подобные документы

• Агролесомелиоративные мероприятия

  Закономерности, раскрывающие необходимость проведения агролесомелиоративных мероприятий. Системы защитных лесных полос. Влияние лесных полос на микроклимат полей. Агролесомелиоративное обследование при землеустройстве. Овражно-балочные насаждения.
  
  курсовая работа [3,6 M], добавлен 11.05.2014
  

• Проектирование защитных лесных насаждений

  Проектирование лесомелиоративных мероприятий. Противоэрозионная организация территории. Выбор и обоснование ассортимента древесных, кустарниковых пород для создания лесных полос. Агротехнические уходы и расчёт срока окупаемости полезащитных лесных полос.
  
  курсовая работа [444,9 K], добавлен 06.02.2011
  

• Состояние полезащитных лесных полос в северном Приднестровье

  Защитная роль лесных полос, их влияние на микроклимат и урожайность сельскохозяйственных культур. Классификация конструкции полос на непродуваемые, продуваемые, ажурные и ажурно-продуваемые. Состав и лесоводственно-таксационная характеристика насаждений.
  
  контрольная работа [142,8 K], добавлен 12.06.2011
  

• Проектирование полезащитных полос. Выращивание саженцев плодовых пород

  Конструкции полезащитных полос. Требования, предъявляемые к древесным породам для полезащитного лесоразведения. Цели осушения лесных земель и вред избыточного увлажнения почв. Элементы осушительной сети. Технология выращивания саженцев плодовых пород.
  
  контрольная работа [608,2 K], добавлен 07.09.2009
  

• Проектирование мелиоративных мероприятии, организации территории и использования осушаемых земель в Опаринском районе

  Организационно-хозяйственные противоэрозионные мероприятия. Противоэрозионная лесомелиорация территории повреждённой водной эрозией. Система лесных защитных насаждений на водосборной площади оврага. Агротехника, выращивание лесных и защитных полос.
  
  курсовая работа [112,1 K], добавлен 07.12.2011
  

• Проект создания защитных лесных насаждений в ООО "Березовское" Россошанского района Воронежской области

  Географическое расположение, климатические условия и растительность хозяйства "Березовское". Противоэрозионная организация территории землепользования. Установка полезащитных, стокорегулирующих, приовражных лесных полос, донных насаждений и илофильтров.
  
  курсовая работа [62,2 K], добавлен 04.04.2014
  

• Экономическая оценка внутрихозяйственного землеустройства СПК "Петровское" Первомайского района Нижегородской области

  Распределение подразделений, хозяйственных центров и дорожной сети сельскохозяйственного предприятия. Размещение севооборотов и полезащитных лесных полос. Оценка сенокосов и пастбищ. Анализ экономической эффективности внутрихозяйственного землеустройства.
  
  контрольная работа [40,6 K], добавлен 15.12.2010
  

• Характеристика серых лесных почв

  Исследование факторов почвообразования, характеристика морфологических признаков и анализ свойств серых лесных почв. Химия, физика серых лесных почв и комплекс мероприятий борьбы с водной эрозией. Способы хозяйственного использования серых лесных почв.
  
  курсовая работа [436,9 K], добавлен 28.07.2011
  

• Инженерное обустройство защитных лесных полос

  Характеристика природных условий Красноборского района. Обоснование расположения осушительной сети. Вычисление элементов профилей каналов. Гидрологические и гидравлические расчеты, гидромелиоративные работы. Лесоводственная эффективность осушения.
  
  курсовая работа [295,2 K], добавлен 09.08.2015
  

• Оценка плодородия почв земельных угодий к.х. "Рассвет" Озинского района Саратовской области

  Материнские породы и грунтовые воды. Зональные факторы почвообразования. Определение возраста почв. Агрометеорологические показатели района за 1961–2001 годы. Растительность и животные организмы. Биологические и агрохимические показатели плодородия почв.
  
  курсовая работа [58,3 K], добавлен 07.04.2012
  

• Эколого-экономическая оценка недревесных лесных ресурсов на Дальнем Востоке

  Экономическая оценка недревесного лесного сырья в РФ и использование этого вида сырья на территории Дальнего Востока. Необходимость стоимостной оценки лесных ресурсов для точного определения реального и потенциального богатства лесных территорий.
  
  курсовая работа [41,4 K], добавлен 15.03.2011
  

• Оценка лесных ресурсов и лесных земель

  Идентификация главных активов, относящихся к лесным ресурсам и лесным землям. Определения понятия стоимости, применимые к данной сфере. Принципы разработки стандартов для отчетов об оценке лесных ресурсов и лесных земель, используемые методы и приемы.
  
  презентация [280,9 K], добавлен 25.11.2013
  

• Влияние компоста и извести на серую лесную почву и урожайность ячменя

  Пути воспроизводства и основные источники пополнения органического вещества лесных почв. Влияние известкования на плодородие почв. Основные составляющие продуктивности агрофитоценозов. Влияние компостов и извести на агрохимические показатели почвы.
  
  дипломная работа [241,6 K], добавлен 13.02.2013
  

• Проект лесомелиорации территории сельхозформирования

  Характеристика района лесомелиорации, геоморфология и гидрология, растительности и лесопригодность почв. Классификация земель Соболева. Размещение и назначение защитных лесных насаждений. Подбор пород и схем смешения. Расчет экономической эффективности.
  
  курсовая работа [42,6 K], добавлен 30.10.2009
  

• Мероприятия по улучшению эколого–агрохимического состояния почв и повышению их плодородия

  Природно-географическая характеристика территории Болградского района. Методика проведения работ по эколого–агрохимическому обследованию и оценке почв и земель. Особенности гумусного состояния. Обоснование мероприятий по повышению плодородия почв.
  
  дипломная работа [1,3 M], добавлен 12.11.2014
  

• Мелиорация участка

  Характеристика лесокультурного фонда. Обоснование типов лесных культур. Расчет затрат на создание лесных культур на участке. Проект лесомелиорации сельскохозяйственных ландшафтов. Противоэрозионная организация территории. Создание полезащитных полос.
  
  курсовая работа [40,9 K], добавлен 12.01.2013
  

• Особенности морфологии бурых лесных почв

  Основные морфологические признаки почвы: профиль, новообразования, почвенная структура, цвет (окраска) и включения. Гранулометрический состав почв. Сельскохозяйственное использование и охрана бурых лесных почв. Элементы буроземообразовательного процесса.
  
  курсовая работа [37,3 K], добавлен 01.03.2015
  

• Агрофизические и агрохимические параметры плодородия почв при ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур Западно-Казахстанской области

  Влияние ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур на агрофизические и агрохимические факторы плодородия почв в агроклиматических условиях Западного Казахстана. Оценка накопления азота, фосфора на фоне различных приемов обработки почвы.
  
  диссертация [54,0 K], добавлен 09.12.2013
  

• Почвы таежно-лесных ландшафтов

  Географическое распространение и особенности почв таежно-лесных ландшафтов. Общие условия почвообразования: рельеф, подстилающие и материнские породы, климат, растительность. Факторы антропогенного воздействия и охрана почв таежно-лесных ландшафтов.
  
  реферат [281,2 K], добавлен 24.03.2015
  

• Современное состояние агроландшафтов ОПХ "Колос" Цивильского района

  Землеустройство и мелиорация земель. Система обработки почв. Мероприятия по защите почв от эрозии. Агрохимическая картограмма сельхозугодий. Объемы применения удобрений и пути повышения плодородия почв. Основные пути повышения эффективности удобрений.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 24.06.2012
  

Другие документы, подобные "Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам