Влияние разных способов создания полезащитных лесных полос на их развитие и защитные функции

Прогнозируемое изменение климата, которое может иметь негативные последствия, требует проведения дополнительных научных исследований в области поддержания и повышения продуктивности агроландшафтов.

Агротерритория, устойчивая к неблагоприятным погодным условиям, характеризуется оптимальным соотношением пашни, леса, луга и водных объектов, таких как пруды и водоёмы. Решение этой задачи осложняется множеством факторов, влияющих на баланс, поэтому точного ответа пока не существует. В Центрально-Чернозёмной зоне, особенно в её южной и юго-восточной частях, недостаток лесов компенсировали созданием системы лесополос на сельскохозяйственных угодьях. Эффективность таких насаждений была научно обоснована в 1892 году Особой экспедицией, организованной профессором Петербургского университета В.В. Докучаевым.

Экспедиция работала в трёх точках Российской империи: Великоанадольский участок в Мариупольском уезде Екатеринославской губернии (Днепропетровская область), на водоразделе между Днепром и Северским Донцом, Старобельский — между Доном и Северским Донцом, включая Деркульскую степь (Харьковская губерния) и Хреновской участок, впоследствии именуемый «Каменная Степь» расположен в междуречье рек Битюг и Хопёр (Воронежская губерния, Бобровский уезд, в настоящее время Таловский район, Воронежской области)

Совместными исследованиями лесоводов, гидрологов, почвоведов, климатологов и агрономов здесь неоспоримо доказана положительная роль лесных полос на сельхозугодиях. Разработки учёных Особой экспедиции и Каменно-Степного опытного лесничества, продолжавшего научные исследования после закрытия экспедиции, получили преемственность научных организаций, расположенных на территории Хреновского участка, таких как Бюро прикладной ботаники, Каменно-Степная опытная станция им. В.В. Докучаева (1911–1937 гг.), вошедшая с 1937 г. в областную селекционную станцию, Каменно-Степная государственная опытная станция (1937–1946 гг.), преобразованная в Научно-Исследовательский институт земледелия ЦЧП им. В.В. Докучаева (1946–1956 гг.), преобразованного в НИИ сельского хозяйства ЦЧП им. В.В. Докучаева (1956–2020 гг.), на базе которого создан ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им В.В. Докучаева».

Все упомянутые организации активно занимались созданием новых лесонасаждений и проведением исследований, направленных на развитие уже существующих лесных полос. В результате были определены наиболее подходящие спутники дуба — основной породы при степном лесоразведении. Разработаны схемы и технологии посадки лесных полос различного функционального назначения, изучались методы лесовосстановительных рубок в лесных полосах.

В настоящее время на территории Каменной Степи функционируют полезащитные лесные полосы различного возраста, созданные разными методами. Лесные насаждения, заложенные рядовым методом, достигли 130-летнего возраста. Полосы, созданные коридорным методом (модифицированный рядовой), имеют возраст 84 года. Лесные полосы, высаженные биогруппами: квадратно-гнездовые и диагонально-групповые имеют возраст соответственно 75 и 70 лет.

Возраст насаждений и почвенно-климатические условия оказывают значительное влияние на их состояние. Структура насаждений претерпевает изменения: берёза и тополь до 60–70 лет выпадают, а ясень, основной спутник дуба, начал усыхать в 100-летнем возрасте, а после засухи 2010 года и нашествия узкотелой изумрудной ясеневой златки ясень погиб повсеместно.

Исследование воздействия разнообразных способов создания полезащитных лесных насаждений на их структурное развитие и выполнение защитных функций представляет собой актуальную задачу в области агролесомелиорации. Данный аспект является ключевым для разработки эффективных стратегий по улучшению экологической устойчивости агроландшафтов, снижению эрозионных процессов и оптимизации микроклимата.

Объектом наших исследований являются старовозрастные лесные полосы, в которых главная порода — дуб черешчатый. После визуального обследования системы лесных полос выбраны типичные для Каменной Степи лесные полосы, созданные разными способами.

