Введение. Многочисленные исследования, начало которым положил В. И. Вернадский, показали, что все основные процессы превращения вещества и энергии в геосистемах связаны с образованием и превращением биологической продукции [3, 10]. Агролесоландшафты в оптимальных экологических условиях обеспечивают наиболее эффективные потоки энергии, круговорот веществ и создают высокую продуктивность на единицу площади [7]. Листовой опад является наиболее подвижным компонентом фитомассы защитных лесных полос, способным легко проникать на прилегающие сельскохозяйственные угодья. Знание качественных и количественных характеристик листового опада при обмене веществ и энергии, а так же закономерностей его типологических и пространственных изменений является одной из основ изучения почвы как компонента биогеоценозов [5].
Ветроперенос листового опада на сельскохозяйственные угодья, находящиеся под защитой системы защитных лесных насаждений, рассматривался многими авторами [7, 5, 6 и др.], однако в условиях степи правобережья Саратовской области практически не изучался.
Объект и методы исследования. Исследования проводились в 2013 году на территории ОПХ НИПТИ сорго и кукурузы Татищевского района Саратовской области на участке с законченной системой защитных лесных насаждений (ЗЛН) (рис. 1.). Площадь системы лесных полос – 44 га, защищаемая пашня – 980 га. Облесенность составляет около 4 %. Год создания системы ЗЛН – 1978. Тип лесорастительных условий – С1 и Д1-2. Преобладающий тип почв – чернозем южный средне- и тяжелосуглинистый.
Рисунок 1. Схема системы защитных лесных полос ОПХ НИПТИ сорго и кукурузы Саратовской области
Основные лесоводственно-таксационные характеристики древостоев изучались по общепринятым методикам [1, 8].
Поперек лесной полосы закладывалось 6 трансект, расстояние между трансектами составляло 50 м. На трансектах производился сбор листового опада на площадках 1 х 1 м. Первая площадка закладывалась в центре лесной полосы и принималась за начало координат (0 м) расстояний. Последующие площадки закладывались в обе стороны от лесной полосы (в восточном-юго-восточном и западном-северо-западном направлениях).
После сбора производилось высушивание собранных листьев до воздушно-сухого состояния с последующим их взвешиванием на лабораторных электронных весах.
Данные о ветровом режиме района исследований в период листопада брались из интернет источника [9].
Визуализация данных и статистическая обработка проводились c применением пакетов программ Microsoft Office Ехсеl 2007 и STATISTICA 6.1 по методике Б. А. Доспехова [4]. Для построения регрессионных моделей использовался метод аппроксимации данных [2].
Результаты и их обсуждение. Исследованиями были охвачены лесные полосы 6, 7 и 8, а также сельскохозяйственные угодья, примыкающие к ним (рис. 1). Все лесные полосы полезащитные, возраст – 35 лет, состоят из пяти рядов, плотной конструкции, шириной 15 м, размещение 3 × 1 м.
Схема смешения ЛП 6: Вп–Д–Д–Д–Вп, высота дуба (Д) – 10,5 м, диаметр – 9,9 см. Число стволов на 1 га – 1037 шт., сохранность 31 %. Высота вяза приземистого (Вп) – 10,7 м, диаметр – 16,2 см, число стволов на 1 га – 1245 шт., сохранность 37 %.
Схема смешения ЛП 7: Ко–Б–Б–Б–Ко, высота клена остролистного (Ко) – 10,1 м, диаметр – 9,8 см, число стволов на 1 га – 935 шт., сохранность 28 %. Высота березы повислой (Б) – 10,5 м, диаметр –10,2 см. Число стволов на 1 га – 335 шт., сохранность 10 %.
Схема смешения ЛП 8: Вп–Вп–Вп–Вп–Вп, высота составляет 10,7 м, средний диаметр – 14,5 см, число стволов на 1 га – 2659 шт., сохранность 80 %.
Ветровой режим в период листопада показан на розе ветров (рис. 2).
Повторяемость ветров, способствующих переносу листового опада на прилегающие сельскохозяйственные угодья в восточном-юго-восточном (ВЮВ) направлении, составляет 54 %, а в направлении запад-северо-запад (ЗСЗ) – 35 %. В 11 % случаев направление ветров было северо-северо-восточным (ССВ) и юго-юго-западным (ЮЮЗ), что приводило к переносу листьев вдоль лесных полос и способствовало аккумуляции их внутри лесных полос.
Рисунок 2. Повторяемость ветров и шквалов в период листопада (%)
Шквалистые ветры (более 10 м/с) в 56 % случаев были направлены в ВЮВ направлении, в 25 % – ЗСЗ и в 19 % – ССВ, ЮЮЗ.
Результаты дисперсионного анализа подтвердили наличие статистически достоверных различий (P<0,05) между массой листового опада в лесных полосах, в восточном-юго-восточном и западном-северо-западном направлениях от лесных полос.
Максимальная масса листового опада (рис.3) откладывается на опушке лесных полос и в крайних рядах с восточной стороны.
В центре лесных полос наблюдается большая вариация массы опада на единице площади, что связано с неоднородностью густоты древостоя по причине самовольных рубок и отпадом деревьев разной интенсивности. С удалением от лесных полос масса листьев постепенно уменьшается. Максимальное расстояние, на которое распространяются листья, зависит от высоты лесных полос, а так же от пород, слагающих лесную полосу. На большие расстояния разлетаются мелкие и более лёгкие листья вяза и березы. Дубовые и кленовые листья, имеющие более существенную массу, не распространяются далеко. Высота деревьев в лесных полосах так же влияет на дальность распространения листьев. Так по данным Н. В. Дылиса, в условиях Подмосковья из древостоя с высотой 20–25 м на соседние безлесные угодья листья березы выносились на расстояние 80-100 м [5]. В наших исследованиях при высоте березы 10,5 м максимальное расстояние переноса составило 60,5 м. Изученные полезащитные полосы имели незначительные отличия в высотах, что дало примерно равные дальности распространения в ЗСЗ и ВЮВ направлениях (табл.1).
