Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса 6
Глава 2 Программа, методика и объем выполненных работ
2.1 Программа работ 22
2.2 Методика исследований 23
2.3 Объем выполненных работ 29
Глава 3. Природные условия
3.1 Климатические особенности 30
3.2 Геологическое строение, рельеф и природные ландшафты 35
3.3 Почвообразующие породы и почвы 41
3.4 Растительность 48
Глава 4. Защитные лесные насаждения в системе экологического сбалансированного природопользования
4.1 Защитные лесные насаждения лесного фонда 56
4.2 Защитные лесные насаждения на сельскохозяйственных угодьях 60
4.3 Экологический потенциал защитных лесных насаждений 66
Глава 5. Почвы облесенных полей Белебеевской возвышенности
5.1 Серые лесные почвы 75
5.2 Черноземы 82
5.3 Взаимодействие почв и защитных лесных насаждений 93
5.4 Эволюция почв при сельскохозяйственном пользовании 101
5.5 Проти вод ефляционная устойчивость почв 102
5.6 Гумусообразование и гумусонакопление на облесенных полях 125
Глава 6. 3ащитные лесные насаждения и урожайность сельскохозяйственных культур
6.1 Лесистость общая и урожайность сельскохозяйственных культур 136
6.2 Лесистость пашни и урожайность сельскохозяйственных культур 149
Глава 7. Регенерация искусственных лесных экосистем и постоянство пользования защитными лесными насаждениями
7.1 Регенерация искусственных экосистем 157
7.2 Постоянство пользования защитными лесными насаждениями 154
Библиография 171
Приложения 181
- Объем выполненных работ
- Геологическое строение, рельеф и природные ландшафты
- Защитные лесные насаждения на сельскохозяйственных угодьях
- Гумусообразование и гумусонакопление на облесенных полях
Введение к работе
Актуальность темы. Любая из глобальных проблем рационального использования биологического потенциала территории имеет региональное проявление и региональное решение. Одним из уникальных не только по природным условиям, но историческому опыту по воспроизводству биологического потенциала природных ресурсов является Белебеевская возвышенность, где особую теоретическую и практическую значимость приобретают как закономерности взаимодействия почв и лесных насаждений на лесоаг-рарных ландшафтах так и продолжительности этого взаимодействия. В то же результаты длительных производственных опытов и наблюдений, экспериментальных данных по воспроизводству плодородия почв на облесенных полях разноречивы и не обобщены, чем сдерживается разработка научно-обоснованного комплекса агротехнических мероприятий, направленных на устойчивое управление почвенным плодородием на облесенных полях.
Почва, являясь одним из основных компонентов биосферы, выполняет важнейшие биогеоценотические функции, которые в сочетании с лесными насаждениями усиливается многократно. Оказывая прямое влияние на рост, развитие и строение и лесного фитоценоза, почва на сельскохозяйственных угодьях сама претерпевает существенные изменения под влиянием защитных насаждений, на них сформированных. Поэтому всестороннее и глубокое исследование генезиса и свойств почв на облесенных полях необходимо не только с позиций сельскохозяйственной практики и проведения экологического мониторинга, но и охраны окружающей среды в условиях возрастающего антропогенного воздействия на нее.
Целью исследований явилась разработка мероприятий по оптимизации воспроизводства почвенного плодородия на облесенных полях Белебеевской возвышенности на основе обобщения производственного опыта и экспериментальных данных.
В процессе работы по достижению поставленной цели решались следующие задачи: анализ состояния почвенного покрова; изучение функцио- нальной структуры защитных лесных насаждений и их экологического потенциала; выявление взаимосвязи общей лесистости и лесистости пашни с основными параметрами почвенного покрова и урожайностью сельскохозяйственных культур на основе корреляционного и регрессионного анализа; разработка моделей защитных лесных насаждений постоянного пользования.
В соответствии с целью исследований программы работ разрабатывались следующие вопросы:
Изучение природных условий почвообразования;
Анализ научной и ведомственной литературы о влиянии защитных лесных насаждений на свойства почвы;
Подбор участков для закладки постоянных пробных площадей в защитных лесных насаждениях, прилегающих к полям севооборотов;
4. Изучение морфологических, водно-физических, химических и физико- химических свойств почв на облесенных полях;
5. Изучение динамики средообразующих факторов под влиянием полезащит ных лесных насаждений.
