Меліоративна ефективність лісових насаджень в умовах Житомирського Полісся

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕЛІОРАТИВНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ В УМОВАХ ЖИТОМИРСЬКОГО ПОЛІССЯ

Буднік І.П., Піціль А.О., Ковальова С.П., кандидати с.-г. наук

Житомирський національний агроекологічний університет

Наведено результати досліджень меліоративної ефективності лісових насаджень, горизонтальної міграції основного елементу радіоактивного забруднення ґрунтів лісоаграрних ландшафтів Полісся ¹³⁷Gs. Доведено меліоративну захисну роль лісових насаджень, які справляють оптимізуючу дію в агроландшафтах на поверхневий стік та ерозію ґрунтів та є біофізичними бар'єрами на шляху проходження ерозійно-гідрологічних процесів.

З'ясовано основні показники гідрологічних характеристик малих річок Полісся (на прикладі басейну р. Норин), морфологію та ландшафтну структуру басейнів, їх роль у міграції радіонукліда. Показано захисну роль лісових насаджень, які справляють оптимізуючи дію на горизонтальну міграцію ¹³⁷0s та інших техногенних забруднювачів.

Розроблена класифікація екологічного стану меліорованих водозборів за ознаками функціонування поверхневого стоку, на підставі якої визначено шляхи управління міграції полютантів за гідрологічно-ерозійних процесів у лісоаграрних ландшафтах Житомирського Полісся.

Ключові слова: річка, меліорація, басейн, ландшафт, ґрунт, забруднення, міграція, стік, ліс.

лісові насадження меліоративний радіоактивне забруднення ґрунт

Мелиоративная эффективность лесных насаждений в условиях Житомирского Полесья

И.П. Будник, А.О. Пициль, С.П. Ковалёва

Приведены результаты исследований мелиоративной эффективности лесных насаждений, горизонтальной миграции основного элемента радиоактивного загрязнения почв лесоаграрных ландшафтов Полесья 137Сs. Доказана мелиоративная защитная роль лесных насаждений, которые оказывают оптимизирующее действие в агроландшафтах на поверхностный сток и эрозию почв и является биофизическим барьером на пути следования эрозионногидрологических процессов.

Выяснены основные показатели гидрологических характеристик малых рек Полесья (на примере бассейна р. Норин), морфологию и ландшафтную структуру бассейнов, их роль в миграции радионуклидов. Показана защитная роль лесных насаждений, которые оказывают оптимизирующее действие на горизонтальную миграцию 137Сs и других техногенных загрязнителей.

Разработана классификация экологического состояния мелиорированных водосборов по признакам функционирования поверхностного стока, на основании которой определены пути управления миграции поллютантов при гид- рологически-эрозионных процессах в лесоаграрных ландшафтах Житомирского Полесья.

Ключевые слова: река, мелиорация, бассейн, ландшафт, почва, загрязнение, миграция, сток, лес.

Постановка проблеми. В сучасному уявленні екології ландшафтів і агролісомеліорації, лісові насадження слугують каркасом (захисним бар'єром) для агроландшафтів, перетворюючи їх в лісоаграрні [1-4].

Проблема меліоративної ефективності захисту сільськогосподарських угідь лісовими насадженнями насамперед зумовлена: незбалансованим співвідношенням орних земель, природних сіножатей і пасовищ, лісів; неефективністю захисту земель в умовах збільшення інтенсивності суховіїв, посух, водної і вітрової ерозії; погіршенням лісівничого стану захисних лісових насаджень та зменшенням їх площі.

Основним забруднювачем ґрунтів Полісся є ¹³⁷Cs, який осів внаслідок Чорнобильської катастрофи [8]. На території, що досліджується, розташовані десятки водних об'єктів (озера, ставки, малі водосховища та річки) і території, щодо яких обов'язково мають бути прийняті рішення про закриття, консервування чи відновлення і продовження експлуатації в умовах відчужених територій. Практика успішного ведення сільського господарства в економічно розвинутих країнах свідчить про важливість застосування захисних лісових насаджень як невід'ємної складової сучасного землеробства. Захисні лісові насадження створюють екологічний каркас агроландшафтів.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Українське Полісся є зоною надмірного зволоження і нестачі тепла. Як заходи з поліпшення водного та теплового балансу, ряд дослідників [1-5] рекомендує використовувати полезахисні смуги, які позитивно впливають на формування теплового балансу облісненого поля і сприяють більш кращому використанню сонячної радіації.