Наиболее проверенный рядовой способ — его используют с периода «Особой экспедиции» и до настоящего времени; изменилось только расстояние между рядами. В конце 19-го века ширина междурядий была 1,4 м (2 аршина), после появления техники для механизированной обработки ширину междурядий увеличили до 2,5 и 3-х метров в зависимости от почвенно-климатических условий. В связи с этим уменьшилось и количество посадочных мест в переводе на 1 га лесокультурной площади. В насаждениях с междурядьями 1,4 м густота сеянцев доходила до 10800 шт./га; при междурядьях 2,5 м посадочного материала расходуется в два раза меньше.

При коридорном способе предусматривается выращивание дуба в «коридоре» из быстрорастущих пород. Этот способ можно считать аналогом метода выращивания дуба на двухлетних вырубках, предложенного лесничим А.П. Молчановым в конце 19 века в Тульских засеках. Однако если там сеянцы и саженцы дуба выращивали в «коридорах» из поросли срубленных ранее деревьев, то в лесных полосах на сельхозугодиях сеянцы или жёлуди дуба высаживались одновременно с быстрорастущими породами, чаще с берёзой или тополем.

Способ создания лесных полос биогруппами появился в пятидесятые годы в период внедрения Сталинского плана преобразования природы. Способ именовался: «Гнездовой посев дуба по методу академика Т.Д. Лысенко»

Размер площадок в основном был 1×1 м, с пятью гнёздам, размещёнными «конвертом»: 4 лунки по углам и одна в центре площадки. В лунки высевали по несколько желудей, в среднем от 3-х до 8 штук. Междурядья между рядами площадок были 4-метровой ширины. Подгоном для дуба служили так называемые «покровные культуры» т. е. те сельскохозяйственные культуры, которые в год посадки лесной полосы высевались на поле, во время уборки урожая оставляли высокую стерню для снегозадержания.

Диагонально-групповой способ создания лесных полос разработан в НИИСХЦЧП им. В.В. Докучаева коллективом учёных под руководством руководителя отдела агролесомелиорации и садоводства Е.С. Павловского

Преимущество этого способа перед квадратно-гнездовым в том, что при диагонально-гнездовом способе увеличивается процент механизированной обработки почвы в насаждении с 70–75% до 78–82%.

Испытывались биогруппы разной конфигурации: ромбические с посадкой шести сеянцев или посевом желудей в шесть лунок, расположенных по углам ромба и два в середине (по продольной диагонали). Размеры ромба 0,7×0,35 м, пунктирные по 4–5 сеянцев в лунке, длина посадочного места 0,7 м, посадкой пучком по 3-4 сеянца или 8-10 желудей в широкую лунку и квадратные 1×1 м

Секрет способа в размещении биогрупп. Чтобы получить возможность перекрёстной обработки почвы механизированным путём, биогруппы размещались через 7–10 м в продольном ряду биогрупп, а расстояние между рядами составляло 1,5–1,7 м.

При таком размещении биогрупп увеличивается площадь почвы, обрабатываемой механизированным путём. В конце эксперимента пришли к выводу, что наиболее оптимальным размещением биогрупп будет 8,0×1,6 м.

Изучив архивные материалы и по материалам собственных исследований 2025 года в таблице 1 приведены данные, позволяющие выявить динамику развития насаждения, созданного рядовым способом. Анализируется 126-летняя полезащитная лесная полоса, заложенная рядовым способом по древесно-кустарниковому типу с размещением посадочных мест 0,7×1,42 м. Для посадки лесополосы применялись сеянцы дуба в качестве основной породы. В дополнение к ним были использованы индифферентные породы, такие как груша, липа, яблоня и жёлтая акация. Для разделения рядов дуба и индифферентных пород были посажены кустарники: жимолость, бересклет, лещина и птелея. Ясень был добавлен при дополнении культур.

В 1925 году к 26-ти летнему возрасту, по данным обследования сотрудника Каменно-Степной опытной станции им. В.В. Докучаева А.А. Шаповалова, лесная полоса представляла собой 2-х ярусное насаждение

По данным таксации 1936 года ширина лесной полосы не изменилась с года посадки, но в лесных опушках кроме лоха ланцетного появился клён ясенелистный, запас древесины составлял 134 м3/га.