Таблица 1.
Максимальная дальность распространения листового опада на сельхозугодьях, охваченных ветропереносом
| ЛП |
Максимальная дальность распространения листового опада на прилегающих сельхозугодьях, м |
|
| с ЗСЗ стороны от ЛП | с ВЮВ стороны от ЛП | |
| 6 | 37,3 | 60,5 |
| 7 | 32,3 | 60,5 |
| 8 | 35 | 65,7 |
Средние значения массы листового опада на 1 га сельхозугодий, охваченных ветропереносом, с каждой из сторон лесных полос, а также масса листового опада, остающегося в лесной полосе, приводятся в табл. 2.
Таблица 2.
Средние значения массы листового опада на 1 га сельхозугодий, охваченных ветропереносом
|
ЛП |
Масса листового опада , т/га / Процент от общей массы листового опада |
||
| на прилегающих сельхозугодьях | в лесной полосе | ||
| с ЗСЗ стороны от ЛП | с ВЮВ стороны от ЛП | ||
| 6 | 0,261/8 | 0,684/21 | 2,273/71 |
| 7 | 0,166/4 | 0,761/20 | 2,932/76 |
| 8 | 0,329/10 | 0,507/16 | 2,404/74 |
Дальность переноса листьев (табл. 1) и их масса (табл. 2) с ВЮВ стороны лесных полос почти в 2 раз больше, чем с ЗСЗ. На дальность переноса листьев оказывают влияние шквалистые ветра, дующие в основном в ВЮВ направлении, а на общую массу переносимых листьев влияют как шквалистые ветра, так и повторяемость всех ветров ВЮВ направления.
Общая масса листового опада оказалась большей в ЛП 7, состоящей из клёна и березы, а в ЛП 6 и ЛП 8 она меньше и примерно одинакова. В процентном отношении больше всего листьев выносится из ЛП 6 (29 %), что связано с лучшими аэродинамическими качествами листьев дуба, по сравнению с листьями вяза и клёна. Более равномерно распределение листьев на прилегающих сельхозугодьях отмечено вокруг ЛП 8, так как легкие листья вяза способны даже при малых порывах ветра улетать на некоторое расстояние, а для более тяжелых листьев нужно более серьёзное ветровое воздействие.
Рисунок 3. Регрессионная модель зависимости массы листового опада от расстояния от центра лесной полосы (x) (Q – значение функции потерь; М — объясненная доля дисперсии; R – коэффициент корреляции)
Регрессионная модель распределения массы листового опада от расстояния от центра лесной полосы была выведена для всех лесных полос, так как сравнение вариации массы листьев лесных полос показало принадлежность их к одной генеральной совокупности. Для моделирования была использована зависимость вида:
При построении регрессионной модели расстояния в ВЮВ направлении принимались со знаком «минус», а в ЗСЗ – «плюс». Полученная зависимость приводится на рисунке 3.
Выводы. Наши исследования показали, что распределение листового опада на прилегающих к лесным полосам сельскохозяйственных угодьях во многом зависит от повторяемости общих ветров, а также шквалистых ветров в период листопада. Преобладание ветров ВЮВ направления привело к двух кратному превышению массы листьев и дальности их распространения с восточной стороны лесных полос.
Список литературы:
- Анучин Н. П. Лесная таксация: учебник для вузов. / Н. П. Анучин. – М.: Лесная промышленность, 1982. – 552 с.
- Александров Г. М. Математика для вундеркиндов [электронный ресурс] / Г. М. Александров // Дневник Георгия Александрова. – 2012. – Режим доступа: https://renuar911.blog.ru/141601107.html?attempt=1.
- Вернадский В. И. Биосфера. / В. И. Вернадский – Ч. 1-2. – Л.: Научхимтехиздат, 1926. – 146 c.
- Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. – М.: Колос, 1985. – 416 с.
- Дылис Н. В. Программа и методика биогеоценологических исследований / Н. В. Дылис. – М: «Наука», 1974. – 404 с.
- Ивонин В. М. Лесомелиорация ландшафтов : учебник / В. М. Ивонин, М. Д. Пиньковский. – Сочи, 2012. – 173 с.
- Кретинин В. М. Регулирование питания растений в лесозащищенном агроландшафте / В. М. Кретинин. – Волгоград: ВНИАЛМИ, 1995. – 126 с.
- Методика системных исследований лесоаграрных ландшафтов. М.: ВАСХНИЛ, ВНИИАЛМИ, 1985. – 112 с.
- Расписание погоды [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rp5.ru.
- Утехин В. Д. Первичная биологическая продуктивность лесостепных экосистем. / В. Д. Утехин. – М.: «Наука», 1977. – 142 с.[schema type=»book» name=»ВЕТРОПЕРЕНОС ЛИСТОВОГО ОПАДА ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ПРИЛЕГАЮЩИЕ СЕЛЬХОЗУГОДЬЯ» author=»Берлин Николай Геннадиевич, Александров Георгий Минькович, Маштаков Дмитрий Анатольевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-27″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]