Лісові насадження в агроландшафтах найбільше впливають на загальну кількість вологи, що ефективно використовується рослинами. Вони помітно збільшують прибуткову частину водного балансу за рахунок акумуляції вологи [1]. Під дією лісових смуг посилюється вологообмін, на міжсмугових полях покращується умови зволоження, стабілізується водний режим, зменшується швидкість вітру, регулюється стік дощових і талих вод, затримується сніг, водночас позитивно впливають на фізичні та агрохімічні властивості ґрунту [1-4]. Аналіз природно-економічних умов досліджуваного регіону свідчить про доцільність саме лісомеліоративного напряму трансформації деградованих, малопродуктивних і радіоактивно забруднених земель [5].

Теоретичні передумови і експериментальні дані свідчать, що ерозійно-гідрологічні процеси, являючись провідними у перетворенні природно-територіальних комплексів, підвищень і рівнин, порушують екологічну рівновагу в лісоаграрних ландшафтах [4, 6, 7].

Потоки речовини в ландшафті пов'язані з його структурою і, в кінцевому результаті, замикаються в басейнах гідрологічної сітки. Вагома частка літературних джерел присвячена впливу лісових насаджень на поверхневий стік. В більшості робіт відмічається, що стік весняної повені з лісових угідь менший ніж з польових і ця різниця тим більша, чим нижче по широті розміщений водозбір [7].

Найбільш неоднорідним є матеріал щодо поверхневого стоку на лісових та польових угіддях в регіонах з надмірним зволоженням. Для Полісся України дані щодо цього питання є фрагментарними і характеризуються одинокими дослідженнями та спостереженнями [7, 10, 11, 12].

Мета дослідження - встановлення меліоративної ролі лісових насаджень, як оптимізуючого чинника у горизонтальному перерозподілі техногенних забруднювачів із водозборів за довжиною улоговини в лісоаграрних ландшафтах Народицького району (на прикладі басейну р. Норин).

Матеріал і методика дослідження. Оцінку природних умов проведено за даними багаторічних систематичних спостережень Житомирського гідрометеоцентру та агрокліматичних довідників.

Лісівничо-таксаційну характеристику вивчали шляхом закладення пробних площ за загальноприйнятими методиками в захисних лісових насадженнях ДП “Овруцьке СЛГ” (протиерозійні насадження Словечанського кряжу).

Вивчення впливу лісових насаджень на розподіл снігового покриву у агроландшафті проводили на трансектах, які прокладені через поля перпендикулярно основним лісовим смугам.

Дослідження стоку талих вод проводили шляхом спостереження за складовими водного балансу елементарної ділянки водозбору за загальноприйнятими методами. Методичною основою вимірювань стоку на схилах було визначення як характеристик стоку, так і факторів його формування в декількох місцях по довжині схилу (улоговині), від вододілу до водозливу (кінцевого створу) і за ним. На прикладі двох елементарних водозборів в Народицькому районі - «Радча» та «Отруби» було простежено горизонтальну міграцію основного елементу радіоактивного забруднення ¹³⁷Cs в ґрунті за лініями проходження поверхневого стоку.

Зразки ґрунту для лабораторних досліджень відбирали методом конверта у вересні-жовтні 2005-2014 рр. з орного шару (0-20 см) дерново-середньопідзолистого супіщаного ґрунту, по всій довжині улоговини починаючи з її вершини, в шлейфі акумуляції, продуктах стоку; лісовій смузі і до замикаючого створу (трубчастого водозливу) та за водозливом.

Питому активність ¹³⁷Cs у ґрунті та воді визначали методом гамма спектрометрії на УСК «Гама плюс» з програмним забезпеченням «Прогрес» згідно з існуючими нормативними документами у Житомирській філії ДУ «Держґрунтохорона».