Научная новизна. На основе обобщения многолетних производственных опытов и экспериментальных данных установлены взаимосвязи основных параметров почв и урожайности сельскохозяйственных культур с защитными лесными насаждениями на облесенных полях: разработана оригинальная концепция экологически сбалансированного природопользования на облесенных полях.
На защиту выносится : - закономерности взаимодействия почв и защитных лесных насаждений на облесенных полях; - взаимосвязь общей лесмстости и лесистости пашни и урожайности сель скохозяйственных культур - концепция непрерывности пользования защитными лесными насаждениями на облесенных полях.
Практическая ценность результатов исследований. Материалы исследований могут быть использованы при разработке системы ведения сельского хозяйства на Белебеевской возвышенности.
Личный вклад автора заключается в планировании эксперимента, разработке схемы полевых опытов и руководстве ее выполнением, анализе и обобщении собранного материала, математической обработке и интерпретация данных. Аналитическая часть исследований проведена в центральной лаборатории Башкирского Государственного аграрного университета.
Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечивается применением современных методов исследований, достаточным объемам экспериментального материала, воспроизводимостью результатов опытно-производственных данных, использованием математической статистики.
Апробация. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: международных -«Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания» (Уфа, 2002),), «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа,2002), Всероссийской- «Проблемы лесного комплекса России в переходный период экономики» (Вологда, 2002), региональной- «Аграрная наука- состояние и проблемы» (Ижевск, 2002) научно-практической конференции «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья : экология и плодородие» (Уфа, 2006), на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников БГАУ (1999 -2006).
Публикации. По теме работы опубликовано 12 работ, в том числе четыре монографии (в соавторстве) и шесть статей.
Структура и объем работы. Она состоит из введения, глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 159 стр. машинописного текста, включая 27 таблицы, 15 рисунков. Список литературы включает 196 наименования, в том числе 4 на иностранном языке.
Объем выполненных работ
В процессе проведения исследований произведено рекогносцировочное обследование 250 тыс. га территории. Заложено 19 ПП с целью изучения влияния полезащитных лесных полос на прилегающие поля. У 77 модельных деревьев определена высота и взяты керны на высоте шейки корня для определения среднего возраста древостоев, У 475 модельных деревьев взяты керны для определения величины радиального прироста и процента поздней древесины за 13 лет. Заложено 115 учетных площадок для определения количественных и качественных показателей нижних ярусов растительности.
Выполнено 19 почвенных разрезов и определено содержания азота, фосфора и калия в 88 образцах почвы.
Климат Белебеевской возвышенности континентальный. Характерными для него являются повышенные местные температуры, возможные засухи и суховейные ветры, частые снежные метели, неустойчивость погоды по временам года, резкие колебания суточного и годового хода температуры.
Местные различия в климате возвышенности определяются, с одной стороны, расположением ее территории в глубине материка, с другой - разновысоким характером устройства ее поверхности. Кроме того, на формирование погоды возвышенности определенный отпечаток накладывает барьерная роль Уральских гор и значительная меридиональная протяженность территории и ее расчленение.
Эти отличия, обусловливаемые абсолютной высотой местности, проявляются как в резких колебаниях температур - за сутки от мороза к жаре, так и в буйных летних ливнях, выплескивающих на каждый гектар до 60 тонн воды (23 июля 1983 г., село Бижбуляк).
Среднегодовое количество осадков в переходной лесостепи составляет 435, в Предуральской лесостепи - 416, а в Уфе - 487 мм. Минимальное количество осадков - всего 161 мм - наблюдалось в 1938 году в Ново-Константиновке. Неустойчивый режим увлажнения часто осложняется температурным. Здесь на возвышенности сроки наступления и отступления тепла совершенно иные, чем на равнине.
