Противоэрозионная роль лесных культур сосны обыкновенной в лесостепи приволжской возвышенности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Противоэрозионная роль лесных культур сосны обыкновенной в лесостепи приволжской возвышенности

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

сосна лесной экосистема

Актуальность работы. Приволжская возвышенность относится к регионам, наиболее эродированных в России. Проблема охраны и рационального использования земель, подверженных эрозии - одна из важнейших в современном хозяйствовании. Актуальность защиты почвы от деградации возрастает в связи с тем, что в России из 222 млн. га сельскохозяйственных угодий 124 млн. га (55,8%) подвержено эрозии, в том числе 87 млн. га пашни, 36 млн. га пастбищ и сенокосов.

В результате разрушения почвы истощается почвенное плодородие, снижается продуктивность угодий, происходит загрязнение окружающей среды, нарушается экологическое равновесие, деградируют природные системы. Острая проблема ухудшения природной среды и нарушения экосистемы требует приведение в действие всех мероприятий, способных организовать защитный механизм, противодействующий разрушению природы.

В национальном Парке «Хвалынский» и, прилегающим к нему территорий хозяйств, большую площадь земельного фонда занимают эродированные земли. Прекращение процессов линейной эрозии и сокращение смыва почв является актуальнейшей задачей в деле сохранения богатства заповедной территории Хвалынского района Саратовской области.

Актуальность темы определяется необходимостью повышения эффективности лесомелиоративных работ при переводе земель из деградированных в разряд лесоаграрных территорий, способных приносить определенный эколого-экономический эффект.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось установление закономерностей роста лесных культур сосны обыкновенной с применением террасирования и изучение влияния насаждений на почвенно-эрозионные факторы среды и продуктивность крутосклоновых угодий лесостепи Приволжской возвышенности.

В задачи исследований входило:

1. Исследовать эрозионные процессы на крутосклонах различной экспозиции с освоением террас лесными культурами сосны обыкновенной.

2. Обследовать и исследовать лесные культуры сосны обыкновенной на меловых отложениях крутосклонов с учетом экспозиции, расположения по рельефу и террасирования с установлением закономерностей роста и жизнеустойчивости насаждений.

3. Изучить влияние лесных культур сосны обыкновенной на почвенные факторы среды, характер снего-, влагонакопления и продуктивность эродированных пастбищ с установлением закономерностей воздействия.

4. Дать биоэнергетическую и экономическую оценку лесных культур, выполняющих функции лесопастбищных экосистем.

Методика исследований. При изучении программных вопросов использовались основные общепринятые методики ВНИАЛМИ (1985, 2000), НИИСХ Юго-Востока (1973), ВНИИЗиЗПЭ (2000) и др. Математическая обработка результатов исследований выполнялись методами статистики с применением пакета типовых компьютерных программ Statistica 6.0. и Mikrosoft Excel.

Научная новизна. Для условий лесостепи Приволжской возвышенности изучено формирование эрозионных процессов на крутосклонах различной экспозиции с применением террасирования и лесных культур сосны обыкновенной. Установлены закономерности роста лесных культур сосны обыкновенной с учетом экспозиции, расположения по рельефу и террасирования. Выявлена динамика и закономерности формирования лесопастбищных экосистем под воздействием лесных культур сосны обыкновенной на террасах.

Практическая значимость работы. Полученные результаты исследований могут быть использованы в качестве рекомендаций при проектировании и создании лесных культур, а также защитных насаждений из сосны обыкновенной на меловых склонах большой крутизны. Предлагаемые способы создания лесных культур позволят сохранить уникальное биоразнообразие Национального Парка «Хвалынский» и прогнозировать состояния сосновых лесных культур на склонах в зависимости от экспозиции склона и элемента рельефа. Внедрение результатов исследований проведено в хозяйствах Хвалынского района.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Динамика эрозионных процессов на крутосклонах различной экспозиции и элементах рельефа с освоением террас лесными культурами сосны обыкновенной.

2. Оценка современного состояния лесных культур сосны обыкновенной, показателей жизнеустойчивости в зависимости от типа лесорастительных условий, экспозиции склона, расположения по элементам рельефа, условий террасирования с установлением закономерностей роста насаждений.

3. Динамика морфометрических, агрофизических и биохимических свойств чернозема обыкновенного карбонатного на меловых отложениях, характера снего-, влагораспределения под воздействием лесных культур сосны обыкновенной при террасировании.

4. Закономерности формирования продуктивности лесопастбищных экосистем.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» в 2004-2007 гг., научно-практических конференциях: «Вавиловские чтения» город Саратов 2004-2005 гг., молодых ученых, г. Волгоград, 2004 г.

Степень личного участия. Автором осуществлена обработка и анализ экспериментального материала, обобщение данных литературных источников, получены основные научные результаты и сформулированы выводы.