К периоду таксации 1952 года клён ясенелистный с первого яруса исчез, войдя во второй ярус с 10% участием, а липа во втором ярусе составила 70% при 20% ясеня пушистого.

За 16 лет за счёт разрастания опушек значительно увеличилась ширина насаждения — на 9 м и длина — на 10,3 м. Запас стволовой древесины первого яруса за счёт дуба (80%) и ясеня (20%) составил 308,8 м3/га, а второго 15,9 м3/га, где 70% дала липа. Через 10 лет, к периоду таксации 1962 года, насаждение стало трёхъярусным, где дуб в первом ярусе занимал 90% запаса, ясень 10%. В первый ярус вышла часть деревьев липы.

В тоже время происходит дифференциация среди деревьев дуба, и значительная их часть переходит во второй ярус. В результате рубок ухода, через 10 лет сформировали 100%-й первый ярус из дуба с незначительным участием ясеня и липы.

К периоду таксации 1972 года запас деревьев первого и второго ярусов составил 300,6м3/га, а третьего, состоящего из липы, ясеня, клёна ясенелистного, единично дуба и черёмухи — 14,3 м3/га. Запас третьего яруса фактически такой же, как и 10 лет назад, это объясняется одинаковым породным составом; в обоих случаях на липу и ясень приходилось по 40% запаса. Ширина лесной полосы увеличилась на 5м.

К 83-летнему возрасту (таксация 1982 г.) появляются сухостойные деревья. Усыхает в основном клён ясенелистный во втором и третьем ярусах. Важно отметить, что с периода таксации 1982 года до 1992 года значительно увеличился запас древесины. Лесохозяйственные уходы, проведённые с 1982 по 1992 г., способствовали росту дуба и дальнейшему развитию всего насаждения. К 1992 году запас древостоя I и II ярусов стал 505 м3/га, III-го яруса — 42,4 м3/га.

В 83-х и 93-летнем возрасте лесной полосы запас третьего яруса был в три раза выше, чем в предшествующие годы. Это свидетельствует о значительном увеличении размеров деревьев III яруса и их приближении к более высоким ярусам. К периоду таксации 2002 года, эти деревья вошли в I ярус и насаждение квалифицировалось как одноярусное. На площади в один гектар было зафиксировано 331 дерево с общим запасом стволовой массы 552 м³. В структуре древостоя 80% составляли дубы, 20% — липы. В результате естественного разрастания опушек ширина насаждения увеличилась до 56 метров, что свидетельствует о расширении площади лесной полосы

Наши исследования, проведенные спустя 23 года, показали, что формула состава этого насаждения представлена как 9Д1Лп, ед. В, Ко. Запас древесины составляет 521,51 м³/га, при этом на одном гектаре насчитывается 238 стволов. Из них 24% дубов имеют ограниченную жизнеспособность, 35% лип также находятся в ограниченном состоянии, а 21% деревьев дуба и липы погибли.

Подлесок отсутствует, но в переходной зоне (пространство между материнским древостоем и лесной опушкой) встречается черёмуха

В целом состояние насаждения удовлетворительное; для 126-летней лесной полосы, в условиях переходной зоны от лесостепи к степной зоне это высокопродуктивное и долговечное насаждение.

Для сравнения эффективности способов посадки рассмотрим динамику формирования насаждения, созданного в 1950 году биогруппами, а именно квадратно-гнездовым способом по методу Т.Д. Лысенко посевом желудей и с посевом акации жёлтой в широкие междурядья, ширина полосы была 27 м. (таблица 1).

По таксационным показателям насаждения с 1962 по 2025 год видно, что дуб, как главная порода, занимает господствующее положение от начала посадки и до настоящего времени. Из архивных материалов известно, что ясень пушистый и клён остролистный ввели в небольшом количестве после изреживания акации жёлтой. К двенадцатилетнему возрасту лесной полосы доля запаса древесины, приходящаяся на ясень и клен, составляла менее 5% от общего объема. Через десять лет, когда запас дуба достиг 90%, клён остролистный составил 10%. Ясень встречался единично. В насаждении произошла дифференциация: часть деревьев, которые отставали в росте, сформировали второй ярус, состоящий исключительно из дуба. К периоду таксации 1982 года соотношение клёна и ясеня зеркально поменялось, а второй ярус оставался чисто дубовым до таксации 1992 года включительно. По таксации 2002 года лесная полоса представляла собой одноярусное насаждение с формулой состава 9Д1Яп.