На целых 16 дней разнятся сроки наиболее теплого периода года между Раевским и Аксаково, расстояние между которыми составляет всего 84 км. Значения теплообеспеченности (сумма температур свыше 10С) составляют в Раевском 232.8, Аксаково - 2054, Бакалах - 2191, продолжительность периода со снегом в Раевском 147 дней, в Аксаково -154 дня, среднемаксимальная высота снежного покрова в Раевском - 29., Аксаково - 41 см. Отмеченные различия в температурном режиме характерны не только для летнего периода года, но и прослеживаются в течение всего года. Столь значительная разница - почти один градус - в среднегодовой температуре результат не только неровностей рельефа и связанного с ними угла наклона солнечных лучей, но и того, что возвышенность сама себя выхолаживает: белизна снегов отражает, не поглощая, до 80% лучистой энергии, а снег лежит здесь на целую неделю дольше. В то же время средняя продолжительность безморозного периода в Аксаково и Раевском отличаются всего на 2 дня.
Климат и метеорологические явления на возвышенности как в качественном отношении, так и в количественных выражениях сильно отличаются от климата прилегающих равнин. Не вдаваясь подробно в растениеводствен-ную климатологию, отметим лишь одну особенность агротехники возделывания зерновых культур.
С прогреванием почвы ее поверхностная обработка приводит к массовому прорастанию сорняков, которые уничтожаются повторной обработкой. Однако такой эффективный агротехнический прием здесь не приемлем: воюя с сорняками, легко упустить сроки сева яровых, которые не вызревают из-за более короткого вегетационного периода, к тому же за период борьбы с сорняками очень резко нарастает температура и понижается относительная влажность воздуха, что отрицательно сказывается на развитии хлебных злаков. Следовательно, для Белебеевской возвышенности необходимы сорта с короткой вегетацией и отличающаяся от равнинных условий система земледелия.
Приведенные средние, а также суммарные величины различных факторов климата представляют собой лишь ориентировочные, приближенные к действительности данные, не характеризующие конкретные особенности внешней среды. В растениеводстве важны не только средние и суммарные значения того или иного фактора, но и характер изменения его во времени и, что особенно важно, характер изменений в сочетании, с другими факторами.. При капризах погоды успех земледелия зависит не столько от агротехнических приемов, успеха селекции (а они несомненны), сколько от точного прогноза. Знание, каким будет лето, когда пройдут дожди или ударят первые морозы, и определит выбор сорта, а может быть, и культуры, сроки сева и уборки, т. е. позволит избежать многих неоправданных потерь и холостой работы. К сожалению, в этом направлении научно-исследовательские работы ведутся крайне недостаточно. Несмотря на то, что регион относится к районам недостаточного увлажнения, Белебеевская возвышенность - зона достаточно хорошо развитого земледелия. 59% ее территории составляет пашня. В сельскохозяйственном производстве заняты 19 совхозов, 2 ГСУ, 6 откормочных хозяйств, 120 СПК, 644 тысячи гектаров пашни, 37 тысяч сенокосов, свыше 194 тыс. га пастбищ, 330 тыс. га лесов.
Сельское хозяйство имеет зерновое направление в полеводстве, мясомолочное — в животноводстве. Доля растениеводства в структуре товарной продукции составляет 41,2%, в том числе производство зерна - 24,7%, картофеля и овощей - 3,4%, сахарной свеклы - 5,2%. Средняя урожайность зерновых культур составляет 16,6 ц/га с большим диапазонам колебаний по хозяйствам.
Климатические особенности региона сказываются и на развитии лесной растительности: резкие переходы от тепла к холоду, неустойчивая погода в весенне-летний период приводит к возникновению поздневесенних, ранне-осенних заморозков, губительных для естественного возобновления леса и его плодоношения, а ряд древесных пород (дуб, ильм, клен, вяз), а также ин-тродуценты (бархат амурский, орех манчжурский) не имеют оптимальных условий для успешного произрастания, т. к. сумма положительных температур вегетационного периода для них недостаточна. Поэтому, несмотря на относительно богатые почвы, производительность дубрав на возвышенности достигает только III, 4 класса бонитета.