Публикации в печати. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе одна статья в изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, общий объем публикаций - 6,8 печатных листа, из них автору принадлежит 2,2 печатных листа.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы (205 наименований, в том числе 5 иностранных авторов).

Работа изложена на 204 страницах компьютерного текста, включет 22 таблицы, 72 рисунка и приложения на 18 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

1. Состояние изучаемого вопроса

Приведен анализ работ многих исследователей: Суса Н.И., Кузника И.А., Петрова В.И., Сурмача Г.П., Редько Г.И., Родина А.Р., Чернодубова А.И., Шернина В.К., Проездова П.Н., Бондаренко Ю.В., Перова В.Ф. и др. Обоснована необходимость продолжения некоторых направлений исследований, в частности, защитной роли лесных культур как, регулятора экологического и биологического равновесия в агроландшафтах.

2. Объекты, условия и методика проведения исследований

Описаны климатические условия района исследования, приведены характеристика опытного объекта и методика исследований.

Исследования проведены в 2003-2007 гг. на территории ФГУ Национального парка «Хвалынский» Хвалынского района Саратовской области. По лесорастительному районированию территория относится к лесостепной зоне Приволжской возвышенности.

Климат территории - континентальный с теплым и сухим летом, умеренно холодной и малоснежной зимой с влиянием сибирского антициклона. Среднегодовая температура воздуха - +3,8⁰С.

Почвообразующими породами является мел, опоки, песчаники, мергели, известняки и гипсоносные глины. На этих породах под лесами развиты преимущественно серые лесные почвы, а на открытых участках и меловых породах сформировались чернозёмы на плотных коренных породах и чернозёмы карбонатные.

Объектами исследований служили лесные культуры сосны обыкновенной, произрастающих на разной экспозиции склонов, различных элементах рельефа и террасах Национального парка «Хвалынский».

Рост и состояние культур сосны обыкновенной меловой (Pinus sylvestris varitis cretaceae) в НП "Хвалынский" изучались на пробных площадях, заложенных в четырех фазах роста: фазе приживания, фазе, предшествующей смыканию, в фазе формирования древостоя, фазе жердняка, а в каждой фазе - в зависимости от экспозиции и местоположения на склоне. Для изучения эрозии на склонах нами были заложены пробные площади на разных экспозициях склонов без лесной растительности и две пробные площади на склонах южной и северной экспозиции по террасированным склонам (лесные культуры сосны обыкновенной по террасам созданы кафедрой «Лесомелиорация» - Проездов П.Н., Трифонова Т.М., Хонин П.Н.). Количество деревьев на пробной площади бралось 400 шт.

Для изучения характера влияния лесных культур на морфологию, агрофизические свойства почв и снего-, влагораспределение заложены почвенные разрезы. Почвенные разрезы закладывались в лесных культурах и на различном расстоянии от них по вариантам 1Н, 5Н, 10Н, 15Н, 20Н, 25Н (Н - высота лесных культур). Контролем служили участки склона без защиты лесных культур на равных отметках земли (на одной горизонтали) в 20 м от опыта. Продуктивность пастбищ изучалась на прилегающих полях по тем же вариантам опыта.

При изучении программных вопросов использовались, разработанные для этих целей типовые методики ВНИАЛМИ (1973, 1985), РАСХН (1989, 1991) НИИСХ Юго-Востока (1973), ВНИИЗ и ЗПЭ (2000).

Насаждения изучались общепринятыми методами таксации: ГОСТ 56-89-83; обследование и исследование лесных культур - Огиевскому В.В., Хирову А.А. 1964; Анучин Н.П., 1971, 1986. Жизненное состояние древостоя оценивали по методике В.А. Алексеева (1989), при изучении взаимоотношений пород и жизнеустойчивости использовалась методика Высоцкого К.К. (1962), продуктивность камбия по Пятницкому (1959) в модификации Разаренова А.И., (1979). Гранулометрический состав определялся по Н.А. Качинскому (1965), гумус по методике И.В.Тюрина в модификации В.И. Симакова, плотность сложения и плотность твердой фазы почвы - по методике С.В.Астапова и С.И.Долгова (1977). Изменения влаги в почве изучались по Роде А.А. (1960, 1965. 1969).

При определении продуктивности пастбищ использовали метод метровых площадок по Доспехову Б.А. (1985) и методику НИИСХ Юго-Востока (1973).

Энергетическая оценка дана согласно методике Севернева М.М. (1991) и «Методике оценки эффективности систем земледелия на биоэнергетической основе» (1984, 1989).

Экспериментальный материал обрабатывали методом вариационной статистики. Проведены дисперсионный, регрессионный и корреляционный анализ, использовалась методика Б.А. Доспехова (1985) с применением пакета типовых компьютерных программ Mikrosoft Exel, Statistika 6.0.

