Лесоаграрные ландшафты Центральной лесостепи европейской части России являются экологическим каркасом, и в них отмечается развитие эрозионных процессов с неблагоприятными природными явлениями. Защитные насаждения размещаются с учетом принципов ландшафтного земледелия. Для условий Центрального Черноземья лесомелиоративные системы сформированы на площади около 600 тыс. га при облесенности пашни 1,3 % [1]. По результатам исследований В.В. Танюкевича [2] для полной защиты и повышения экологической устойчивости ландшафтов необходимо создание законченных систем защитных насаждений. Такие биологические объекты преобразуют агротерритории, изменяют микроклимат на межполосных полях и создают условия для полноценного воспроизводства биологических ресурсов [3]. Формирование плантационных лесомелиоративных насаждений повышает биоразнообразие в агролесоводстве. Такие насаждения наиболее продуктивны по сравнению с естественными культурами [4].
Цель наших исследований – установить закономерности роста, состояния, сохранности искусственных защитных линейных насаждений, выявить их лесомелиоративные особенности с учетом их структуры, научно обосновать параметры формирования лесомелиоративных систем. Это позволит повысить их эколого-мелиоративные функции и биопродуктивность агрокультур, что важно при изменении глобальных климатических факторов в мире [1, 2, 4].
Материалы и методы исследования
Показатели роста, сохранности древесных пород в защитных насаждениях изучались в условиях Семилукского (пробн. площади 11, 17, 29), Хохольского (пробн. площади 65, 74, 86, 89), Новоусманского (пробн. площади 96, 98) районов Воронежской области, где почвенный покров на лесомелиоративных объектах представлен черноземом типичным и выщелоченным [5].
В насаждениях выполнялся сплошной перечет древесных растений с измерением на высоте 1,3 м толщины (диаметров) стволов с использованием мерной вилки. Показатель высот растений определялся высотомером (лазерный дальномер). Сохранность растений в определенном возрасте выражалась в процентном отношении к первоначальному показателю посадки на единицу площади. Густота рассчитывалась с учетом размещения растений на 1 га насаждений. Возраст пород (А, лет) определялся по архивным материалам или годичным кольцам керна древесины. Средний диаметр стволов (Дср.) вычислялся с использованием средней площади сечения. Средняя высота (Нср.) определялась графоаналитическим способом, где входными данными были диаметр и высота. Различия в биометрических показателях роста пород крайних и средних рядов (ΔH, ΔD) были получены в относительных процентных единицах как разница между большими и меньшими значениями диаметров (Дср.) и высот (Нср.). Структура (конструкция) искусственных насаждений определялась по показателям ветропроницаемости биологических объектов.
Эколого-мелиоративная роль лесных полос изучалась на стационарных метеопунктах среди насаждений различных структур [2, 3]. На межполосных полях в дневное время суток в сухую жаркую погоду определялась относительная влажность воздуха с использованием аспирационного психрометра Ассмана. Экспериментальные материалы по влиянию насаждений на температуру приземного слоя воздуха использовались по значениям сухого термометра на тех же метеопунктах, где выполнялись исследования относительной влажности воздуха. Урожай озимой пшеницы изучался путем закладки учетных площадок размером 1,0 х 1,0 м в десятикратной повторности на метеопунктах, где изучался микроклимат. Прибавка урожая рассчитывалась как разница в показателях приполосных зон и контрольных участков. Материалы исследований обрабатывались с использованием вариационно-статистических методов [6].
Результаты исследования и их обсуждение
Древесные породы в лесомелиоративных системах имеют различия биометрических показателей роста, сохранности и состояния в зависимости от приемов и технологий создания (табл. 1).