Максимальная продолжительность среднегодового солнечного сияния (2077 часов) во всей Республике приходится на Аксеново. Это на 266 часов больше, чем в Деме, Белорецке и Янауле, и на 115 часов больше, чем в Уфе. Причем в наиболее пасмурные осенние месяцы эта разница также существенна (октябрь, Аксеново - 97, Янаул - 64, декабрь, Аксеново - 47),
Белебеевская возвышенность - край, из конца в конец наполненный жизнью еще в далекие исторические времена. Об этом говорят сведения, встречающиеся в источниках разных времен. Так, древнегреческий историк Геродот, посетивший в V веке до нашей эры бассейн реки Волги (Сары), сообщает, что земля здесь «камениста и неровна», аза ней стоят «высокие недоступные горы, через которые никто не проходил». X. Я. Тахаев под «каменистой и неровной землей» подразумевает предгорья Южного Урала — Общий Сырт, под «высокими горами» — сам Урал. Однако «каменистая и неровная земля» могла быть и Белебеевской возвышенностью, поскольку она отделяется от Общего Сырта, только долиной реки Тятер. Кроме того, поверхность Белебеевской возвышенности более сильно изрезана долинами рек. Природа Белебеевской возвышенности постоянно привлекала внимание ученых и писателей. «На тысячи верст раскинулась Башкирия. Какими только дарами не наградила природа эту страну: обширные и тучные пастбища; как море, волнующиеся ковылем степи; дремучие леса, из края в край переполненные разными породами зверей и ПТИЦ; красавицы реки, целебные источники и озера, светлые, как утро мая, нагорные потоки, с шумом извергающиеся с живописных высот, дерзко пробивающие себе путь сквозь каменные скалы», - так писал Ф. Д. Нефедов о природе этого региона в 1882 году.
Геологическое строение, рельеф и природные ландшафты
Рельеф - сочетание разнонаклонных, реже горизонтальных поверхностей, плоских и искривленных граней, результат взаимодействия внутренних и внешних сил - истинных ваятелей и лепщиков рельефа, воздвигающих хребты, прогибающих впадины, врезающих долины, выдувающих ниши, подкапывающих обрывы и отлагающих наносы. Повинуясь рельефу, стремятся вниз, от истоков к устьям воды Ика, Демы и Сюня; с высот к подножиям переносятся частицы выветрелых пород, гремят обвалы песчаников, оплывают глинистые размокшие грунты, скользят оползни. Здесь обостряются различия между северными теневыми и южными солнечными, наветренными и под-ветреными склонами, так что рельеф - поистине вершитель судеб воды, растительности и почвы. С крутизной связан смыв почв и процессы эрозии (рис. 1,2).
Горные барьеры служат препятствием не только одним ветрам, но и растениям и животным по пути их переселения. Увалы, уступы, овраги ограничивают пахотные земли, стесняют планировку населенных пунктов. К ним человек добавляет дополнительные трудности, создавая карьеры и дорожные насыпи, отвалы и канавы - техногенные формы поверхности, число и размеры которых вполне сопоставимы с количеством и с величиной форм природных. К тому же он возбуждает и новые формы природных процессов, не всегда полезных: водная, воздушная и механическая эрозия почв, обмеление рек, подземные ниши и пустоты.
Расчленение Белебеевской возвышенности чрезвычайно своеобразно. Наиболее резко оно выражено по периферии возвышенности и несколько меньше в центральной части, где она до сих пор еще имеет платообразный характер. И это служит основанием для сохранения за нею часто употребляемого названия Белебеевского плато.
Хорошо выраженный осевой водораздел Белебеевской возвышенности проходит от города Октябрьского к городу Белебею, между реками Усень и Кидаш, далее вдоль железнодорожного полотна до ст. Алдарово, поворачивая здесь к реке Дема.
От осевого водораздела отходит ряд водоразделов второго и третьего порядков в самых разнообразных направлениях, которые носят сыртовый характер, представляя собой широкие увалы, расчлененные глубокими сухими, а нередко с небольшими постоянными водотоками из родников.