3. Защита крутосклоновых земель террасированием

На опытных участках нами произведено разделение склонов по элементам рельефа: верхняя, средняя и нижняя часть склона. Верхняя часть склона обычно характеризуется малой степенью смытости, средняя - наибольшей, а нижняя - процессом смыва и намыва. Данные почвенного обследования свидетельствуют о том, что мощность почвенного покрова от верхней части склона до нижней части склона меняется.

Почвообразующая материнская порода на всех пробных участках - обломки мела или плотный сплошной слой мела, залегающий в верхних частях склона очень близко к дневной поверхности. Почва практически на всех пробных площадях - чернозем карбонатный суглинистый на мелу и продуктах его выветривания. Основные почвенно-гидрологические константы (максимальная гигроскопичность, наименьшая влагоемкость, пористость) постепенно снижаются по мере приближения к нижней части склона.

Происходящие эрозионные процессы влияют на агрохимические показатели почвы. Приведенные данные показывают определенную зависимость содержания органического вещества от рельефа и степени эродированности почвы. С увеличением степени смытости почвы, запас гумуса в горизонте А меньше, чем на верхней части склона. Содержание гумуса в слое намытых почв более высокая, чем на смытой средней части склона. С повышением степени эродированности отмечается увеличение рН с 7,5 до 7,9.

В эродированных почвах в поглощающем комплексе уменьшается содержание кальция на 10-15%, увеличивается содержание натрия на 20-30%, что сказывается на структурности почвенных агрегатов.

Количество питательных веществ постепенно уменьшается по мере нарастания смытости почвы и удаления от водораздела. Чем более эродированы почвы, тем в них меньше азота. Так в полуметровом слое почвы на нижней части склона содержание гидролизуемого азота на 10-35% выше, чем на крутой средней части склона, подвижная часть фосфора, соответственно, выше на 15-30%, и обменный калий на 10-30%.

Таким образом, эрозионные процессы определяют пестроту почвенного плодородия в пределах склона.

Исследования показали, что размеры ежегодной эрозии зависят от запасов воды в снегу, глубины промерзания почвы, интенсивности снеготаяния, влажности почвы. При весеннем снеготаянии на первом этапе (до образования проталин) почва защищена снегом, поэтому сточная вода прозрачная, смыв почвы практически отсутствует. С появлением проталин мутность снеговой воды резко возрастает, что указывает на интенсивный смыв почвы. На склонах проталины образуются, когда оставшийся запас воды в снеге при равномерном его отложении снижается примерно до 18-28 мм (высота снега 10-12 см).

В связи с этим важную роль играет перераспределение снега на склонах разной экспозиции. Снегораспределение и запас воды в снегу по склонам без лесных культур распределяется неравномерно (рис. 1), и целиком зависят от сложившихся погодных условий в зимний период. Снегосдуваемыми были склоны Ю, ЮЗ и З, а снегозаносимыми - С, СВ и В экспозиций. На снегосдуваемых склонах мощность снежного покрова уменьшается, а на снегозаносимых увеличивается в среднем до 14%. Это обусловливает неодновременное таяние снега и обнажение почвы.

В соответствии с высотными градиентами температура воздуха в нижних частях склонов несколько выше, чем на вышележащих участках и на водоразделах, что также сказывается на интенсивности снеготаяния.

На террасированных склонах снег распределяется более равномерно (табл. 1) по всему склону независимо от направления ветра, особенно на ветроударных склонах, причем террасы препятствуют переносу снега.



Рис. 1. Распределение запаса воды в снеге в зависимости от экспозиции на нетеррасированых склонах

Таблица 1. - Распределение снежного покрова на террасированных склонах

Часть склона	Южной склон	Северный склон
	высота снежного покрова, см	плотность снега, г/см3	запас воды в снеге, мм	высота снежного покрова, см	плотность снега, г/см3	запас воды в снеге, мм
Верхняя	40	0,27	108	50	0,27	135
Средняя	44	0,27	119	51	0,26	133
Нижняя	50	0,28	140	52	0,25	130
Среднее по всему склону	45	0,27	121	51	0,26	133

Террасы задерживают снега на 18% больше по сравнению с нетеррасированными ветроударными склонами. Особенно характерно то, что на Южном ветроударном склоне снега накапливается больше чем на заветренном Северном. Характер снегораспределения на не террасированных склонах зависит от направления преобладающих ветров в зимний период.

На ветроударных склонах наблюдается наибольшая мощность снега в верхних частях на 10-40%, наименьшая - в нижних, а на заветренных - наибольшая мощность в нижних частях склона на 15-70%, наименьшая - в верхних.

Запас влаги на террасированных склонах больше на 25-50%, чем на склонах без террас, что несомненно влияет на биометрические показатели лесных культур. Полученный коэффициент детерминации 0,88 отражает тесную связь между изучаемыми признаками. (рис 2, 3).

Эрозия в период весеннего снеготаяния выражена сильнее на более длинных пологих склонах, чем на коротких (табл. 2, 3). Размыв почвы зависит от формы профиля склона, но в верхних частях проявлял себя слабо на склонах всех экспозиций.

