УДК 631.4:
631.6 : 634.0.237 (470.44)
Проездов П.Н., Кузнецова Л. В.,
Разаренов А.И.
Саратовский государственный аграрный
университет им. Н.И. Вавилова
Закономерности влияния системы
лесных полос на экологические факторы среды и продуктивность сельскохозяйственных
культур в степи приволжской возвышенности
Обобщены многолетние данные (1984-2006 гг.) влияния лесных полос на
микроклимат полей и урожайность сельскохозяйственных культур
Практическое воплощение идеи защиты полей от неблагоприятных погодных явлений
относится к 1809 г., когда прогрессивный помещик В.Я. Ломиковский обсадил поля
своего имения в Полтавской губернии лесными полосами, введя, по его выражению,
«древопольное хозяйство». Обобщив опыт в своей книге «Разведение лесов в сельце
Трудолюб», он писал, что даже в годы засух – 1834 и 1836 урожай на его полях в
отличие от соседних был «как в добрые годы» (Павловский Е.С., 1983).
Основной задачей сельского хозяйства было и остается получение стабильных
высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Лесные полосы, как один из
эффективных приемов агрокомплекса, оцениваются
по конечным результатам –
урожаю, полученному на полях под их защитой.
На протяжении многих лет кафедра лесомелиорации СГАУ им. Н.И. Вавилова
проводит исследования эколого-мелиоративной эффективности ЗЛН и закономерностей
формирования урожая под их защитой на постоянных научно-производственных
стационарах Саратовской области. Исследования в течение 1984-2006 гг.
проводились на ключевых типичных водосборах степи Приволжской возвышенности
вблизи сел Вязовка, Мизино-Лапшиновка, Неловка
Татищевского района Саратовской области с системами лесных полос и
противоэрозионных мелиораций.
Вязовский лесомелиоративный участок с системой лесных полос площадью 44
га защищает около 1000 га пашни. Полезащитные лесные полосы в количестве 13
штук размещены через 400 м, стокорегулирующие – на крутых участках склонов,
приовражные – вдоль оврагов и балок, лесистость – 4,4%.
В условиях засушливой степи Поволжья огромное значение имеют зимние
осадки, их перераспределение по элементам рельефа и отложения в системе лесных
полос. Снежные шлейфы, образующиеся вблизи лесных полос, способствуют большему
накоплению влаги в почве и влияют на урожайность культур в условиях
естественного увлажнения (табл. 2).
Многолетний ряд наблюдений (табл. 1, 2) гидрометеорологических величин,
дефицита водопотребления и др. обработан нами графоаналитическим методом с
использованием клетчатки вероятности превышения соответствующих величин.
Рис. 1. Зависимость урожайности озимой
пшеницы от температуры воздуха и влажности почвы (% НВ) в системе лесных полос в
разные годы по степени увлажнения.
Исследования показали тесную взаимосвязь между урожайностью культур и
микроклиматом, складывающимися в системе ЛП (рис. 1).
Следует отметить, что микроклиматические показатели среди ЛП наиболее
рельефно проявляются в засушливые годы
по сравнению с влажными. Например, испарение в зоне действия ЛП (0-25Н)
по сравнению с контролем уменьшается в
острозасушливые годы на 1,3-1,9
мм, а в средние по увлажнению и во
влажные годы – на 0,1-0,5 мм за сутки (табл. 1).
Температура воздуха в системе
лесных полос снижается в засушливые годы на 1,3-2,7 0С, во влажные -
на 0,2 0С. Влажность почвы под защитой лесных полос составила в
острозасушливые годы 55-60%НВ, во влажные
- 70-75%НВ, на контроле этот показатель равен 50-55%НВ и 70-75%НВ
соответственно. Как показали наблюдения наилучший микроклимат на полях
складывается на расстоянии 3-15Н от ЛП (табл. 1.). Здесь же формируется наибольший урожай.
Лесные полосы увеличивают урожайность культур севооборота, делают ее в
условиях естественного увлажнения более устойчивой по годам.
С усилением сухости года наблюдается тенденция увеличения прибавок
урожайности выращиваемых культур, во влажные годы в зоне 3-20Н, сухие – 3-10Н.
Так в среднезасушливые годы прибавка урожайности подсолнечника на защищенных
полях составляет до 26%, во влажные
годы - 20%, а по вика – овсу
соответственно – 4,4 и 8,5%.
В засушливые годы максимальная урожайность сельхозкультур формируется
ближе к лесной полосе в зоне повышенных снежных отложений (зона 2,5-10 Н). В
среднесухие годы наибольшая урожайность наблюдается в зоне
агролесомелиоративного влияния 3-10Н, во влажные – в зоне 5-20Н с
незначительной прибавкой 4-8% (рис.
2,3).
В условиях засушливого климата Поволжья решающее влияние на
продуктивность полевых культур оказывает степень обеспеченности их влагой во
все фазы развития. Исследованием водного режима сельскохозяйственных культур
занимались многие естествоиспытатели (Алпатьев А. М., 1969; Бялый А.М., 1971;
Заславский М.Н., 1979; Кузник И.А., 1979; Панников В.Д., 1974, 1980; Шабаев
А.И., 1981; Проездов П.Н., 1983).