Происхождение рельефа БелебеевскоЙ возвышенности чисто эрозионное. Оно непосредственно связано с размывающим действием вод атмосферных осадков с момента обособления возвышенности в конце третичного времени. Однако террасовидный характер склонов увалов, особенно в зоне распространения татарских и казанских отложений, подсказывает, что процесс эрозионного расчленения и формирования рельефа не был непрерывным и находился в тесной связи с импульсами эпейрогенеза. С момента обособления возвышенности, по мнению академика С. С. Соболева, она пережила до восьми циклов эрозии. Помимо глубоких местных базисов эрозии, висячие устья оврагов и балок, наличие перепадов в балках и водостоках, быстрины в реках и донные размывы древнеэрозионной сети в виде промоин, с уступами не что иное, как свидетельство молодого положительного эпейрогенеза БелебеевскоЙ возвышенности. А современный цикл эрозионного врезания осложняется еще деятельностью человека и поэтому носит ускоренный характер.
Поскольку с каждым новым эрозионным циклом возникали новые размывы и увеличивалась степень расчленения возвышенности, несомненно, что современная гидрографическая сеть по своему возникновению разновозрастна, в зависимости от этого различны и формы междуречий. Как отмечал Д. В. Богомолов (1954), в пределах возвышенности «можно наблюдать все стадии последовательного расчленения на междуречья и последующего развития последних от более молодых, симметричного строения с платообразными вершинами и крутыми склонами, до морфологически вполне зрелых, асимметричного строения». К первому типу, отличающемуся наибольшей молодостью, принадлежат водоразделы верховьев реки Ик и озера Кандры-куль, где плосткостной смыв приводит к укорочению почвенного профиля, частичному, а иногда и полному удалению перегнойно-аккумулятивного горизонта почв, особенно на инсолируемых южных склонах до 30-40.
Белебеевская возвышенность образовалась в результате поднятия двух сводов кристаллического фундамента Русской платформы вместе с толщей накопившихся осадочных пород в конце третичного и начале четвертичного периодов. Поднятие возвышенности еще не прекратилось, что подтверждается углублением русел рек, а также нарушениями в профиле и высоте речных террас. Абсолютная величина «роста» возвышенности составляет 0,4—0,5 см в год. С интенсивным поднятием и денудацией возвышенности, сложенной породами различной твердости, связаны особенности ее рельефа. Здесь совершенно отсутствуют мезозойские и третичные отложения, а четвертичные - эллювиальные - слабо распространены. Поверхность слагают породы уфимского, казанского и татарского ярусов пермской системы. В литологическом отношении они однообразны и состоят, исключительно из глин/песчаников, мергелей, известняков и доломитов.
Наиболее мощные прослойки - карбонатных пород приурочены к казанскому ярусу. Выходя на дневную поверхность, они обусловливают развитие структурных поверхностей на склонах долин. С ними же и с лежащим ниже гипсом связано распространение и карстовых форм рельефа - воронок, озер, провалов, суходолов у Бижбуляка, Туймазов, в районе озер Кандрыкуля и Асликуля.
Четвертичные отложения приурочены к днищам и нижним частям склонов долин рек, где они представлены делювиальными и аллювиальными суглинками, песками и галечниками. Верхние части склонов долин и водоразделы сложены из маломощного слоя элювиальных щебнистых глин и суглинков, а на крутых склонах выходят верхнепермские породы.
В отложениях более древних морей образовались богатые месторождения нефти: Шкаповское и Туймазинское. Нефть содержится в песчаниках, залегающих на больших глубинах - от 1100 до 2200 метров.
В карстовых котловинах образовались многие озера. Самыми крупными из них являются Асликуль и Кандры-куль, расположенные на восточной окраине Белебеевской возвышенности. Оба озера питаются атмосферными осадками и грунтовыми, водами, подземными ключами. Уровень их постепенно понижается. Озера пресные и бессточные.
Все особенности природы возвышенности обусловлены высотой этой местности над уровнем моря. Средние отметки в осевой части возвышенности составляют 300 - 500 метров. Город Белебей, например, расположен на высоте почти в два раза выше, чем Уфа, и в четыре раза выше по сравнению с районным центром Янаул на северо-востоке Башкирии. Сама возвышенность представляет собой типичное плато, подобное Уфимскому или Зилаирскому, местами ограниченное крутыми южными и юго-западными склонами. Расположена она на юго-западе Башкирии между рекой Ик, озером Аслыкуль и верхним течением реки Ашкадар - левым притоком Белой. Восточная граница ее на большом протяжении проходит по основанию уступа, высотой до 150 м. На юго-востоке возвышенность постепенно переходит в отроги Общего Сырта. Ее протяженность с северо-запада на юго-восток более 360 км, ширина от 30 до 90 км, площадь около 13000 кв. км. Территория ее пересекается небольшими, но глубоко врезанными долинами рек. Особенностями рельефа Белебеевской возвышенности являются платообразные междуречья и их четко выраженная ступенчатость, каньонообразный характер долин малых и больших рек. Абсолютные отметки водоразделов составляют 400 - 450 м. Протяженность речных долин, оврагов и балок составляет до 3 км на 1 кв. км поверхности. Глубина расчленения достигает в среднем 100 - 150 м.