На склонах со ступенчатым профилем образование промоин выражено слабее, хотя уклон составляет 25⁰. Наибольший размыв почвы наблюдался преимущественно на выпуклых частях склона, где имеются перегибы профиля. Интенсивность эрозии усиливается по мере продвижения книзу. Выпуклая форма характеризуется постепенным нарастанием крутизны по мере продвижения к основанию склона, поэтому в том же направлении возрастает интенсивность смыва. На склоне прямой формы интенсивность смыва также постепенно нарастает книзу, но в меньшей степени. На склонах вогнутой формы наиболее интенсивный смыв на более крутых отрезках, далее он ослабевает.

Смыв почвы на склонах солнечной экспозиции проявляется сильнее в среднем на 45-60%, чем на теневых за счет более раннего освобождения от снега. Причем на террасированных склонах смыв почвы практически не зависит от экспозиции склонов.



Полученная зависимость влагозапаса от снегозапаса и экспозиции без террас описывается следующим уравнением: W=1816.17-0.0039X²+0.47Y²-56.2472Y

Корреляционная связь данного уравнения составляет

R=0.94, R²=0,88

где

W - запас влаги в почве, м³/га;

Х - снегозапасы, мм;

У -экспозиция склонов.

Рис. 2. Зависимость содержания почвенной влаги в слое 0,7 м от экспозиции и снегозапасов на склонах без террас

Полученная зависимость влагозапаса от снегозапаса и экспозиции на террасированных склонах описывается следующим уравнением:

W=2215,76 -.0039X² + 0.61Y² - 71.6195Y

Корреляционная связь данного уравнения составляет R=0.99, R²=0,98

где

W - запас влаги в почве м³/га;

Х - снегозапасы, мм;

У - экспозиция склонов.

Рис. 3. Зависимость содержания почвенной влаги в слое 0,7 м от экспозиции и снегозапасов на террасированных склонах

Таблица 2. - Характеристика склонов, подверженных эрозии (уклон и длина)

№ пп	Экспозиция	Крутизна, градус	Длина склона, м
			верхняя часть	средняя	нижняя часть	общая длина
23	С	20	100	400	75	575
24	Ю	30	120	350	180	650
25	В	20	60	550	110	720
26	З	25	110	280	100	490

Таблица 3. - Смыв почвы на склонах в зависимости от экспозиции, элемента рельефа и террасирования

№ ПП	Экспозиция	Глубина залегания материнской породы	Смыв, м3/га
		верхняя	срединная	нижняя	верхняя	срединная	нижняя	средние показатели
На склонах без террас
23	Северная	23	30	50	32,5	35,26	35,50	34,42
24	Южная	10	25	40	48,56	50,10	53,12	50,59
25	Восточная	20	35	60	48,82	56,71	51,46	52,33
26	Западная	27	38	55	20,17	22,45	24,85	22,50
На террасированных склонах
27	Северная	35	55	75	1,1	1,45	1,7	1,42
28	Южная	30	55	70	1,2	1,5	1,85	1,52

4. Рост и развитие лесных культур сосны обыкновенной на склонах Национального парка «Хвалынский».

4.1. Таксационная характеристика лесных культур, созданных на разных экспозициях, частях склона и террасах

В фазе приживания лучшим ростом отличаются культуры, расположенные в нижних частях склона всех экспозиций, особенно на южной его части. Культуры, расположенные по бороздам, нарезанным поперек склона, растут быстрее и приживаемость их 4-7% выше, чем у культур, размещенных по продольным бороздам табл. 4 и 5), что объясняется большими влагозапасами в почве.

В фазе, предшествующей смыканию, также замечена тенденция лучшего роста деревьев на нижних частях склонов всех экспозиций на 8-15% (табл. 6). Несмотря на меньшую мощность гумусового горизонта на склоне южной (10 см) по сравнению с северной экспозицией (17 см), высоты сосны примерно одинаковые (3,3 и 3,2 м соответственно), что объясняется большим притоком солнечной радиации.

Таблица 4. - Показатели приживаемости культур сосны в зависимости от экспозиции и нарезкой борозд вдоль склона

Показатели	Северная экспозиция	Южная экспозиция	На землях вышедших из под с/х, СВ экспозиция
	нижняя часть склона	верхняя часть склона	нижняя часть склона	верхняя часть склона
№ ПП	1	2	3	4	5
Средний прирост за год, см	8,6	7,8	9,4	8,4	9,5
Максимальное значение прироста, см	12,0	11,5	13,5	11,0	13,1
Минимальное значение прироста, см	5,8	5,1	6,1	5,3	7,0
Количество растений на пробной площади, шт	301	294	295	288	147
Приживаемость %	91,2	89,1	89,4	87,3	92,0
Крутизна склона, градус	20	15	15	15	1

Анализ хода роста культур в высоту по модельным деревьям показал, что в верхней и нижней части склона до пяти летнего возраста культуры имели практически одинаковую высоту - 1,5 м. Рост и состояние сосны в возрасте 15 лет (в фазе формирования древостоя) находится в соответствии с лесорастительными условиями. В последствии приросты лесных культуры сосны обыкновенной в нижней части склона больше на 6%, а по диаметру - на 8%, чем в верхней (табл. 7).