Таблица 1
Биометрические показатели искусственных насаждений
|
№ лесополосы |
Смешение растений |
Размещение пород, м |
Наименование растений |
Густота шт./га |
Сохранность, % |
А, лет |
Дср., см |
Нср., м |
|
39 |
Бпв – Бпв – Бпв – Бпв – Бпв |
2,5 х 0,8 |
Бпв |
5000 |
58,8 |
30 |
17,8 |
16,3 |
|
44 |
Бпв – Бпв – Бпв – Роб – Роб |
3,0 х 0,8 |
Бпв Роб |
2500 1666 |
67,1 46,6 |
30 |
20,2 8,3 |
18,8 7,2 |
|
48 |
Бпв – Бпв – Бпв – Бвп – Бпв |
3,0 х 0,8 |
Бпв |
4166 |
64,4 |
30 |
18,5 |
17,6 |
|
65 |
Яоб – Яоб – Яоб – Яоб – Яоб |
3,0х0,7 |
Яоб |
4762 |
60,1 |
40 |
19,3 |
15,9 |
|
74 |
Яоб – Яоб – Яоб – Яоб – Яоб |
2,5 х 1,0 |
Яоб |
4000 |
66,9 |
40 |
17,5 |
16,5 |
|
86 |
Дчр+Яоб – Дчр+Яоб – Дяч+Яоб – Дчр+Яоб |
5,0х3,0 |
Дчр Яоб |
3334 666 |
56,4 47,2 |
35 |
22,1 17,5 |
17,4 13,8 |
|
89 |
Дчр – Дчр – Дчр – Дчр |
5,0х3,0 |
Дчр |
3334 |
49,9 |
35 |
20,2 |
16,3 |
|
96 |
Тбз – Тбз – Тбз – Тбз |
3,0х1,0 |
Тбз |
3334 |
65,6 |
25 |
22,3 |
18,4 |
|
98 |
Тбз – Тбз – Тбз – Тбз |
3,0х0,8 |
Тбз |
4166 |
60,7 |
25 |
20,4 |
18,4 |
В чистых лесных полосах из березы повислой (Бпв – Betula pendula Roch.) в возрасте 30 лет при размещении растений 3,0 х 0,8 м сохранность выше на 5,6 %, чем в насаждениях с размещением растений 2,5 х 0,8 м. Разница по среднему диаметру и высоте в таких насаждениях составляет 3,9–7,9 % (насаждения 39 и 48).
С введением рябины обыкновенной (Роб – Sorbus aucuparia L.) в березовые культуры в возрасте 30 лет отмечается увеличение сохранности на 2,7 %, среднего диаметра на 9,1 % и средней высоты на 4,5 %. Эти различия связаны с долевым участием пород (насаждения 44 и 48).
Защитные насаждения из ясеня обыкновенного (Яоб – Fraxinus excelsior L.) чистые по составу в возрасте 40 лет при густоте посадки 4000 шт./га наиболее продуктивные и имеют наивысшую сохранность по отношению к насаждениям с густотой растений 4 762 шт./га. Различия по диаметру и высоте в пользу насаждений с наименьшей густотой составляют 3,8–8,6 %. Такие насаждения при ширине 10,0–12,0 м формируют продуваемую структуру (насаждения 65 и 74).
В лесных полосах с введением сопутствующих пород для дуба черешчатого (Дчр – Quércus róbur L.) отмечается взаимовлияние пород. В возрасте 35 лет в дубово-ясеневых насаждениях сохранность дуба выше на 6,5 % , чем в чистых культурах, и при этом разница в диаметре равна 9,4 %, по высоте 6,7 %. Лесные полосы созданы квадратно-гнездовым способом с размещением гнезд 5,0 х 3,0 м. Ясень обыкновенный отстает в росте от дуба и имеет наименьшую сохранность (насаждения 86 и 89).
В лесных полосах с главной породой тополем бальзамическим (Тбз – Populus balzamifera L.) густота посадки предопределяет таксационные параметры роста. В возрасте 25 лет наилучшие показатели отмечаются при размещении растений 3,0 х 1,0 м и густоте 3334 шт./га по сравнению с лесомелиоративными объектами с первоначальным созданием породы в объеме 4166 шт./га. Разница в сохранности составляет 5,1 %, по среднему диаметру 9,3 % и 7,6 % по средней высоте. В таких насаждениях, состоящих из 4 рядов, формируется ажурно-продуваемая структура (насаждения 96 и 98).