Защитные лесные насаждения на сельскохозяйственных угодьях
Средообразующая и природоохранная роль защитных лесных насаждений выше в силу присущего им высокого биологического потенциала и стабильности воздействия на окружающую среду, поскольку они работают в экстремальных условиях и аспекты средообразующей, агрономической роли системы лесных насаждений как биохимического барьера в усилении биологических методов защиты растений, в воспроизводстве водных ресурсов и восстановлении плодородия эродированных почв приобретают особое значение. Это связано с тем, что большая часть их создана с учетом породного состава, наиболее полно использующего естественное плодородие почв. По функциональное структуре (рисунок 6) здесь преобладают овражно-балочные насаждения. По возрастной структуре преобладающие овражно-балочные насаждения (52%) являются в основном средневозрастными, а полезащитные лесные полосы (21%) - спелыми. В этом плане сельскохозяйственное производство находится в выигрышном положении: около 30 % пашни находится под защитным влиянием вступивших в полную силу полезащитных лесных полос, в которых сосредоточен почти весь ассортимент деревьев и кустарников, способных произрастать в условиях возвышенности на относительно богатых почвах. Наблюдается широкий спектр видового разнообразия в насаждениях на эродированных крутосклонах (31 вид) и менее узкий ассортимент в полезащитных лесных полосах (7).
При среднегодичном приросте 2,7 м3 с 1 га овражно-балочные насаж-дения накапливают ежегодно 121,5 тыс. м , их общий запас составляет 6,75 млн. м3, а в полезащитных лесных полосах сосредоточено 1050 тыс. м3 древесины.
Сохранность защитных лесных насаждений в зависимости от климатических условий годов посадки, породного состава, технологии производства и последующего ухода имеет широкую амплитуду колебаний, но общий итог положительный- около 65 %. Наиболее благополучная картина наблюдается в насаждениях, созданных в 1948-1960 гг. Приживаемость и сохранность искусственного лесовозобновления того времени была наибольшей, что отчасти может быть объяснено привлечением большого количества сезонных рабочих для ухода. Приживаемость посадок последних лет колеблется на уровне 82-91 %, сохранность весенних посадок выше, чем осенних.
Категории лесокультурных площадей под посадками отличаются большим разнообразием: до 60-х годов 86 % насаждений создавались на прогалинах, 7,8- на эродированных склонах, со второй половины 70-х годов они стали основной категорией лесокультурной площади.
Насаждения создавались как чистые, так и смешенные. В овражно - балочных насаждениях доля чистых культур составляла 86 %, смешанных -14%. Такая небольшая их доля объясняется увлечением одной породой - сосной, а также тем, что на значительной площади, отводимой под культуры сосны, введение примесей затруднено по лесорастительным особенностям почв; с другой стороны, создавать смешанные насаждения сложнее как организационно, так и технологически. Наиболее богатым и разнообразным составом отличаются насаждения на склонах, где встречаются до 17 типов смешения пород.
Первоначальная густота овражно-балочных насаждений имеет широкий диапазон колебаний: от чрезвычайно густых (более 20,0 тыс. посадочных мест на I га) до редких (2,2-4,0 тыс.). 12 тыс.га полезащитных лесных полос и 78% овражно-балочных насаждений созданы густотой 6,1-10,0 тыс. посадочных мест на I га. Для чистых насаждений характерна средняя густота. Рядовые посадки являются преобладающими как среди чистых (97 %), так и смешанных насаждений (91 %).
Как в овражно-балочных, так и полезащитных древостоях основная доля приходится на насаждения II и III классов бонитета, что свидетельствует об их достаточно высокой производительности, при этом чистые культуры отличаются незначительным превосходством над смешанными.