Рис. 2. - Зависимость урожайности озимой
пшеницы от снегозапасов и вероятности их превышения без защиты лесных полос во влажные и очень
влажные годы
Рис. 3. - Зависимость урожайности озимой
пшеницы от снегозапасов и вероятности их превышения под защитой лесных полос во
влажные и очень влажные годы. Ур =
1,997707+0,002161х+0,020425у-0,000019х2 - 0,000088у2
В степной зоне весной после схода снега почва на глубину 0-100см часто
увлажнена до наименьшей влагоемкости.
В течение 2003-2006 гг. нами проводились наблюдения за динамикой
влажности почвы и водопотреблением различных сельскохозяйственных культур. По
мере развития культур влажность уменьшается и к моменту уборки часто достигает
мертвого запаса (Проездов П.Н., 1983).
Так в среднесухом 2005 году для
подсолнечника начальные влагозапасы в слое 1,0 м на контрольном варианте
составляли 95% НВ, а к уборке они были равны влажности завядания.
Под защитой лесных полос этот показатель составил 1,16 НВ и 1,39 НВ
соответственно.
Как показали исследования, коэффициенты водопотребления находятся в
тесной взаимосвязи с метеорологическими условиями года, урожайностью культур и
их биологическими особенностями, а также с удалением от лесных полос и в
отдельные годы с запасами воды в снеге.
Наблюдения за водопотреблением подсолнечника велись с 2003 по 2005 гг.,
озимой ржи – в 2004 г., вика-овса – в 2003 и 2005 г. Наименьшие значения
коэффициентов водопотребления имели место на расстояниях 10-20Н от лесных полос, использование влаги
растениями здесь ниже контроля в среднем: по подсолнечнику на 10-15%, по
вика-овсу - на 3-8%, по озимой ржи на
10%.
Установлено, что в среднесухие и сухие годы использование влаги растениями из почвы больше, чем во влажные
годы в среднем на 50%. Так, в сухом
2005 г. (ГТК для подсолнечника составил 0,5)
почвенная влага в суммарном водопотреблении этой культуры составила
43,4-52,1%, тогда как во влажном 2003 г. (ГТК – 1,2) - 20,8-27%.
Для такой культуры, как вика-овес эти показатели по годам отличались
незначительно. 2003 год и 2005 год оказались довольно благоприятными для данной
культуры, ГТК составил соответственно 1,2 и 0,8. Доля участия эффективных
осадков и почвенной влаги в суммарном водопотреблении примерно одинакова и
составляет: осадки- 56,2%, почвенная влага – 43,8% в 2003 г., 54,8% и 45,2 % в
2005 году соответственно.
Анализ зависимости коэффициента
водопотребления проводился нами одновременно от нескольких величин.
Получены уравнения, которые описывают от 66 до 99 % зависимостей.
Статистический анализ урожайности подсолнечника на различном
удалении от лесных полос и
коэффициента водопотребления (рис. 4), показал существенную зависимость последнего
показателя от уровня двух первых. Закономерность с высокой степенью надежности
описывается уравнением регрессии вида: К, м3/т =
2367,628+576,504х-17,017у-360,041х2+3940ху+0,032у2
Рис. 4.
Зависимость коэффициента водопотребления подсолнечника под влиянием лесных
полос в 2004 году.
Коэффициент детерминации, равный 0,98, свидетельствует о достаточно
высокой надежности принятой формы описания исследуемой закономерности.
Зависимость коэффициента водопотребления от влияния лесных полос и
урожайности культур севооборота наблюдается по всем культурам во все годы
исследований.
Был проведен анализ зависимости данного коэффициента от запасов воды в
снеге в разные по степени увлажнения
годы. Нами установлено, что коэффициент водопотребления зависит от запасов воды
в снеге только в среднесухие годы,
(коэффициент корреляции – 0,89,
что говорит о тесной связи между признаками), во влажные годы - такая
зависимость очень слабая, либо отсутствует. Зависимость сохраняется во все годы
от такого показателя как удаление от лесной полосы, т.е. четко просматривается
влияние лесной полосы.
Выводы:
В острозасушливые годы урожайность яровой пшеницы в системе лесных полос увеличивается
на 30%,по сравнению с открытым полем,
во влажные годы прибавка составляет 2-3%. Увеличение урожайности озимой пшеницы в системе лесных полос в засушливые годы
составляет 33%, во влажные 3%.
Благодаря защитным насаждениям экономия влаги (водопотребление) во
влажные годы составляет по вика – овсу 41 м3/га (18 %), подсолнечнику – 568 м3/га ( 15%),
а в сухие и среднесухие – 10 % и 15%
соответственно
В среднесухие и сухие годы доля
участия почвенной влаги в суммарном
водопотреблении возрастает и использование влаги растениями из почвы больше,
чем во влажные годы в среднем на 50%.
Во влажные годы растения больше используют в период вегетации эффективные
осадки.
Статистический анализ показал существенную зависимость коэффициента
водопотребления от урожайности сельхозкультур, удаления от лесных полос и от
запасов воды в снеге. Получены уравнения регрессии, которые с с 66-99% - ной
точностью описывают данные закономерности.