В силу биологических особенностей пород, их взаимовлияния и физиологических изменений в росте формируется особый мелиоративный профиль, где растения имеют отличительные особенности в биометрических показателях (табл. 2).
Насаждения из ясеня обыкновенного в возрасте 32 лет характеризуются различными параметрами роста по высоте и диаметру крайних и средних рядов. Наибольший диаметр выявлен в опушечных рядах по отношению к центральным, где разница равна 13,8 %. Различия в высоте составляют 9,6 % (насаждение 11).
Таблица 2
Особенности роста древесных пород
|
№ лесо-полос |
А, лет |
Наименование растений |
Опушечные насаждения |
Центральные насаждения |
Различия |
||||
|
ΔH, % |
ΔD, % |
||||||||
|
Нср, м |
Дср, см |
Нср, м |
Дср, см |
||||||
|
11 |
32 |
Яо |
14,2±0,21 |
17,4±0,15 |
15,7±0,18 |
15,0±0,22 |
9,6 |
13,8 |
|
|
17 |
39 |
Дч |
15,9±0,22 |
19,4±0,17 |
17,0±0,21 |
17,6±0,18 |
6,4 |
9,3 |
|
|
29 |
27 |
Тбз |
17,9±0,20 |
24,8±0,17 |
18,9±0,23 |
23,2±0,18 |
5,3 |
6,5 |
|
Таблица 3
Характеристика относительной влажности воздуха среди лесополос (1991–2021 гг.), %
|
Характеристика насаждений по профилю |
Период времени суток |
Среди лесополос |
В мелиоративной зоне |
Незащищенные участки |
Различия приполосных зон, % |
|
Продуваемые |
Дневной период |
50,7 |
53,7 |
44,8 |
+8,9 |
|
Ажурно-Продуваемые |
Дневной период |
61,2 |
58,3 |
55,0 |
+3,3 |
|
Ажурные |
Дневной период |
66,1 |
69,8 |
66,9 |
+2,9 |
|
Плотные |
Дневной период |
56,7 |
58,7 |
56,7 |
+2,0 |
Искусственные культуры с участием дуба черешчатого в возрасте 39 лет также характеризуются различием в росте пород. Опушечная часть низкорослая (меньше на 6,4 %), но средний диаметр более выражен (на 9,3 %) (насаждение 17).
У тополя бальзамического (насаждение 29) рост по высоте центральной части более выражен (на 5,3 %) и он имеет меньшие значения по диаметру (на 6,5 %). Опушечная часть характеризуется меньшей высотой и превосходством показателей в диаметре.
В лесоаграрных ландшафтах защитные насаждения изменяют энергию и скорость движения приземных воздушных масс. Такие изменения предопределяют экологические показатели облесенного поля. В первую очередь изменяется относительная влажность воздуха, которая зависит от структуры лесомелиоративных объектов (табл. 3).
В течение вегетационного периода искусственные биологические объекты продуваемой структуры в жаркую сухую погоду в дневное время суток в приполосных зонах (5Нн – 0 – 30Нз) повышают относительную влажность воздуха на 8,9 %. С переходом защитного насаждения из продуваемой структуры в ажурно-продуваемую такие различия менее выражены. Разница в показателях приполосных зон и открытых незащищенных пространств составляет 3,3 %. При уплотнении защитного насаждения до ажурной структуры такое различие изменяется до показателя 2,9 %. Защитные насаждения плотной структуры при многочисленных исследованиях практически повышали относительную влажность воздуха в объеме 2,0 %.
Изменение влажности воздуха коррелирует с показателями изменений температуры приземного слоя воздуха. Такие различия в системе лесных полос зависят от структурных особенностей самих насаждений.