Наши исследования показали, что через 23 года первый ярус стал чисто дубовый, в насаждении вновь сформировался второй ярус, но уже из клёна остролистного с единичным участием дуба. Запас древостоя в насаждении составил 595,94 м3/га, а ширина его стала 70,3 м. Обратим внимание на изменение ширины насаждения. При посадке она была 27 м, а через 12 лет стала 30-метровой, это сформировалась опушка из акации жёлтой. Акация жёлтая вышла из междурядий за пределы полосы. Рубками ухода ширину полосы вернули в исходное положение, но акация хорошо возобновилась порослью, а опахивание лесной полосы способствовало появлению самосева ясеня пушистого на опушках. Таким образом, расширение лесной полосы за счёт разрастания опушек дошло до 70 м.

В материнском древостое систематически проводили рубки ухода, к 12-летнему возрасту насаждения было сформировано 3000 стволов дуба на 1 га площади полосы, а к 2025 году (к 75-ти летнему возрасту) в первом ярусе дуба стало 432 ствола, ясеня 32 ствола, а клёна остролистного во втором ярусе 416 жизнеспособных деревьев. Процент сухих деревьев, в основном за счёт ясеня пушистого, составил 1,8%. В насаждении редкий подрост клёна остролистного расположен куртинами, но в переходной зоне имеется 1065 шт./га подроста клёна, распределённого равномерно. Это говорит о том, что рядом с материнским древостоем формируется кленовое насаждение.

Из лесных полос созданных коридорным способом анализируется насаждение с типичным размещением подгонных и индифферентных пород, но породой, отделяющей ряд дуба от его спутника — ясеня пушистого был клён ясенелистный. Насаждение создавалось весной 1941 года посевом семян строчно-звеньевым способом при чередовании древесной породы с кустарником. Длина звеньев составляла около 1 метра, ширина полосы была 24 метра. В результате к 11-ти летнему возрасту лесной полосы 40% запаса древесины приходилось на клён ясенелистный и по 30% на дуб и ясень пушистый, общий запас был 39,6 м3/га (табл. 1). Через 10 лет дуб стал лидировать при 40% его участия, а на ясень и клён ясенелистный приходилось по 30% запаса. За 10 лет прирост по запасу составил 70,1м3/га, состав древостоя стал 5Д4Яп1Кяс. Можно предположить, что такой высокий прирост получен за счёт клёна ясенелистного — быстро растущей породы в раннем возрасте. Подтверждением тому служит запас древостоя в последующие два десятилетия, когда приросты стали 41,7 и 42,2 м3/га. В 31-летнем древостое доля клёна ясенелистного составляла 10% от общего запаса древесины. Однако через десять лет, в 41 год, клён полностью исчез из состава древостоя, в то время как ясень пушистый и дуб заняли по 50% запаса каждый. На момент таксации 1992 года ясень пушистый лидировал по запасу — 50%, за ним дуб с 40%, а клён ясенелистный занимал оставшиеся 10%. За прошедшие 10 лет запас снова увеличился до 77,0 м3/га, ширина полосы увеличилась на 7,0 метров, в насаждении появился сухостой. К таксации 2002 года при том же породном составе прирост стал 79,0м3/га, с 2002 по 2025 год таксация не проводилась. По нашим исследованиям за 23 года насаждение дало прирост 120,0 м3/га (табл. 1). Фактически за два десятилетия по 60,0 м3/га. Снижение прироста можно объяснить угнетением дуба ясенем и снижением прироста у клёна ясенелистного из-за его возраста и биологических особенностей