Таблица 5. - Показатели приживаемости культур сосны в зависимости от экспозиции и нарезкой борозд поперек склона

Показатели	Северная экспозиция	Южная экспозиция	На землях вышедших из под с/х, СВ экспозиция
	нижняя часть склона	верхняя часть склона	нижняя часть склона	верхняя часть склона
№ ПП	6	7	8	9	10
Средний прирост за год, см	9,0	8,3	10,1	6,1	9,1
Максимальное значение прироста, см	13,2	12,1	15	11,4	14,6
Минимальное значение прироста, см	6,2	5,7	6,3	5,9	6,5
Количество растений на пробной площади, шт	303	293	300	290	152
Приживаемость %	91,8	88,7	90,9	87,8	95,0
Крутизна склона, градус	15	15	10	10	1

Таблица 6. - Таксационные показатели культур сосны в зависимости от экспозиции, крутизны и части склона

№ ПП	Глубина залегания материнской породы, см	Мощность гумусового горизонта, см	Экспозиция	Часть склона	Крутизна, градус	Средние	Возраст, лет	Сохранность. %
						D, см	H, м
11	35	10	Ю	Верхняя	20	2,7	3,3	10	55,4
12	45	15	Ю	Нижняя	20	3,1	3,5	10	54,6
13	37	12	СВ	Верхняя	20	2,5	3,0	10	53,2
14	50	17	С	Нижняя	20	2,7	3,2	10	53,0

В фазе жердняка наблюдаются те же тенденции, что и в трех предыдущих фазах (табл. 8). В нижней части склона северной экспозиции, в возрасте 30 лет, высота лесных культур выше на 10%, чем в верхней. На склоне южной экспозиции диаметр и высота, практически одинаковые с разницей в возрасте 3 года.

Сравнивая ход роста лесных культур в верхней части склонов северной и южной экспозиции с насаждениями, созданных по террасам, видно, что последние отстают в росте до 7 лет (на 5%) на северной экспозиции и до 13 лет (на 15%) на южной экспозиции. Но в 24 года лесные культуры, созданные по террасам, обгоняют в росте насаждения не террасированных склонов. Эта же закономерность наблюдается и по диаметру, что говорит об их более лучшем росте (рис. 4).

Таблица 7. - Таксационные показатели культур сосны в зависимости от экспозиции и части склона

Показатели	Северная экспозиция	Южная экспозиция
	верхняя часть склона	нижняя часть склона	верхняя часть склона	нижняя часть склона
№ ПП	15	16	17	18
Крутизна склона, градус	20	15	20	15
Глубина залегания материнской породы, см	35	52	30	55
Возраст, лет	15	15	15	15
Сохранность. %	51,2	51,9	52,5	53,0
Средний диаметр, см	5,1	5,5	5,6	6,1
Средняя высота, м	4,9	5,2	5,2	5,5

Таблица 8. - Таксационные характеристики сосновых насаждений в зависимости от экспозиции и террасирования склонов

Часть склона	Экспозиция	№ ПП	Средние	Возраст, лет	G, м2	Запас, м3/га	Прирост, м3/га	Классбони тета
			Н, м	D, см
Верхняя	С	19	9,3	8,5	32	19,7	91	2,9	III
Нижняя	С	20	9,7	9,5	30	26,0	125	4,2	II
Верхняя	Ю	21	10,6	9,8	33	26,8	141	4,3	II
Нижняя	Ю	22	10,5	10,0	30	28,3	148	4,9	II
Террасированный склон	С	27	11,3	10,7	35	31,6	163	4,6	II
Террасированный склон	Ю	28	11,9	11,0	35	34,0	182	5,2	II

Та же закономерность наблюдается и при сравнении лесных культур на склонах тех же экспозиций, но в нижних его частях. Сначала террасированные лесные культуры отстают в росте, хотя это отставание не значительно (2-3%), но затем начинают обгонять насаждения, созданные без террас (рис. 5).

Это объясняется перемещением верхнего слоя почвы вниз по склону (срезаемая часть террасы), что ухудшает условия произрастания в первые годы жизни. Но затем корневая система сосны проникает в насыпную часть террасы и берму.