Лесные полосы способствуют перераспределению температурного фона в приполосных зонах межполосных полей. Более выражены такие различия среди искусственных культур продуваемой структуры (снижение на 1,4 °С). Ажурно-продуваемые насаждения менее заметно изменяют температуру воздуха. Отмечается снижение показателя лишь на 0,9 °С. Защитные лесополосы с равномерным размещением просветов по всему профилю (ажурные) изменяют температурный баланс воздуха в сторону уменьшения на прилегающих участках полей в объеме 0,4 °С. Защитные насаждения плотной структуры по нашим исследованиям практических изменений в показателях температуры приземного слоя воздуха не проявляют.
Искусственные линейные насаждения, воздействуя на микроклимат прилегающих агротерриторий, способствуют изменению урожайности сельскохозяйственных культур.
В зависимости от формирования разнообразных структур насаждений в приполосных зонах формируется различный урожай озимой пшеницы. Среди насаждений продуваемой конструкции биологическая прибавка урожая составляет 6,1 ц/га. Лесные полосы ажурной структуры способствуют повышению урожая в приполосных зонах в объеме 4,3 ц/га. Среди насаждений плотной структуры отмечается наименьшее влияние, где прибавка урожая озимой пшеницы составляет 3,2 ц/га.
Полученные нами определенные закономерности по росту, состоянию, сохранности пород в защитных насаждениях и особенности мелиоративного влияния таких объектов на экологические показатели имеют определенный зональный характер, не только дополняют концепцию развития лесомелиоративной науки и практики в области агролесоводства для российских условий, но и вносят определенный вклад в развитие мировой науки.
Выводы
1. Защитные насаждения, сформированные с участием тополя бальзамического, дуба черешчатого, ясеня обыкновенного, березы повислой, рябины обыкновенной в условиях Центральной лесостепи России, в возрасте 25–40 лет при размещении растений 2,5–5,0 х 0,8–3,0 м имеют сохранность пород 46,6–67,1 %. Средний диаметр в данных культурах изменяется от 8,3 до 22,3 см при ветрозащитной высоте 13,8–18,4 м. Для тополя бальзамического следует считать наилучшей густотой растений 3334 шт./га при размещении посадочных мест 3,0 х1,0 м.
2. Смешанные лесные полосы с участием дуба черешчатого и ясеня обыкновенного имеют выше сохранность, состояние пород и показатели роста и продуктивности, чем у полос, выращенных по принципу монокультур. Лучшими лесными полосами из ясеня обыкновенного являются линейные насаждения, созданные с размещением растений в ряду через 0,8 м при ширине междурядий 2,5 м и густоте растений 4000 шт./га.
3. Березово-рябиновые культуры в возрасте 30 лет показывают наибольшую устойчивость, имеют значительную сохранность (67,1 %), обладают хорошей продуктивностью по отношению к культурам чистым по составу. С уменьшением густоты посадки в таких насаждениях с 5000 до 4 166 шт./га сохранность увеличивается на 5,6 %, средний диаметр и высота – на 3,9–7,9 %.
4. Насаждения различного породного состава, представленные дубом черешчатым, тополем бальзамическим и ясенем обыкновенным, в возрасте 27–39 лет имеют отличительные показатели роста в различных частях поперечного профиля. Для всех представленных пород проявляется определенная закономерность, где рост пород в опушечных рядах максимально проявляется по диаметру (6,5–13,8 %) и более значимые показатели в росте по высоте (на 5,3–9,6 %) имеют место в центральной части искусственных культур.
5. Лучшими мелиоративными насаждениями на сельскохозяйственных полях являются насаждения продуваемой и ажурной структуры. Под их влиянием в приполосных зонах прибавка урожая озимой пшеницы составляет 4,3–6,1 ц/га. Среди насаждений плотной структуры увеличение урожая достигает 3,2 ц/га.
6. Для оптимизации лесоаграрных ландшафтов следует создавать насаждения с ажурной и продуваемой структурой шириной до 15,0 м с густотой растений 3334–4000 шт./га.