Основні результати дослідження. За матеріалами лісовпорядкування і результатів проведених досліджень встановлено, що на яружно-балкових землях переважаючими лісоутворюючими породами є: сосна звичайна, береза повисла, акація біла, дуб звичайний і червоний, вільха чорна та супутні породи - клен гостролистий і ясенелистий, черемха звичайна. Чагарникові породи (підлісок) - бузина червона і чорна, свидина біла, бруслина європейська, ліщина; роль підліску виконує також підріст головних і супутніх деревних порід.

Лісові насадження в цілому відіграють важливе меліоративне значення в навколишньому природному середовищі і безпосередньо в лісоаграрних ландшафтах, слугуючи достатньо потужними водорегулювальними та протиерозійними заходами.

З метою дослідження особливостей снігозатримання і снігорозподілення на прилеглих полях під впливом полезахисних лісових смуг було проведено снігомірні спостереження. Об'єктом дослідження стали 10 лісових смуг різних за конструкцією, в яких було прокладено 14 маршрутних ходів (МХ). Середня ажурність лісових смуг у безлистому стані знаходиться в межах 30-60 % (табл. 1).

Простежується тісний взаємозв'язок між аеродинамікою (зниження швидкості вітру) та об'ємом (V м³-м^-1) затриманого снігу: чим більший сумарний вітрозахист, тим більший об'єм затриманого снігу. Особливості затримання снігу - це дзеркальне відображення зниження швидкості вітру. Сніг затримувався на обох прилеглих до лісової смуги полях, що вказує на позитивний вплив лісових смуг незалежно від просторової орієнтації. Товщина снігових шлейфів на міжсмугових полях із завітряної сторони лісової смуги приблизно в 1,5 рази більша, ніж з навітряної.

Найбільш неоднорідними є дані щодо поверхневого стоку на лісових та польових угіддях в районах з надмірним зволоженням. У більшості робіт [7, 10-12] відмічається складність гідрологічного процесу поверхневого стоку, його багатофакторність та ймовірнісний характер, що і визначає багатократність спостережень і накопичення експериментальних даних.

Таблиця 1 - Вплив лісових смуг різних конструкцій на снігозатримання і снігорозподілення

Примітка: Кр - коефіцієнт рівномірності меліоративного впливу (зменшення швидкості вітру, снігозатримання, ґрунтопокращення тощо) лісових смуг на прилеглі поля в зоні 0-25(30 )Н - це відношення різниці максимального і мінімального впливів у вказаній зоні до його середнього значення. Чим менший Кр ближче, тим лісові смуги рівномірніше впливають на прилегле поле [8].

Для Полісся України дані щодо цього питання фрагментарні і мають поодинокі дослідження та спостереження. Це і спонукало нас звернути увагу на формування водного балансу на різних агрофонах - (багаторічні трави, озимі, рілля), та в різних лісорослинних умовах (ліс складом 8С 2Б - вік 15 років, та лісова смуга 3р.Д 2р.С. 1р.Б.). Дані наших спостережень (1999-2015 рр.) про водний баланс свідчать про те, що в цілому стік з лісових насаджень менший за стік з багаторічних трав (перелогу) - таблиця 2. Різниця між оранкою та лісовою смугою незначна.

Таблиця 2 - Елементи водного балансу на стокових ділянках, мм (середнє за 1999-2015 рр.)

Проведені експериментальні дослідження дозволили встановити залежність стоку і змиву від видового складу (хвойних і листяних порід) та повноти насаджень. Встановлено, що в насадженнях складом до п'яти і більше одиниць листяних порід поверхневий стік значно зменшується порівняно із сосновими насадженнями.

Лісові насадження чинять суттєвий вплив на якісні показники поверхневого стоку, відіграючи роль біофізичного бар'єру на шляху міграції речовин з продуктами стоку. Концентрація забруднювачів чітко різниться за елементами водозбору, відбувається трансформація забруднювачів за улоговинами та їх акумуляція в пристворній зоні. Міграцію речовин на водозборі рекомендується розглядати разом із визначенням критичних доз вмісту речовин у воді, за яких відбувається інтенсивний вихід речовин з ґрунту, що забезпечує визначення на схилах місць з критичним впливом. За результатами проведених досліджень було встановлено, що питома активність ¹³⁷Cs у 0-20-см шарі ґрунту синхронно змінюється із віддаленням від вершини улоговини до збільшення її в акумулятивній зоні й сягає максимального значення в присмужній та безпосередньо в лісовій смузі (табл. 3).