Рис. 4 График хода роста в высоту сосновых культур на террасах и без террас в верхней части склона

Рис. 5 График хода роста в высоту сосновых культур на террасах и без террас в нижней части склона

Ход роста лесных культур сосны обыкновенной в высоту описывается регрессионной зависимостью Митчерлиха. Нашими исследованиями установлена тесная корреляционная связь увеличения высоты насаждения во времени. Данная зависимость выражается уравнениями:

В верхней части северной экспозиции H=0.61[1-exp(-1.91·А)]0.837 (1)	В нижней части северной экспозиции Н=0,65[1-exp(-1,055·А)]0,935 (2)
В верхней части южной экспозиции Н=1,02[1-exp(-1,87·А)]0,729 (3)	В нижней части южной экспозиции Н=0,94[1-exp(-0,75·А)]0,904 (4)
По террасам северной экспозиции Н=0,59[1-exp(-11,92·А)]0,846 (5)	По террасам южной экспозиции Н=0,47[1-exp(-1,63·А)]0,984 (6)
где, Н-высота сосны, м; А-возраст, лет

4.2. Оценка жизнеустойчивости лесных культур сосны обыкновенной на склонах

Представлены результаты оценки жизненного состояния, показатели напряженности роста (ПНР) и продуктивности камбия (ПК) сосны обыкновенной.

Самый высокий показатель напряженности роста у лесных культур наблюдается на северных экспозициях в верхних частях склона (в 10 летнем возрасте ПНР=61,1, а в 32 года-ПНР=16,39), что на 5-10% выше, чем в нижних частях склона. Самый низкий показатель напряженности роста у лесных культур, созданных в нижних частях склона, особенно, на склонах южной экспозиции (в 10 летнем возрасте ПНР=46,35, а в 30 лет ПНР=13,37). Продуктивность камбия самая низкая на склонах северных экспозиций, а наибольшая - на 15-20% - на южных склонах, что объясняется более лучшими условиями освещения. Жизненное состояние лесных культур оценивается как здоровое с показателями на склонах южной экспозиции от 85,5% до 91,7%, склонах северной экспозиции от 81,4% до 89,5%. На террасированных склонах напряженность роста практически одинакова (южная - 12,52, северная - 12,57), но продуктивность камбия лесных культур южной экспозиции выше на 60%. Напряженность роста насаждений, созданных по террасам, ниже на 5-7%, чем у культур, произрастающих без террасирования.

5. Влияние лесных культур на снегоотложение, влагозапасы, и продуктивность прилегающих пастбищных угодий

5.1. Влияние лесных культур на снегоотложение и влагозапасы, прилегающих пастбищных угодий

По мере удаления от лесных культур высота снега и запасы воды снижаются: в зоне 10-20Н под защитой лесных культур запасы воды в снеге составляют в среднем за годы наблюдения от 149 до 211 мм на северной экспозиции и 143-208 мм на южной экспозиции. В открытом поле эти показатели ниже на 15-30%, с зоной мелиоративного влияния лесных культур на снегоотложение до 10Н.

В целом лесные культуры способствуют увеличению высоты снежного покрова в 1,1-1,5 раза по сравнению с открытым полем. Если мощность снега к концу зимы в открытом поле достигала в среднем за годы наблюдений 31-56 см, то на лесомелиорированных пастбищах, примыкающих к лесным культурам, 41-78 см. Запасы воды в снеге составляют соответственно 37-129 мм и 113-211 мм.

Установление снежного покрова под влиянием лесных культур происходит раньше, чем на открытых полях. К весне в зоне шлейфа накапливается 45-70 см снега против 31-45 см в открытом поле. Запас воды в снеге на полях, прилегающих к лесным культурам, колеблется от 100 до 200 мм, а в открытом поле - 70- 120 мм.

Наибольшее накопление почвенной влаги за годы исследований наблюдалось на поле северной экспозиции под защитой лесных культур и составляли 101%НВ весенний и 69%НВ в летний период. Лесомелиорированные склоны северной экспозиции накапливают на 16% почвенной влаги больше, чем на контроле, а южной - на 14,5% (рис. 8-11). Зависимость влагозапасов в почве от снегораспределения и удаления от лесных культур подтверждает, проведенный нами, регрессионный и корреляционный анализ (рис. 12 и 13).



Рис. 8. Запасы доступной влаги в слое 0,7 м на северной экспозиции

Рис. 9. Запасы доступной влаги в слое 0,7 м на южной экспозиции

Рис. 10. Запасы доступной влаги в слое 0,7 м на склоне северной экспозиции (контроль)

Рис. 11. Запасы доступной влаги в слое 0,7 м на склоне южной экспозиции (контроль)

5.2. Динамика продуктивности пастбищных угодий, находящихся под влиянием лесных культур

Нами определена продуктивность кормовых трав лесопастбищных угодий на склонах северной и южной экспозиции, находящихся в зоне влияния лесных культур, и в открытом поле, не подверженных влиянию лесных культур (табл. 9).