Средняя полнота овражно-балочных насаждений составляет 0,70, лишь 4,4 % культур имеют полноту ниже 0,5. При этом среди низкополнотных большую часть составляют насаждения I и II классов возраста, что свидетельствует о недостаточной их первоначальной густоте при создании искусственных экосистем. Говоря о последних, отметим, что на сельскохозяйственных угодьях они являются исключительно преобладающими, в редких случаях смыкаются с естественными расстроенными низкополнотными насаждениями, отчасти контраст между ними выступает весьма рельефно. И сегодня высокая продуктивность сохранившихся (а это около 45% всех созданных насаждений) воспринимается как аксиома. При этом влияние искусственных лесных насаждений на более или менее обширные земельные территории всегда имеет положительное значение, и нарастание их площадей явление положительное (таблица 4). Вопрос стоит в другом: насколько нарастает или угасает тот положительный эффект, вызываемый искусственным лесоразведением на сельскохозяйственных угодьях, т.е. насколько он продолжителен. Вполне очевидно, что это связано, в первую очередь, с продолжительностью самих насаждений, их устойчивостью и самовозобновлением во втором поколении. Безусловно, что с точки зрения улучшения экологических условий, получения социально- экономического эффекта наиболее желательно, чтобы единожды созданные полезащитная лесная полоса или овражно-балочное насаждение, возрождаясь вновь и вновь, функционировали бы в течение неопределенно длительного времени, как и естественные леса.
Гумусообразование и гумусонакопление на облесенных полях
Полезащитные лесные полосы, способствуя изменению микроклимата, обеспечивая защиту сельскохозяйственных культур от неблагоприятных климатических факторов, играют важную каптажную роль, проявляющуюся в задержании различных вредных веществ, прежде всего, пыли. Это функция зависит от улавливающей площади филосферы и тормозящего воздействия растительности.
Многочисленные исследования влияния полезащитных лесных полос на физические, химические и физико-химические свойства почв (Калашников, 1969; Никитин, 1969; Маттис,1969) эту функцию насаждений отражают недостаточно, уделяя основное внимание гумусообразованию лишь за счет накопления и превращения органических веществ в самой лесополосе. Между тем, она идет в значительной степени за счет накопления илистых и пылистых фракций почвы, сдуваемых с прилегающих полей.
Вопросы повышенной гумусированности почв непосредственно под лесными полосами и на прилегающих полях освещаются многими исследователями (Федоров, 1997; Матякин, 1971; Альбенский, 1971; Виноградов, 1981; Данилов, 1971; Павловский, 1980). Отмечается, что разница в гумусированности в лесной полосе и в открытом поле составляет около 1% (Федоров, 1997), а по мере роста лесных полос она становится более существенной (Бялый и др., 1970; Кретинин, 1971). Так содержание гумуса под тополевой лесополосой 49 летнего возраста на территории АКХ «Авангард» составила 10%, закономерно уменьшаясь в сторону поля, где оно не превышало 7,6% (таблица 21). Соответственно содержанием гумуса изменяется как запасы гумуса, так и его качественное состояние. Эти данные согласуются с показателями, приведенными многими исследователями и принимаются как аксиома. Несколько отличающиеся в количественном отношении данные других исследователей указывают на разную степень влияния лесных полос в связи с их возрастом и почвенным покровом. Например, на Тимашевском опорном пункте под 83-летней лесной полосой в слое 0—50 см содержалось гумуса 8,19%, а под 18-летней -5,27% (Бялый и др., 1970). На черноземах Поволжья не было обнаружено отчетливых изменений в мощности перегнойного горизонта, содержании гумуса, в глубине вскипания под защитой лесных полос до 18-летнего возраста, тогда как влияние 30-летней лесной полосы проявилось уже более определенно (Кретинин, 1970). В то же время имеются сведения, указывающие, что еще молодые лесные полосы оказывают влияние на некоторые свойства почвы в зоне примерно равной или несколько меньшей протяженности снежных шлейфов. В.М. Кретинин на выщелоченном черноземе Куйбышевской обл. установил перераспределение илистой фракции (вынос из слоя 0-50 см и отложение в слой 70-120 см), под лесной полосой 30-летнего возраста и вблизи нее (35 м). Этому способствовал легкий механический состав подстилающей породы, обеспечивающий хороший дренаж и ежегодное сквозное промачивание почвогрунта большим количеством талой воды. По этим данным не без основания можно утверждать, что под лесными полосами по мере их роста, растет и гумусированность почв, однако теоретическая закономерность в этом аспекте мало вероятна, ибо тогда под лесами почвы были бы невероятно богатыми с одной стороны, а с другой - процессы аккумуляции гумуса находятся в сложной зависимости от множества факторов экологической среды. Важнейший из них - пылеадсорбирующая способность защитных лесных насаждений.