Такий закономірний розподіл елементів у верхньому шарі ґрунту по лінії ерозійного стоку і його змиву від місцевої вододільної лінії до гідрографічної сітки пов'язаний з ерозійно- гідрологічним процесом і факторами, що його визначають.

Таблиця 3 - Щільність забруднення ґрунту ¹³⁷Cs у водозборах лісо аграрних ландшафтів на шляху проходження поверхневого стоку, (середнє за 2005-2015 рр.)

Радіоекологічна ситуація в лісоаграрних ландшафтах Житомирського Полісся свідчить про суттєвий вплив захисних лісових насаджень на територіальний розподіл ¹³⁷Cs.

Лісові насадження чинять суттєвий вплив на якісні показники поверхневого стоку, відіграючи роль біофізичного бар'єру на шляху міграції речовин із продуктами стоку. Концентрація забруднювачів чітко різниться за елементами водозбору, відбувається трансформація забруднювачів за улоговинами та їх акумуляція в пристворній зоні.

Лісові насадження виконують важливу роль щодо захисту ґрунтового та рослинного покриву. Крім основного призначення захищати агроландшафти від вітрової та водної ерозії, вони виконують ще й функцію захисту від техногенного забруднення, слугуючи бар'єром на шляху міграції елементів.

Кількісні характеристики і динаміка процесу виносу продуктів ерозії від вододілу до гідрографічної сітки регламентується поєднанням природних умов (розчленованість території, крутизна схилів, підстилаюча поверхня, ґрунт та ін.). За отриманими результатами досліджень виявлено, що диференціація показників стоку і ерозії у різних структурних елементах агроландшафтів виявляється в кінцевому результаті на гідрологічних характеристиках малих річок, на особливостях потоку речовини в межах їх басейнів (табл. 4).

Таблиця 4 - Гідроморфометричні показники малих приток в басейні р. Норин

В басейні р. Норин площа орних земель складає 344,12 км² (42,4 %), пасовищ - 149,8 км² (18,5 %), лісів - 245,08 км (30,2 %). Площа лісових смуг незначна - 1,1 км або 0,13 %, а до площі ріллі - 0,31 %. По басейнах приток річки Норин структура ландшафту різноманітна (табл. 5).

Таблиця 5 - Структура земельних угідь басейну р. Норин

Виявлений досить тісний зв'язок між насиченням території басейну лісовими насадженнями (лісистість) і каламутністю потоків малих річок у межах цих басейнів (рис. 1).

Рис. 1. Залежність каламутності потоку приток р. Норин (М) від лісистості басейну (L).

Управління потоками радіонуклідів у ландшафті за допомогою лісових насаджень основане на їх меліоративних функціях, агроландшафти із радіоактивним забрудненням повинні мати агроекологічний пріоритет із врахуванням максимального протиерозійного ефекту та стокоре- гулюючої дії.

Розроблені математичні моделі для агроландшафтів Полісся, що відображають роль таких факторів як ґрунт, гідрологічний режим, рослинний покрив. Ці моделі дозволили на прикладі типового для регіону басейну малої річки прогностично розрахувати оптимізуючі дії лісових насаджень на міграцію радіонуклідів, що наведено в таблиці 6.

Таблиця 6 - Оцінка потоків ¹³⁷С8 у басейні річки Норин

Результати таблиці 6 свідчать про значний вплив лісових насаджень на перетворення потоків ¹³⁷Gs, що виражаються в кінцевому результаті у зменшенні його виносу з басейну річки.

Виходячи з експериментальних даних і теоретичних уявлень та враховуючи лісомеліоративний стан процесів, які визначають вторинну горизонтальну міграцію речовин на досліджуваних водозборах, оцінку стоку за різними елементами ландшафту (ліс, лісосмуга, сільськогосподарські угіддя з різними агрофонами - рілля, багаторічні трави, озимі) та перерозподіл їх по лініях стоку, нами було виділено 5 класів за ознаками функціонування міграції речовин в лісоаграрних ландшафтах (табл. 7).

Ця класифікація дає змогу визначити шляхи управління процесом міграції полютантів за гідрологічно-ерозійних процесів в меліорованих лісоаграрних ландшафтах Житомирського Полісся.