Из лесных полос, созданных в Каменной Степи диагонально-групповым способом, анализируется типичная полезащитная полоса закладки 1956 года. При её посадке использовали дуб, берёзу, вяз и клён остролистный, ширина полосы была 26 м. Размещение квадратных площадок 10×1,5 м по диагонали. Покровной культурой были травосмеси многолетних трав. Насаждение сомкнулось в семилетнем возрасте, несмотря на большое расстояние между биогруппами в ряду биогрупп (10 м). По материалам таксации 1982 года к 26-летнему возрасту ширина лесной полосы увеличилась на 4,0 м, насаждение стало трёхъярусным. В первом ярусе преобладали берёза и ясень обыкновенный, дуб составлял всего лишь 10% от общего запаса насаждения. Во втором ярусе дуб занимал 70%, а ясень 30%. Третий ярус состоял только из дуба. Запас древостоя 1-го и 2-го ярусов был 278,9 м3/га, появились сухостойные деревья.

В результате проведения рубок ухода наблюдалось увеличение доли дуба в первом ярусе насаждения. Однако классическая трёхъярусная структура лесного массива в данной полосе была нарушена. При таксации в возрасте 36 лет удалось выделить только два яруса. Через десять лет лесная полоса трансформировалась в одноярусное насаждение.

К 2025 году, по нашим исследованиям, лесная полоса оценена так же как одноярусная с жизнеспособным подлеском из клёна остролистного. Общий запас материнского древостоя 469,5м3/га, при формуле состава 6Д2Яо2В, ед. Ко. К сожалению, в насаждении много погибших деревьев: ясень весь сухостойный или валежник, а сухих деревьев вяза 34%. Несмотря на это, состояние лесной полосы можно признать хорошим, так как деревья дуба жизнеспособные, только 1,8% подлежит вырубке. Сомкнутость крон насаждения 0,7-0,8: имеется 3734 шт./га жизнеспособного подроста, из них 2117 шт./га ясеня, 924 шт./га клёна остролистного, 616 шт./га вяза обыкновенного и 77 шт./га груши лесной.

Учитывая долговечность дуба, а в данный период ему только 69 лет, то можно утверждать, что после удаления погибших деревьев, в лесной полосе сформируется многопородное (сложное по составу) долговечное насаждение.

Необходимо отметить, что на период наших исследований размещение деревьев во всех насаждениях идентичное, будь то лесная полоса, созданная биогруппами или рядовым способом. Определить, что лесная полоса создавалась биогруппами можно, только если при формировании древостоя рубками ухода оставляли в биогруппе не один ствол. Во всех насаждениях сформировалась лесная обстановка: самосев дуба, ясеня, клёна остролистного и клёна ясенелистного, вяза

Опушки создают непродуваемую конструкцию лесных полос, но в системе лесных полос это мало влияет на снегораспределение в межполосном пространстве.

Анализ продуктивности исследуемых лесных полос показывает, что до 50-летнего возраста насаждений запас древесины, в переводе на 1,0 га площади, больше в насаждении, созданном диагонально-групповым способом. К 70-летнему возрасту по запасу лидирует лесная полоса, созданная квадратно-гнездовым способом — 529,0 м3/га, в лесной полосе диагонально-групповой посадки — 470,0 м3/га, коридорным способом — 396,3 м3/га, рядовым способом — 300,0 м3/га, но с 60-летнего возраста в полосе, созданной рядовым способом, велись интенсивные санитарные рубки. Максимальный запас в этом насаждении был в возрасте 103 года — 552,0 м3/га, насаждение функционирует в хорошем состоянии до настоящего времени в возрасте 126 лет с запасом 521,5м3/га. Какой запас будет в остальных насаждениях к такому возрасту — неизвестно. Усовершенствованный рядовой-коридорный способ в исследуемом насаждении дал более низкие показатели по сравнению с насаждениями, созданными биогруппами, по нашему мнению, из-за клёна ясенелистного, который в первые годы после посадки угнетал и дуб и ясень; когда клёна ясенелистного стало меньше (10%), то в насаждении стабильно увеличивается прирост.

Таким образом, в условиях ЦЧЗ можно создавать высокопродуктивные лесные полосы любым способом, при условии систематических лесохозяйственных уходов за главной породой — дубом черешчатым.