Полученная зависимость начальных влагозапасов в почве от высоты снежного покрова на естественных пастбищах, находящихся под влиянием лесных культур, описывается уравнением

Z=13,54-(-7,36)Х+ 0,00038)У²+(-0,00038)ХУ +(-4,856)Х²

R=0,99 R²=0,98

где,

Z - влагозапасы, мм;

Х - удаление от лесных культур, м;

У - снегозапасы

Рис. 12. Зависимость влагозапасов в почве пастбищ от снегораспределения и удаления от лесных культур на северной экспозиции



Полученная зависимость начальных влагозапасов в почве от высоты снежного покрова, на естественных пастбищах находящихся в открытом поле (контроль) которая описывается уравнением вида:

Z=-61,84-(-14,615)Х+ 0,00035)У²+0,000303)ХУ-4,856)Х²

R=0,96 R²=0,92

где,

Z - влагозапасы, мм;

Х - удаление от лесных культур, м;

У - снегозапасы.

Рис. 13. Зависимость влагозапасов в почве пастбищ от снегораспределения на склоне северной экспозиции (контроль без лесных культур)

Результаты определения продуктивности кормовых угодий являются доказательством того, что изменения микроклимата территории расположения лесопастбищных угодий оказывают благоприятное воздействие на рост и развитие лесопастбищной растительности. Лесные культуры своим влиянием обеспечивают существенную прибавку урожая кормовых трав. Анализируя величину урожая по пунктам наблюдений (рис. 14 и 15), заметим, что максимальный урожай практически на всех экспозициях формируется в зонах снежных шлейфов с хорошей влагозарядкой почвы.

Средняя продуктивность кормовых трав под защитой лесных культур на 35-50% выше в различные годы, чем в открытом поле на этих же экспозициях, что также подтверждает регрессионный анализ (рис 16 и 17).

Таблица 9. - Продуктивность пастбищ под защитой лесных культур на террасах и контроле по экспозициям склона, т/га

Варианты опытов	Удаление от контрольных точек	Средняя продуктивность, т/га	НСР05, т/га
	1Н	5Н	10Н	15Н	20Н
Северная экспозиция 2005
Под защитой ЛК	2,55	2,45	2,37	2,35	2,00	2,34	0,11
Контроль	1,60	1,55	1,60	1,60	1,51	1,57
Южная экспозиция 2005
Под защитой ЛК	2,35	2,25	2,20	2,15	1,80	2,15	0,08
Контроль	1,50	1,45	1,45	1,40	1,40	1,44
Северная экспозиция 2006
Под защитой ЛК	2,25	2,20	2,17	2,00	1,80	2,08	0,12
Контроль	1,55	1,55	1,60	1,55	1,50	1,55
Южная экспозиция 2006
Под защитой ЛК	1,90	1,83	1,78	1,75	1,60	1,77	0,13
Контроль	1,40	1,35	1,35	1,20	1,20	1,30

Рис. 14. Продуктивность пастбища на северном склоне под защитой ЛК и на контроле

Рис. 15. Продуктивность пастбища на южном склоне под защитой ЛК и на контроле



Полученная зависимость продуктивности от удаления лесных культур и содержания доступной влаги в почве имеет вид

Z=(1,3926)-(-17,263)Х-(1,4Е-05)У²+(1,58Е-05)ХУ + (-17,258)Х²

R=0,98 R²=0,96

где,

Z - продуктивность пастбища, т/га;

Х - влагозапас, мм;

У - удаление от лесной полосы, м.

Рис. 16. Зависимость продуктивности пастбища под влиянием лесных культур на склоне северной экспозиции

Полученная зависимость продуктивности на контроле от удаления и содержания доступной влаги в почве, имеет вид Z=(1,3926+ 17,263)Х-(1,4Е-05)У² +(1,58Е-05)ХУ-17,258)Х²

R=0,98, R²=0,96

где,

Z - продуктивность пастбища, т/га;

Х - влагозапас, мм;

У - места взятия снопов на открытой местности, м.

Рис. 17. Зависимость продуктивности пастбища без влияния лесных культур на склоне северной экспозиции

Биоэнергетическая и экономическая оценка эффективности мелиоративного влияния лесных культур

Наиболее высокие показатели накопления энергии продуктивности пастбищ и уровня рентабельности соответствуют в мелиоративной зоне влияния защитных лесных культур сосны обыкновенной: на расстоянии от лесных культур 5Н обменная энергия продуктивности естественных трав выше контроля в два раза независимо от экспозиции склона и расположения по рельефу.

Энергетический коэффициент лесомелиорированного пастбища превышал в среднем на 60% открытые агроландшафты за счет значительно большего видового разнообразия травянистой растительности и ее продуктивности.

Срок окупаемости денежных затрат на создание защитных лесных культур составил 5 лет.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Террасирование крутосклонов земель (20-35⁰) на меловых отложениях снижает на порядок эрозию почв. Дальнейшее освоение террас лесными культурами сосны обыкновенной меловой приведет к прекращению эрозионных процессов и стабилизации нарушенных экосистем.