Таблиця 7 - Класифікація стану меліорованих водозборів лісоаграрних ландшафтів за проявом поверхневого стоку

Висновки. Лісові насадження в агроландшафті чинять суттєвий регулюючий і стабілізуючий вплив на поверхневий стік і ерозію ґрунтів та є біофізичними бар'єрами на шляху проходження ерозійно-гідрологічних процесів.

З огляду на зазначене вище можна твердити, що прогнозування розвитку міграційних процесів ¹³⁷Cs у лісоаграрних ландшафтах Полісся можливе на підставі побудови моделей функціонування їх окремих елементів. Отримані прогностичні моделі дали змогу розробити ефективні шляхи управління міграційними процесами радіонуклідів, що базуються на правильній трансформації стоку наносів, який необхідно фіксувати в гідрографічній мережі не допускаючи його міграції за межі елементарних водозборів. Прогностичні моделі функціонування елементів лісоаграрних ландшафтів дозволяють визначити основні параметри їх опорних елементів, головними з яких є захисні лісові насадження, що справляють оптимізуючу дію на горизонтальну міграцію радіонуклідів та інших техногенних забруднювачів.

Для запобігання просторової міграції нуклідів і накопичення їх у ґрунтах прилеглих ландшафтів важливою ланкою є розширення і збереження площ лісових насаджень та полезахисних лісових смуг, які є природними універсальними фільтрами.

Перспективи подальших досліджень слід зосередити на вивченні таких же показників на інших водозборах Житомирського Полісся. Напрям подальших досліджень має перспективу у вивченні поведінки техногенних забруднювачів у лісоаграрних ландшафтах із врахуванням їх токсикологічної дії, а також узагальнення параметрів забруднення довкілля у регіональному аспекті.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Агролісомеліорація: [підручник] / [В.Ю. Юхновський, С.М. Дударець, В.М. Малюга]; за ред. В.Ю. Юхнов- ського. - К.: Кондор, 2012. - 372 с.

2. Фурдичко О.І. Основи управління агроландшафтами України / О.І. Фурдичко, А.П. Стадник. - К.: Аграр. наука, 2012. - 384 с.

3. Фурдичко О.І. Ліс у Степу: основи сталого розвитку : монографія / О.І. Фурдичко, Г.Б. Гладун, В.В. Лавров; за ред. О.І. Фурдичка. - К.: Основа, 2006. - 496 с.

4. Юхновський В.Ю. Лісоаграрні ландшафти рівнинної України: оптимізація, нормативи, екологічні аспекти / В.Ю. Юхновський. - К.: Інститут аграрної економіки, 2003. - 273 с.

5. Шаповал А.М. Роль лісомеліоративного облаштування агроландшафтів при їх оптимізації / А.М. Шаповал // Електронний журнал "Наукові доповіді НУБіП України", 2005 червень №1, режим доступу http://nd.nubip.edu.ua/ 2005-1/05samfio.html.

6. Васенков Г.І. Горизонтальна міграція цезію-137 при водноерозійних процессах / Г.І. Васенков, О.С. Полищук // Вісник аграрної науки. - К., 1999. - №9. - С. 37-39.

7. Ивонин В.М. Экология и лесная мелиорация / В.М. Ивонин. - Новочеркасск: НИМИ, 1988.-99 с.

8. Пилипенко А.И. Лесоводственные особенности и мелиоративное влияние полезащитных лесных полос в условиях черноземной Степи Украины (Теоретическое и экспериментальное обоснование оптимальных конструкций лесополос) / А.И. Пилипенко .- К.: Изд-во УСХА, 1992. -- 75 с.

9. Гаршинев Е.А. Методические основы моделирования эрозионно-аккумулятивного процесса при стоке талых вод в полевом эксперементе / Е.А. Гаршинев, Г.И. Васенков // Науч. тр. ВНИАЛМИ. - 1987. - Вып 11(90). -С. 125-132.

10. Зубов О.Р. Закономірності ерозійно-акумулятивних процесів в лісоаграрному ландшафті балкового водозбору / О.Р. Зубов // Меліорація і водне господарство. - 2000. - Вип. 87. - С.146-153.

Efficiency of forest amelioration in Zhytomyr Polissya

Размещено на Allbest.ru