Пылеадсорбирующие свойства древесных растений, их роль как пылевого барьера изучались многочисленными исследователями (Подзоров, 1967; Илькун, 1972; Дончева-Бонева, 1992; Supuka, 1996, Чернышенко, 2002). Большая часть этих работ выполнялась в условиях техногенного загрязнения, а комплексные исследования пылеадсорбирующей способностей древесных растений в их взаимосвязи и в условиях сельскохозяйственных угодий не проводились.
Пыль оседает на всем древесном растении. Гигроскопическая пыль может высасывать из листьев воду через эпидермис и понижать степень гидратации цитоплазмы, необходимую для нормального обмена веществ, что в ряде случаев приводит к усыханию листьев. Пыль, содержащая известь, например выбросы цементных заводов, образует на поверхности с водой твердую корку Са(ОН)г, которая закрывает все поры и нарушает газообмен, необходимый для нормального питания растения и процесса фотосинтеза.
Отложения обычной пыли препятствуют нормальному ходу фотосинтеза, так как они сильно отражают солнечный свет в спектральной области 400...750 нм, необходимый для осуществления этого процесса; поглощая инфракрасное излучение, пыль способствует перегреву листьев, снижая активность ферментов фотосинтеза. Реагируя с водой, пыль легко смывается дождями, и листья вновь возвращаются к прежнему состоянию.
В анализируемых нами работах способность растений к осаждению пыли исследовалась на небольшом числе видов в техногенных условиях. Оценка пылеосаждения в течение конкретного времени приводится лишь в работе Г.М. Илькуна (1978). Остальными авторами исследовалась способность к пыленакоплению листьями без учета сроков, в течение которых этот процесс осуществлялся. Учитывая, что уровень накопления пыли к. моменту определения лишь частично отражает способность растений к пылепоглоще-нию, отметим трудность определения вклада отдельной древесной породы в улучшение состояния среды в течение всего вегетационного периода, а, следовательно, и достоверность оценки средоочищающей роли растительности.
Н.В. Подзоров (1967), изучая количество пыли, осажденной листьями лесных видов, и сравнивая полученные данные с количеством осажденной пыли на поверхность почвы, лишенной растений, зафиксировал задерживание листьями 20... 40 % от валового количества выпавшей пыли, что состав-ляет 1,2...3,2 г на 1м листовой поверхности. В центре кроны осаждается до 30 % всех частиц по сравнению с периферийной частью кроны. Среди видов исследователь выделяет Betula pendula Roth с наибольшей пылефильтрую-щей способностью (до 70 % всей выпавшей пыли), а по Л. Дошингеру (1980) широколиственные виды осаждают до 30 % и хвойные - до 42 % общего количества выпавшей пыли.
Количество пыли, осаждаемое древесными растениями, составило 3,93... 9,89 г/ м (Supuka, 1990) на 80 пробных площадях при общем выпадении пыли до 1187 кг/ га. Е. Вебер (1982) указывает, что лес может аккумулировать до 330 кг/га в год, т.е. 2,73 г/м2 листовой поверхности. 20-30-летние посадки широколиственных видов при полноте 0,8 могут улавливать 470 кг/га или 50 % валового количества пыли, осевшей на открытой поверхности. Древесные растения в лесу и парке со стандартной плотностью кроны улавливают до 199,22 кг/га частиц пыли в течение вегетационного периода, из которых 15,07 кг/га составляет азот, что служит дополнительным источником питания для растений (цит. по Чернышенко, 2002).