2. Современное жизненное состояние лесных культур сосны - здоровое с оценкой от 81,4 до 92,1%. Биометрические показатели (диаметр, высота и др.) культур сосны в фазе жердняка, созданных по террасам, выше в среднем до 10% этой же породы, произрастающей по бороздам за счет большего влагонакопления и питания в насыпях и бермах. Соответственно отличается динамика таких показателей, как напряженность роста, продуктивность камбия, устойчивость насаждения - они лучше у сосны, созданной по террасам склонов южной экспозиции.

Зависимость биометрических показателей сосны от возраста насаждений, технологии создания, экспозиции и расположения по рельефу описываются функцией Митчерлиха у=а[1-exp(-bx)]^c коэффициентами детерминации связи параметров 0,88-0,98

3. Лесные культуры сосны формируют почвы, прилегающих пастбищ. За 30 - летний период в культурах образовалась лесная подстилка толщиной до 2 см и степной войлок на прилегающих пастбищах - 1,5-2,0 см.

Под воздействием лесных культур происходит равномерное снегораспределение с существенным влиянием на расстоянием до 10Н (90-110 м) и прибавкой воды 30-80 мм. Та же тенденция характерна для динамики влагозапасов в почве: начальное содержание влаги было 98-102%НВ и к концу вегетации приближалась к значению ВЗ. Установлены регрессионные зависимости влагозапасов в почве от снегозапасов и удаления от лесных культур с построением поверхностей откликов и определением коэффициентов детерминации 0,92-0,98, что указывает на тесную связь изучаемых признаков.

4. Увеличение продуктивности естественных трав под влиянием лесных культур составило 35-50%. Прибавка продуктивности пастбища возрастает с усилением сухости года. Отмечено улучшение видового состава трав с доминантой бобовых, сложноцветных и злаковых семейств. На контроле преобладали полынь и растения - эндемики, характерные для меловых отложений.

Зависимость продуктивности пастбищ от влияния лесных культур (удаления) описывается уравнением вида:

Z=1,3926+17,263Х-1,4Е-05У2+1,58Е-05ХУ-17,258Х²

Значения коэффициента детерминации - R=0,98.

5. Наиболее высокие показатели накопления энергии продуктивности пастбищ и уровня рентабельности соответствуют в мелиоративной зоне влияния защитных лесных культур сосны обыкновенной: на расстоянии от лесных культур 5Н обменная энергия продуктивности естественных трав выше контроля в два раза независимо от экспозиции склона и расположения по рельефу.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ

1. В целях защиты почвы от эрозии необходимо создавать лесные культуры сосны обыкновенной дифференцированно по элементам рельефа от водораздела до гидрографической сети.

2. Создавать лесные культуры сосны обыкновенной на ступенчатых микротеррасах шириной 1,5 м с расстоянием между террасами 3-4 м и обратным уклоном полотна 3⁰ без вскрытия материнской породы.

3. Для посадки использовать сеянцы сосны обыкновенной меловой более приспособленной к местным условиям меловых обнажений Хвалынских гор Приволжской возвышенности.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Кузин Н.Л. Рост сосны меловой в Национальном парке «Хвалынский». /Савинов В.А., Кузин Н.Л., Савинов А.В.// «Оптимизация агроландшафтов, проблемы и перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения»: Материалы науч.-практ. конф. аспирантов и молодых ученых. Волгоград, 30 ноября - 02 декабря 2004 г. - Волгоград: Изд-во ВНИАЛМИ, 2004. - 218 с. - 185-187.

2. Кузин Н.Л. Рост и развитие сосны в Национальном парке «Хвалынский». [текс] /Н.Л.Кузин., А.В.Савинов // «Молодые ученые - агропромышленному комплексу Поволжского региона» сборник научных работ. Саратов - 2004. - 113-115.

3. Кузин Н.Л. Рост и развитие сосновых культур в Национальном парке «Хвалынский». [Текст] /А.Н.Кузин, П.Н. Проездов, Н.Л.Кузин, Н.А.Демин.// «Вестник СГАУ им. Н.И.Вавилова», №2: Саратов - 2007. с. 26-27.

4. Кузин Н.Л. Влияние террас на защиту почвы от эрозии на склонах большой крутизны /П.Н.Проездов, Н.Л.Кузин. Информац. листок №9. - Саратов: Саратовский ЦНТИ, 2007. - 2 с.

5. Кузин Н.Л. Выбор породы при создании лесных культур на меловых склонах Приволжской возвышенности /Н.Л.Кузин информац. листок №10. - Саратов: Саратовский ЦНТИ, 2007. - 2 с.

6. Кузин Н.Л. Эрозионные процессы на склонах Национального Парка «Хвалынский» Приволжской возвышенности // Эколого-Технолог. аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи // П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, Н.Л. Кузин. Материал 1 международной научно-практ. конф. СГАУ им. Н.И.Вавилова, Саратов, 2007. с. 53-55.

Размещено на Allbest.ru

...